原核表达和真核表达
原核基因表达和真核基因表达的异同点
原核基因表达和真核基因表达的异同点示例文章篇一:《原核基因表达和真核基因表达的异同点》嗨,小伙伴们!今天咱们来聊聊特别神奇的事儿,那就是原核基因表达和真核基因表达。
这就像是两个不同的小世界有着各自独特的运转方式呢。
先说说原核生物吧。
原核生物的细胞结构比较简单,没有像真核生物那样有细胞核之类复杂的结构。
原核基因表达就像是在一个小作坊里工作。
原核生物的基因通常是连续的,没有那些多余的间隔。
比如说,基因转录的时候,就直接按照顺序来,就像一条生产线上,一个环节接着一个环节,很少有什么阻碍。
而且原核生物转录和翻译是几乎同时进行的呢。
这就好比在小作坊里,一边生产原材料,一边就直接组装产品了。
我就想啊,这多有效率啊!原核生物的基因表达调控也相对简单一些。
就像是小作坊里的管理规则,没有那么多条条框框。
比如说,操纵子就是原核生物基因表达调控的一个重要方式。
它就像一个小团队,大家协同工作,根据环境的变化,比如说有营养物质多了或者少了,这个小团队就做出反应,让基因表达多一点或者少一点。
那真核生物呢?真核生物可就复杂多啦,就像一个超级大工厂。
真核生物的基因有内含子和外显子之分。
这就像是大工厂里的生产流程,有些是核心步骤(外显子),有些是辅助步骤或者准备步骤(内含子)。
在基因转录的时候,先把所有的都转录出来,然后再把内含子去掉,只留下外显子拼接起来,这多麻烦啊!真核生物的转录和翻译可不像原核生物那样同步。
转录是在细胞核里进行的,就像在一个专门的办公室里准备生产计划。
而翻译呢,要到细胞质里进行,就像到生产车间去实施计划。
真核生物的基因表达调控那更是复杂得很。
它有好多层次的调控呢。
从染色质的结构变化开始,就像大工厂里的整体布局调整,到转录因子的调控,就像不同部门的主管下达指令,再到转录后的调控,就像生产后的质量检查和调整。
那它们有什么相同点呢?不管是原核生物还是真核生物,基因表达的最终目的都是为了合成蛋白质啊。
这就像是不管是小作坊还是大工厂,都是为了生产出产品。
原核与真核生物的基因表达调控机制比较研究
原核与真核生物的基因表达调控机制比较研究生物学家们一直在探究生物如何调控基因表达,尤其是对于不同生物而言,其基因表达调控的机制又有何异同变化?其中,原核和真核生物的基因表达调控机制是研究的热点之一。
本篇文章将重点围绕原核和真核生物的基因表达调控机制进行探究比较。
一、原核生物的基因表达调控机制原核生物(细菌和古细菌)包括真核生物祖先,其基因组相对简单,不存在包括蛋白质修饰等复杂的基因调控机制。
1. 转录因子的作用细菌中的基因表达调控主要依赖着转录因子的活性调控。
细菌转录因子包括全局性转录因子和局部性转录因子。
全局性转录因子能够识别DNA上的特定序列,调节相关区域的基因转录。
另外,局部性转录因子作用于一个基因以及其上下游序列区域,进行基因转录的激活或者抑制。
2. 操纵子的作用在原核生物的基因调控过程中,还存在一个名为操纵子的区域。
操纵子的作用是在DNA转录起始点的上游调节基因的转录。
其中有些操纵子具有负常数元件的作用,抑制基因的转录;而有的则有正常数元件的作用,统调细菌基因的转录过程。
3. RNA降解在原核生物中,还有一个重要的基因调控机制是RNA降解。
即通过对RNA进行调控,影响基因的转录和翻译的进程。
细菌中的RNA可经过特定的核酸酶进行分解,遗传物质对信号的反应也受到这种RNA降解的影响。
二、真核生物的基因表达调控机制真核生物中基因的转录和表达受到许多生物学调控因素的影响。
总的而言,真核生物的基因表达调控机制相对于原核生物来说复杂的多。
1. 染色质修饰真核生物中,基因表达调控最显著的特点是染色质修饰。
染色质修饰包括甲基化、乙酰化、磷酸化等一系列修饰。
例如,DNA甲基化可以使基因的表达受到抑制。
2. 编码基因的结构真核生物中,编码基因也是影响基因表达调控的主要因素之一。
编码基因的结构相对于原核生物更为复杂。
真核生物的编码基因通常包括起始子、外显子和内含子。
内含子是不参与这个基因转录的DNA序列,而外显子则经常是真正的编码区域。
原核表达和真核表达
原核表达和真核表达原核表达的步骤和主要试剂1、获得目的基因;2、构建重组表达载体;3、获得含重组表达质粒的表达菌种;4、诱导表达;5、包涵体的分离。
获得目的基因 PCR法钓基因引物(捷瑞),普通taq酶(Regene,Fermentas)/Pfu酶(Fermentas)/Hotstart Taq酶(Fermentas),dNTP(Regene,Fermentas)RT-PCR法获取基因Trizol(Invitrogen,捷瑞),DEPC(捷瑞或其他进分),Rnase抑制剂(MBI),M-MLV/AMV(Fermentas)或M-MLV/AMV一步法RT-PCR试剂盒(捷瑞、Qiagen、Axygen、Omega)构建重组表达载体 内切酶(Fermentas),载体(捷瑞,Fermentas),琼脂糖(西班牙),T4连接酶(Fermentas,promega),测序获得含重组表达质粒的表达菌种 菌株(捷瑞),质粒小抽试剂盒(捷瑞、Qiagen、Axygen),感受态细胞制备试剂盒(捷瑞),抗生素(捷瑞,Amresco,sigma),测序(伟沃)诱导表达 IPTG(捷瑞,Amresco,sigma),胰蛋白胨(Oxiod),酵母粉(Oxiod),琼脂(进分,国产)包涵体的分离 Triton X -100(捷瑞,进分),PMSF(sigma),DTT (Amresco,进分),尿素(Amresco,进分,sigma),还原型谷胱甘肽(Amresco,进分,sigma)真核表达蛋白质在真核表达的过程中,可以通过真核细胞的转录加工系统获得具有一定构象和生物活性的蛋白质。
真核表达现在主要有毕赤酵母表达体系、杆状病毒昆虫细胞表达体系、哺乳动物细胞表达体系。
各种表达系统各有其优缺点,酵母和昆虫细胞表达系统蛋白表达水平高,生产成本低,但它们的加工修饰体系与哺乳动物细胞不完全相同;哺乳动物细胞产生的蛋白质更接近于天然蛋白质,但其表达量低、操作繁琐。
原核&真核表达载体构建
原核、真核表达载体构建真核表达载体和原核表达载体的区别:主要是因为原核和真核表达系统所需的表达元件不同。
比如说启动子,终止子在两种表达系统中是不一样的。
带有真核表达元件的是真核载体,能在真核生物内表达;带有原核表达元件的是原核载体,能在原核生物内表达。
两者都具有的为穿梭载体。
㈠原核表达载体指:能携带插入的外源核酸序列进入原核细胞中进行复制的载体。
原核表达载体调控原件1.启动子启动子是DNA链上一段能与RNA聚合酶结合并起始RNA合成的序列,它是基因表达不可缺少的重要调控序列。
没有启动子,基因就不能转录。
由于细菌RNA聚合酶不能识别真核基因的启动子,因此原核表达载体所用的启动子必须是原核启动子。
原核启动子是由两段彼此分开且又高度保守的核苷酸序列组成,对mRNA的合成极为重要。
在转录起始点上游5~10 bp处,有一段由6~8个碱基组成,富含A和T的区域,称为Pribnow 盒,又名TATA 盒或-10区。
来源不同的启动子,Pribnow 盒的碱基顺序稍有变化。
在距转录起始位点上游35 bp 处,有一段由10 bp组成的区域,称为-35区。
转录时大肠杆菌RNA聚合酶识别并结合启动子。
-35区与RNA聚合酶s亚基结合,-10区与RNA聚合酶的核心酶结合,在转录起始位点附近DNA被解旋形成单链,RNA聚合酶使第一和第二核苷酸形成磷酸二酯键,以后在RNA聚合酶作用下向前推进,形成新生的RNA 链。
原核表达系统中通常使用的可调控的启动子有Lac(乳糖启动子)、Trp(色氨酸启动子)、Tac(乳糖和色氨酸的杂合启动子) 、lPL (l噬菌体的左向启动子)、T7噬菌体启动子等。
2. SD序列1974年Shine和Dalgarno首先发现,在mRNA上有核糖体的结合位点,它们是起始密码子AUG和一段位于AUG上游3~10 bp处的由3~9 bp组成的序列。
这段序列富含嘌呤核苷酸,刚好与16S rRNA 3¢末端的富含嘧啶的序列互补,是核糖体RNA的识别与结合位点。
蛋白质表达系统介绍不同的蛋白质表达系统及其优缺点
蛋白质表达系统介绍不同的蛋白质表达系统及其优缺点蛋白质表达是生物学研究中一项重要的技术,它可以通过合成蛋白质来研究其结构和功能。
蛋白质表达系统是实现这一过程的关键工具,主要包括原核表达系统和真核表达系统两种。
本文将对这两种蛋白质表达系统进行介绍,并分析它们的优缺点。
一、原核表达系统原核表达系统是利用原核生物(如大肠杆菌)来表达外源蛋白质的系统。
该系统具有以下特点:1. 高表达水平:大肠杆菌是常用的原核表达宿主,具有高表达水平的优势。
通过利用原核细胞的强大蛋白质合成机器,可以获得高产量的外源蛋白质。
2. 易操作性:原核表达系统相对简单,操作步骤少,易于操作和控制。
不需要复杂的细胞培养条件,可以在常见培养基中进行表达。
3. 快速表达:从启动表达到获得蛋白质通常只需要数小时至数天,速度较快。
这使得原核表达系统在高通量表达和快速实验中具有优势。
然而,原核表达系统也存在一些缺点:1. 外源蛋白质折叠问题:由于原核细胞的机器无法正确折叠某些复杂蛋白质,这可能导致外源蛋白质的不正确折叠和失活。
2. 原核特异性翻译后修饰:原核细胞缺乏一些真核细胞所具有的翻译后修饰机制,这可能影响蛋白质的功能和稳定性。
3. 复杂蛋白质表达困难:对于复杂蛋白质(如膜蛋白),原核表达系统通常无法达到理想的表达水平和正确的折叠结构。
二、真核表达系统真核表达系统主要利用真核生物(如酵母、昆虫细胞和哺乳动物细胞)来表达外源蛋白质。
真核表达系统具有以下特点:1. 正确的折叠和修饰:真核细胞具有复杂的蛋白质折叠和修饰机制,能够产生正确折叠和修饰的蛋白质。
2. 适用于复杂蛋白质:真核表达系统适用于复杂蛋白质(如膜蛋白)的表达。
真核细胞提供了正确的环境和细胞器,能够较好地表达这类蛋白质。
3. 适用于大规模表达:真核细胞通常可以进行大规模培养和表达,适用于工业化生产。
然而,真核表达系统也存在一些缺点:1. 低表达水平:相对于原核表达系统,真核表达系统的表达水平较低,可能无法满足高产量蛋白质的需求。
原核与真核基因表达比较
目录
• 引言 • 原核生物基因表达特点 • 真核生物基因表达特点 • 原核与真核基因表达差异比较 • 原核与真核基因表达互作关系 • 研究展望与意义
01
引言
目的和背景
揭示原核与真核基因表达的差异
通过比较原核生物和真核生物在基因表达调控机制、转录和翻译过程等方面的 异同,深入理解生物进化的本质和复杂性。
宿主环境
真核生物作为宿主,其内部环境可能 对原核生物的基因表达产生影响,如 pH值、温度、营养条件等。
免疫应答
真核生物的免疫系统可以识别并应答 原核生物的感染,从而影响原核生物 的基因表达。生物与真核生物之间可以建 立共生关系,彼此之间的基因表 达会相互影响,以达到共同生存 的目的。
转录延伸
在原核生物中,RNA聚合 酶在DNA模板上持续合成 RNA链,直到遇到终止信 号。
转录终止
原核生物的转录终止通常 涉及rho因子等蛋白质, 帮助RNA聚合酶从DNA模 板上脱离。
翻译过程
01
翻译起始
延伸过程
02
03
翻译终止
原核生物的翻译起始需要特定的 起始因子和核糖体小亚基的结合。
在原核生物中,延伸因子帮助氨 酰-tRNA进入核糖体的A位,并 促进肽键的形成。
表观遗传调控
真核生物具有复杂的表观遗传调控机制,如DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等,这些调控机制可以影响基因 的表达和细胞的命运。而原核生物则缺乏类似的表观遗传调控机制。
信号传导与基因表达调控
真核生物的信号传导途径与基因表达调控密切相关,可以通过信号分子和受体的相互作用来调节基因的 表达。而原核生物的信号传导途径相对简单,通常不涉及复杂的信号分子和受体的相互作用。
原核生物与真核生物基因表达的区别
原核生物与真核生物基因表达的区别最佳答案原核生物的机体能在基因表达过程的任何阶段进行调控,如调控可在转录阶段、转录后加工阶段和翻译阶段进行。
转录的调控主要发生在起始阶段,这样可避免浪费能量合成不必要的转录产物。
通常不在转录延伸阶段进行调控,但可在终止阶段进行调控,终止可以防止越过终止子而进行下一个基因的转录。
RNA的初级转录产物本身是一个受调控的靶分子,转录物作为一个整体其有效性可以受到调控,例如,它的稳定性可以决定它是否保存下来用于翻译。
此外,初级转录产物转变为成熟分子的加工能力可决定最后mRNA分子的组成和功能。
在真核细胞中,还可对RNA从核到胞浆中的转运进行调控。
但是在细菌中,mRNA只要一合成,就可用于翻译。
翻译也像转录一样,在起始阶段和终止阶段进行调控。
DNA转录的起始和RNA翻译的起始路线也很相似。
真核生物基因表达的调控要比原核生物复杂得多,特别是高等生物,不仅由多细胞构成,而且具有组织和器官的分化。
细胞中由核膜将核和细胞质分开,转录和翻译并不是偶联,而是分别在核和细胞质中进行的,基因组不再是环状或线状近于裸露DNA,而是由多条染色体组成,染色体本身结构是以核小体为单位形成的多极结构,真核生物的个体还存在着复杂的个体发育和分化,因此说真核生物的基因表达调控是多层次的,从DNA到RNA到有功能蛋白质多途径进行调控的。
主要的调控途径有如下几个方面:①DNA和染色体水平上的调控:基因的拷贝数扩增或丢失和基因重排,DNA修饰,在染色体上的位置,染色体结构(包括染色质、异染色质、核小体)都可影响基因表达。
②转录水平上的调控:转录起始的控制和延伸的弱化对mRNA前体的水平都会产生影响。
③转录后RNA加工过程和运送中的调控:真核基因转录出的mRNA前体,要经过加工才能成熟为mRNA,包括切割、拼接、编辑、5`和3`末端修饰等,成熟的mRNA再运出细胞核。
④翻译水平上的调控:5`端前导序列形成茎环结构降低翻译水平或抑制蛋白结合5`端,阻止mRNA的翻译。
真核基因原核表达的作用
真核基因原核表达的作用真核基因原核表达是指真核细胞中的基因在转录和翻译过程中的表达活动。
真核细胞是一类具有真核核的细胞,而原核细胞则是一类没有真核核的细胞。
在真核基因原核表达中,基因通过转录过程产生mRNA,然后mRNA经过翻译过程产生蛋白质,这些蛋白质在细胞中扮演着重要的角色,参与细胞的生物学活动。
真核基因原核表达的作用非常重要,它影响了细胞的生长、发育、分化和细胞功能的正常运行。
在真核基因原核表达中,转录是基因表达的第一步,它通过RNA 聚合酶酶和DNA模板合成mRNA。
在细胞核中,DNA双链解开,RNA聚合酶酶沿着DNA的模板链合成mRNA。
而在原核细胞中,DNA解开后,RNA 聚合酶酶能在DNA模板上合成mRNA。
在转录过程中,前者需要有修改过程,以使基因的可读取会增加,而后者则没有这样的修改过程。
真核基因原核表达的翻译过程和原核细胞具有相似性,都需要tRNA和核糖体的协同作用,但真核细胞的翻译过程相对更复杂,涉及到蛋白质的后转运、修饰和定位等过程。
真核基因原核表达对于细胞的生长与发育有着重要的影响。
细胞生长是细胞体积增加的过程,而细胞发育是细胞形态和功能发生变化的过程。
在细胞生长中,真核基因原核表达将调控细胞中的蛋白质合成,从而影响细胞体积的增加。
而在细胞发育中,真核基因原核表达则通过调控特定基因的表达,从而影响细胞的形态和功能的变化,例如细胞分化和组织器官形成。
另外,真核基因原核表达还对细胞的分化和细胞功能的正常运行有着重要的影响。
在细胞分化过程中,真核基因原核表达通过调控特定基因的表达,使得细胞能够根据环境的不同而表现出不同的形态和功能。
而在细胞功能的正常运行中,真核基因原核表达则调控细胞内蛋白质的合成和降解,维持细胞功能的正常运行。
总的来看,真核基因原核表达在细胞的生长、发育、分化和功能的正常运行中扮演着重要的角色,它通过转录和翻译过程将基因的信息转化成蛋白质,从而影响细胞的生物学活动。
原核生物真核生物基因表达比较
08
40s小亚基首先与Met-tRNA(Met上角标)相结合
09
再与模板mRNA结合
10
最后与60s大亚基结合生成起始复合物
肽链合成起始:
原核生物肽链合成的延长:
进位: 氨基酰-tRNA按照mRNA模板的指令进入并结合到核蛋白体A位 2. 成肽:转肽酶催化,核蛋白体P位上起始氨基酰-tRNA转移到A位,与A位上氨基酰-tRNA的α-氨基结合形成肽键 3. 转位转位酶催化,核蛋白体向3´-端移动一个密码子的距离,使mRNA上下一个密码子进入核蛋白体A位、而占据A位的肽酰-tRNA移入P位 延长因子: EF-Tu EF-Ts EF-G
真核生物:转录起始需要启动子 、RNA聚合酶和转录因子的参与。 少数几个反式作用因子的搭配启动特定基因的转录 真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合,而需依靠众多的转录因子,形成转录起始复合物。
转录延长:
转录终止:
依赖ρ因子的转录终止 非依赖ρ因子的转录终止 Ρ因子
真核生物的转录终止:在超出千百个核苷酸后停顿, 转录后修饰有多聚腺苷酸(poly A)尾巴结构加进去 。在读码框架下游常有一组公共序列AATAAA 及 GTGTGT序列,这些序列称为转录终止修饰点。
真核延长过程与原核基本相似 但有不同的反应体系和延长因子:eEF-1α eEF-1βγ eEF-2 真核细胞核蛋白体没有E位,转位时卸载的tRNA直接从P位脱落
核蛋白体A位出现mRNA的终止密码子后,多肽链合成停止,肽链从肽酰-tRNA中释出,mRNA、核蛋白体大、小亚基等分离。
原核生物终止阶段需要释放因子RF-1、 RF-2和 RF-3参与
核蛋白体包括 rRNA(核糖体RNA) 和蛋白质,直径为 20-25nm,真核细胞的核蛋白体比原核细胞的大。
真核基因和原核基因表达调控的异同
真核基因和原核基因表达调控的异同?真核基因表达调控的基本原理与原核基因相同,主要表现在:1、与原核基因的调控一样,真核基因表达调控也以转录水平调控为最重要;2、在结构基因均有调控序列,并依靠特异蛋白因子与这些调控序列的结合与否调控基因的表达。
3、都要经历转录、翻译的过程。
4、表达过程都有复杂性,多环节不同1、真核基因表达调控过程更复杂。
2、在染色质结构上。
原核细胞的DNA是裸露的,而真核细胞DNA包装在染色体中。
DNA与组蛋白组成核小体形成为染色体基本单位。
在原核细胞中染色质结构对基因的表达没有明显的调控作用,而在真核细胞中染色质的变化调控基因表达,并且基因分布在不同的染色体上,存在染色体间基因的调控问题;3、真核生物中编码蛋白质的基因通常是断裂基因,含有有非编码序列即内含子,因而转录产生的mRNA前体必须剪切加工才能成为有功能的成熟的mRNA,而不同拼接方式的可产生不同的mRNA。
而原核生物的基因由于不含有外显子和内含子,因此,转录产生的信使RNA不需要剪切、拼接等加工过程。
4、在原核基因转录的调控中,既有正调控,也有负调控,二者同等重要,而真核细胞中虽然也有正调控成分和负调控成分,但目前已知的主要是正调控,且一个真核基因通常都有多个调控序列,必须有多个激活物同时特异地结合上去才能调节基因的转录;5、原核基因的转录和翻译通常是相互偶联的,而真核基因的转录与翻译在时空上是分开的,从而使真核基因的表达有多种调控机制。
6、真核生物细胞中存在mRNA的稳定性调控7、真核生物大都为多细胞生物,基因的表达随细胞内外环境条件的改变和时间程序在不同的表达水平上进行着精确调控,而原核生物主要受环境因素和营养状况影响基因调控。
8、真核生物由三种RNA聚合酶分别负责三种RNA的转录,而原核生物只有一种。
真核表达系统与原核表达系统比较
系统又分为毕赤酵母表达和酿酒酵母表达。针对真核表达系统来说,哺乳动物细胞和酵母表达较为常用。
针对其各自的优缺点,如下:
真核系统和原核系统各自优缺点:
表达系统
系统优缺点
系统蛋白表达方式 优点
缺点
表达的蛋白活性高, 瞬时转染
能够快速灵活的制 蛋白表达量低,大
能够表达多复杂修饰
备活性蛋白
量生产成本极高
哺乳动
的蛋白;
稳定细胞系构建 筛选出的细胞株能 细胞株筛选困难且
真 核 表 达 物细胞
需要细胞房,无菌,
够实验蛋白的大量 时间长,投入大
系统
成本投入高
生产
重组抗体表达
比普通单抗生产量 需筛选细胞株,需
有保证
耗时耗力
酵母表
与哺乳动物相比只能 毕赤酵母表达
甲醇诱导操作方面 需要时间
达系统
表达简单修饰的蛋白 酿酒酵母表达
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Tel: (025) 5889- 4959
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不常用Biblioteka 不常用昆虫表不常用
达系统
原 核 蛋 白 大 肠 杆 菌 操作简单。表达量高;
表达系统 表达
易形成包涵体,蛋白活性物保证
Tel: (025) 5889- 4959
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枯 草 芽 孢 不常用
杆菌表达
链霉菌
不常用
活性蛋白整体方案
Active Protein Solutions
活性蛋白整体方案
Active Protein Solutions
利用原核和真核系统在重组蛋白质表达中的比较
利用原核和真核系统在重组蛋白质表达中的比较当今生物科学领域中,蛋白质表达技术的发展一直备受关注。
利用原核和真核系统来重组蛋白质,是常见的两种方法。
这两种系统在蛋白质表达中有着各自的优势和适用范围。
一、原核系统的蛋白质表达原核系统主要指大肠杆菌(Escherichia coli,简称E.coli)等细菌,并且是最常用的蛋白质表达系统之一。
原核细胞具有复制速度快、易于培养、表达量高等特点,使其成为研究人员的首选。
在原核系统中,通常使用表达载体质粒将目标基因插入到细菌细胞中,并利用细菌自身的转录、翻译系统来实现蛋白质的合成。
在表达载体上,一般包含启动子、转录终止子、选择性标记等功能元件,以控制目标基因的表达和纯化。
原核系统的蛋白质表达具有高效、简便、经济等优势。
然而,由于原核细胞的风险素材含量高,存在内源性的蛋白质翻译后修饰机制有限等局限,某些复杂蛋白质的表达可能会受到限制。
二、真核系统的蛋白质表达真核系统主要指哺乳动物细胞(如CHO细胞)、昆虫细胞(如Sf9细胞)等,相对于原核系统,真核系统具有更接近生物体内蛋白质表达的环境,更能实现复杂蛋白质的表达。
在真核系统中,常用的蛋白质表达包括稳定转染和瞬时转染两种方式。
稳定转染是将目标基因整合到宿主细胞的基因组中,从而实现长期稳定的表达。
而瞬时转染则是将目标基因引入宿主细胞的质粒中,通过短时间高表达来获得大量蛋白质。
真核系统的蛋白质表达能够实现更多的翻译后修饰,如糖基化、磷酸化、乙酰化等。
这些修饰对于某些蛋白质功能的发挥至关重要。
此外,真核细胞中包含更多复杂的蛋白翻译机制和分子伴侣蛋白,有利于蛋白正确折叠和纯化。
然而,真核系统的蛋白质表达过程更为复杂,所需时间和成本也相对较高。
此外,真核细胞具有更严格的质控机制和蛋白降解系统,蛋白质的表达稳定性较差。
三、原核与真核系统的比较原核和真核系统的选择应根据具体的研究目的和需求。
如果目标是表达小分子量、水溶性和结构简单的蛋白质,原核系统是较好的选择。
原核表达系统
-原核表达系统一.表达系统:基因工程中用来获得有功能的异源蛋白质的体系,包括克隆载体,表达载体及受体细胞。
据受体细胞的不同可分为:1.原核表达载体系统:将外源基因引入原核细胞,并使其在原核细胞中以发酵形式快速高效地表达合成基因产物的体系。
2.真核表达系统:使外源基因在真核细胞中表达。
二.原核生物基因结构和表达特点1.原核生物染色体DNA是裸露的环形DNA,其转录和翻译是偶联的连续进行。
2.原核生物形成多顺反子mRNA:mRNA在合成过程中和多个核糖体结合,翻译形成多条肽链。
(图)多顺反子mRNA(polycistronic mRNA):即可作为两个或多个肽链翻译模板的mRNA。
3.一般不含内含子(intron),没有转录及翻译后加工系统。
4.原核生物中功能相关的基因串联在一起,形成操纵子。
操纵子(operon):是一组功能上相关,受同一调控区控制的基因组成的一个遗传单位。
1)原核生物基因表达的基本单位(即一个转录单位)。
共同协调作用,完成某一多肽的表达调控。
2)包括调控区:调节基因,启动基因,操作基因。
结构基因:5.原核生物中参与转录的基因结构:1)启动子:是DNA上的一段序列,是RNA聚合酶识别并结合部位。
各种不同的原核细胞其启动子各有不同,但均含有下列两个高度保守区(富含AT:易变性解离为单链,为RNA合成提供模板)(1)TATA box(-10区,pribnow box):转录启始点上游10bp处一段富含AT的碱基TATATTA(2)-35区:长度和顺序个体间差别很大,富含AT是RNA聚合酶识别位点。
转录的启始:RNA聚合酶首先识别启动子的-35区并结合至启动子上,然后开始滑向转录起始点,到-10区时,RNA聚合酶与启动子结合更牢固,并继续向前滑行,大约6-7bp后开始转录(转录起始位点)。
即RNA聚合酶识别并结合启动子,但并不转录(图)。
各种启动子启动转录能力不同。
启动子强弱取决于-35区和-10区的碱基组成及其间隔序列。
原核生物和真核生物基因表达调控复制、转录、翻译特点的比较
原核生物和真核生物基因表达调控、复制、转录、翻译特点的比较1.相同点:转录起始是基因表达调控的关键环节①结构基因均有调控序列;②表达过程都具有复杂性,表现为多环节;③表达的时空性,表现为不同发育阶段和不同组织器官上的表达的复杂性;2.不同点:①原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平。
真核基因的表达调控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次。
②原核基因表达调控主要为负调控,真核主要为正调控。
③原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性,真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子,依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用调控转录激活。
④原核基因表达调控主要采用操纵子模型,转录出多顺反子RNA,实现协调调节;真核基因转录产物为单顺反子RNA,功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。
⑤真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平,其次是翻译水平。
原核生物基因以操纵子的形式存在。
转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白、负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA聚合酶抑制物、衰减子等。
翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA的调控作用。
真核生物基因表达的调控环节较多:在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。
在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TA TA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合及转录起始复合物的形成。
在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA运输的控制来影响基因表达。
在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA的稳定性调节及小分子RNA。
真核基因调控中最重要的环节是基因转录,真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。
蛋白质表达系统的选择原核与真核细胞的比较
蛋白质表达系统的选择原核与真核细胞的比较蛋白质表达是生物学研究中至关重要的实验技术之一,它可以帮助科学家们生产大量特定的蛋白质,并且进行进一步的研究。
在进行蛋白质表达时,科学家们可以选择将目标基因表达于原核或真核细胞中。
本文将对原核细胞和真核细胞的差异进行比较,分析选择适合的蛋白质表达系统的几个关键因素。
1. 细胞结构差异原核细胞是没有真核细胞特有的细胞核和复杂的胞器结构的单细胞有核生物。
相比之下,真核细胞的细胞结构更加复杂,包括细胞核、线粒体、内质网等。
这些细胞器的存在使得真核细胞在蛋白质表达过程中能够进行更多的后续修饰和折叠,从而获得更高的蛋白质表达效率。
2. 转录与翻译差异在原核细胞中,DNA转录和蛋白质合成是同时进行的。
因为没有细胞核的隔离作用,转录和翻译可以在细胞质中同时进行。
而在真核细胞中,DNA转录发生在细胞核中,形成的mRNA需要通过核孔复合体进入细胞质,然后才能进行翻译。
这种分离的过程使得真核细胞蛋白质表达的效率相对较低。
3. 后续修饰能力差异真核细胞拥有更强大的后续修饰能力。
在蛋白质合成过程中,真核细胞能够进行糖基化、磷酸化、酰化等修饰作用,从而赋予蛋白质更多的功能和稳定性。
相比之下,原核细胞的后续修饰能力较弱,只能进行有限的修饰。
4. 表达量与成本差异原核细胞的表达系统通常能够提供较高的表达量,因为它们能够在较短的时间内合成大量的蛋白质。
此外,原核细胞的培养成本相对较低,适用于大规模生产。
真核细胞在表达大蛋白质时效率较低,而且培养成本相对较高。
综上所述,选择表达系统需要考虑具体实验要求。
如果需要大量表达,可以选择原核细胞,如大肠杆菌。
原核细胞表达系统的优势在于高表达量和低成本。
而如果需要进行复杂的后续修饰,以及模拟真实细胞环境的蛋白质表达,则可以选择真核细胞,如酵母或哺乳动物细胞。
真核细胞表达系统的优势在于能够进行复杂的蛋白质修饰和得到更接近自然状态的蛋白质。
此外,还可以根据实验需求进一步优化表达系统,例如引入特定的启动子或基因调控元件来提高表达效率和稳定性。
真核基因和原核基因表达调控的异同
真核基因和原核基因表达调控的异同文件管理序列号:[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]真核基因和原核基因表达调控的异同?真核基因表达调控的基本原理与原核基因相同,主要表现在:1、与原核基因的调控一样,真核基因表达调控也以转录水平调控为最重要;2、在结构基因均有调控序列,并依靠特异蛋白因子与这些调控序列的结合与否调控基因的表达。
3、都要经历转录、翻译的过程。
4、表达过程都有复杂性,多环节不同1、真核基因表达调控过程更复杂。
2、在染色质结构上。
原核细胞的DNA是裸露的,而真核细胞DNA包装在染色体中。
DNA与组蛋白组成核小体形成为染色体基本单位。
在原核细胞中染色质结构对基因的表达没有明显的调控作用,而在真核细胞中染色质的变化调控基因表达,并且基因分布在不同的染色体上,存在染色体间基因的调控问题;3、真核生物中编码蛋白质的基因通常是断裂基因,含有有非编码序列即内含子,因而转录产生的mRNA前体必须剪切加工才能成为有功能的成熟的mRNA,而不同拼接方式的可产生不同的mRNA。
而原核生物的基因由于不含有外显子和内含子,因此,转录产生的信使RNA不需要剪切、拼接等加工过程。
4、在原核基因转录的调控中,既有正调控,也有负调控,二者同等重要,而真核细胞中虽然也有正调控成分和负调控成分,但目前已知的主要是正调控,且一个真核基因通常都有多个调控序列,必须有多个激活物同时特异地结合上去才能调节基因的转录;5、原核基因的转录和翻译通常是相互偶联的,而真核基因的转录与翻译在时空上是分开的,从而使真核基因的表达有多种调控机制。
6、真核生物细胞中存在mRNA的稳定性调控7、真核生物大都为多细胞生物,基因的表达随细胞内外环境条件的改变和时间程序在不同的表达水平上进行着精确调控,而原核生物主要受环境因素和营养状况影响基因调控。
8、真核生物由三种RNA聚合酶分别负责三种RNA的转录,而原核生物只有一种。
蛋白表达形式
蛋白表达形式
蛋白表达形式主要有以下几种:
1. 原核表达系统:原核表达系统是最早被开发的蛋白表达途径之一,主要利用大肠杆菌(E.coli)作为宿主细胞。
该系统具有操作简单、表达量高等优点,适用于小分子量蛋白的表达。
在原核表达系统中,常用的表达载体包括质粒和噬菌体。
质粒表达途径通过将目标蛋白编码基因插入质粒中,然后将质粒导入宿主细胞,利用宿主细胞的代谢机制表达目标蛋白。
噬菌体表达途径则利用噬菌体感染宿主细胞,将目标蛋白编码基因插入噬菌体基因组中,然后利用宿主细胞的机制表达目标蛋白。
原核表达系统的主要限制是无法表达复杂的蛋白质结构和糖基化蛋白。
2. 真核表达系统:真核表达系统利用真核细胞作为宿主细胞,可以表达复杂的蛋白质结构和糖基化蛋白。
常用的真核表达系统包括酵母表达系统和哺乳动物细胞表达系统。
酵母表达系统主要利用酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)或毕赤酵母(Pichia pastoris)等作为宿主细胞。
除此之外,还有分泌型表达载体、带纯化标签的表达载体、表面呈现表达载体、带伴侣的表达载体等多种表达形式,并且每种表达形式都有其独特的特点和应用场景。
表达载体之原核VS真核
酿酒酵母表达系统常用启动子
1)糖酵解途径中关键酶的强启动子,受葡萄糖诱导:
甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因GAPDH
磷酸甘油激酶基因PKG
乙醇脱氢酶基因ADH
2)半乳糖激酶启动子(GAL1)
半乳糖诱导、葡萄糖抑制
GAL8
GAL4
UAS
GAL1
GAL7
GAL1
A、 GAL1、GAL7和 GAL10基因连锁在一起,独立转录,共同调控
3、甲醇酵母表达系统操作原理
宿主株与标记基因 甲醇酵母系统的整合事件 胞内表达与分泌表达
甲醇酵母系统宿主
二大宿主系统主要特点
项目 最适温度 毕赤酵母 30℃ 汉森酵母 37℃
最适pH值
甘油阻遏 糖基化 高密度发酵
4.5
是 部分过度 100g/L
4.5
否 较正常 100g/L
二大宿主系统主要选择标记
表 达 载 体 之 原 核 真 核
VS 万 佩
原 核 真 核
都原 是核 我表 们达 表体 达系 重与 组真 基核 因表 蛋达 白体 的系 重, 要亦 载如 体阴 ,阳 也, 各相 有辅 优相 劣成
目的基因
构建
转化
培养,诱导表达载体重组载体表达菌株
“基因——载体——菌株——培养”
常见启动子 λpL启动子: trp启动子: trc启动子: 热诱导启动子 化学诱导启动子 trp+lac杂交启动子
(一) 酿酒酵母表达系统
酿酒酵母系统启动子 酿酒酵母分泌系统 酿酒酵母糖基化系统 酿酒酵母表达系统存在的问题
1、酿酒酵母启动子
起始 位点 mRNA
40-120bp
DAS
编码序列
UAS
真核生物基因和原核生物基因的表达有哪些主要差异
真核生物基因和原核生物基因的表达有哪些主要差异?若是高中阶段,下面这句话就差不多够用了吧。
相同点:原核生物和真核生物的基因组成大体上都分为编码区和非编码区;不同点:原核生物的基因编码区是连续的,而真核生物的基因编码区是不连续的,分为内含子和外显子。
要更详细的话,下面基因上,真核生物和原核生物基因表达不同。
因为真核生物的基因结构比较复杂(有内含子、外显子之分,且有复杂的调控用非编码序列,还有多个染色体…………)具体来说:1. 在真核细胞中,刚转录出来的RNA初级转录物包含内含子和外显子。
然后在酶的催化下对它的两端进行修饰,内含子被剪切。
最后成熟的RNA从细胞核迁移到细胞质,并在核糖体上翻译蛋白质。
虽然这些步骤从图上看起来是一步一步按顺序完成的,事实上他们经常是同时发生的。
例如,RNA加帽和拼接在RNA 初级转录物完成时就开始了。
但总的说,在时间上和空间上还是分开了!2. 在原核生物中,mRNA的合成相对比较容易。
由于原核生物细胞没有细胞核,所以转录和翻译发生在同一地方,而且细菌mRNA的翻译经常在转录完成之前就开始了。
即没有时间与空间的分隔!而且,真核生物(除少数较低等真核生物外)一个mRNA分子一般只含有一个基因,原核生物的一个mRNA分子通常含有多个基因。
再者,二者虽然都具有核糖体,但又有不同!如下例:真核生物原核生物核糖体80S 70S大亚基60S 50S小亚基40S 30S即二者内部本质组成是不同的,这也就是为什么有些抗生素类药物可以抑制细菌合成蛋白质,却对人体无害的原因!(因为这些药物对真核生物核糖体无效。
)再从转录用酶的角度,举例如RNA聚合酶:原核生物就一种,其全酶5个亚基,核心酶有4个亚基,还要有σ因子等的配合。
真核生物有三种,各有功能。
列举如下:RNA聚合酶Ⅰ:不受α-鹅膏蕈碱的抑制,大于10- 3mol/L存在于核仁中,合成5.8S rRNA,18S rRNA和28S rRNA;RNA聚合酶Ⅱ:对α-鹅膏蕈碱最为敏感,10-8— 10-9mol/L存在于核质中,合成hnRNA,snRNARNA聚合酶Ⅲ:对α-鹅膏蕈碱中度敏感,在10-4— 10-5mol/L 时表现抑制;存在于核质中,合成tRNA,5S rRNA。
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原核表达和真核表达
原核表达的步骤和主要试剂
1、获得目的基因;
2、构建重组表达载体;
3、获得含重组表达质粒的表达菌种;
4、诱导表达;
5、包涵体的分离。
获得目的基因 PCR法钓基因
引物(捷瑞),普通taq酶(Regene,Fermentas)/Pfu
酶(Fermentas)/Hotstart Taq酶
(Fermentas),dNTP(Regene,Fermentas)
RT-PCR法获取基因
Trizol(Invitrogen,捷瑞),DEPC(捷瑞或其他进分),
Rnase抑制剂(MBI),M-MLV/AMV(Fermentas)或
M-MLV/AMV一步法RT-PCR试剂盒(捷瑞、Qiagen、
Axygen、Omega)
构建重组表达载体 内切酶(Fermentas),载体(捷瑞,Fermentas),琼脂糖(西班牙),T4连接酶(Fermentas,promega),测序
获得含重组表达质粒的表达菌种 菌株(捷瑞),质粒小抽试剂盒(捷瑞、Qiagen、Axygen),感受态细胞制备试剂盒(捷瑞),抗生素(捷瑞,Amresco,sigma),测序(伟沃)
诱导表达 IPTG(捷瑞,Amresco,sigma),胰蛋白胨(Oxiod),酵母粉(Oxiod),琼脂(进分,国产)
包涵体的分离 Triton X -100(捷瑞,进分),PMSF(sigma),DTT (Amresco,进分),尿素(Amresco,进分,sigma),还原型谷胱甘肽(Amresco,进分,sigma)
真核表达
蛋白质在真核表达的过程中,可以通过真核细胞的转录加工系统获得具有一定构象和生物活性的蛋白质。
真核表达现在主要有毕赤酵母表达体系、杆状病毒昆虫细胞表达体系、哺乳动物细胞表达体系。
各种表达系统各有其优缺点,酵母和昆虫细胞表达系统蛋白表达水平高,生产成本低,但它们的加工修饰体系与哺乳动物细胞不完全相同;哺乳动物细胞产生的蛋白质更接近于天然蛋白质,但其表达量低、操作繁琐。
各种表达系统由于翻译后的加工不完全相同,因而产生的重组蛋白的生物学活性和免疫原性有时会有差别。
毕赤酵母表达体系步骤及试剂
1、目的基因的获取;
2、构建表达质粒载体;
3、表达质粒的转化;
4、转化子的鉴定;
5、表达产物的鉴定。
目的基因的获取 基因组DNA提取 酚/氯仿法
蛋白酶K(Merk和Amresco),饱和酚(捷瑞),
氯仿﹕异戊醇(24﹕1)(捷瑞)
试剂盒法
血液/动物/植物/微生物基因组DNA提取试剂盒
(捷瑞、Qiagen、Axygen、Omega)
RNA的提取 Trizol法
Trizol(Invitrogen,捷瑞),DEPC(捷瑞或其
他进分),Rnase抑制剂(MBI)
试剂盒法 高纯总RNA快速提取试剂盒(捷瑞、Qiagen、Axygen、Omega)
第一链cDNA的合成 M-MLV/AMV(Fermentas)或M-MLV/AMV一步法RT-PCR试剂盒(捷瑞、Qiagen、Axygen、Omega)
PCR技术 PCR 引物(捷瑞),普通taq酶(Regene,Fermentas)/Pfu酶(Fermentas)/Hotstart Taq酶(Fermentas),dNTP(Regene,Fermentas)
产物纯化 PCR产物纯化试剂盒(捷瑞,Axygen)
构建表达质粒载体 Vector(捷瑞,Fermentas),菌株(捷瑞),质粒小抽试剂盒(捷瑞、Qiagen、Axygen),限制内切酶(Fermentas),T4连接酶(Fermentas,promega),测序
表达质粒的转化 毕赤酵母菌株(Invitrogen),高效感受态细胞制备试剂盒(捷瑞),限制内切酶(Fermentas),MD或MGY培养基:YNB(进分),生物素(sigma,捷瑞,进分),各种氨基酸(国产,进分),胰蛋白胨(Oxiod),酵母粉(Oxiod),琼脂(进分,国产)
转化子的鉴
定 基因组水平的鉴
定
PCR法
引物(捷瑞),普通taq酶(Regene,Fermentas)
/Pfu酶(Fermentas)/Hotstart Taq酶
(Fermentas),dNTP(Regene,Fermentas),琼
脂糖(西班牙原装),Gold view(国产),Tris
(Biosharp),硼酸(Biosharp),DNA marker(捷
瑞,Fermentas)
转录水平的鉴定 RT-PCR法
Trizol(Invitrogen,捷瑞),DEPC(捷瑞或其
他进分),Rnase抑制剂(MBI),琼脂糖(西班
牙原装),Gold view(国产),Tris(Biosharp),
硼酸(Biosharp),DNA marker(捷瑞,Fermentas)
表达产物的
鉴定 SDS-PAGE法
SDS(Amresco,进分,捷瑞),单丙稀酰胺/甲
叉双丙稀酰胺(Amresco,进分,捷瑞),Tris
(Amresco,进分,捷瑞),甘氨酸(Amresco,
进分,捷瑞),TEMED/APS(进分),蛋白Marker
(MBI,捷瑞),考马斯亮蓝R-250(Amresco,
进分,捷瑞)
Western blot
考马斯亮蓝R-250(Amresco,进分,捷瑞),Tris
(Amresco,进分,捷瑞),甘氨酸(Amresco,
进分,捷瑞),甲醇(国产),NC膜(Millipore,
GE),Tween-20(Amresco,进分,捷瑞),Nacl
(国产),脱脂奶粉(Bio-Rad),一抗(Santa
Cruze,Abcam等),HRP标记的二抗(凯基,碧
云天或其他国产),DAB(Amresco,sigma,捷
瑞,进分)
杆状病毒昆虫细胞表达体系步骤及试剂
1、目的基因的获取;
2、构建表达质粒载体;
3、表达质粒的转化;
4、重组蛋白的表达;
5、表达产物的鉴定
目的基因的获取 略
构建表达质粒载体 穿梭质粒(Invitrogen),菌株(Invitrogen),质粒小抽试剂盒(捷瑞、Qiagen、Axygen),限制内切酶(Fermentas),T4连接酶(Fermentas,promega),测序
表达质粒的转化 cellfectin(Invitrogen),sf9细胞(Invitrogen),Grace's培养基(Gibco,Hyclone),胎牛血清(Gibco,洛神,Hyclone)
重组蛋白的表达 SF-900 II SFM培养基(Gibco,Hyclone),血清(Gibco,洛神,Hyclone) 表达产物的鉴定 略
哺乳动物细胞表达体系步骤及试剂
1、目的基因的获取;
2、构建表达质粒载体;
3、表达质粒的转染,筛选,鉴定;
4、重组
蛋白的表达;5、表达产物的鉴定
目的基因的获取 略
构建表达质粒载体 哺乳动物表达载体(Invitrogen),菌株(Invitrogen),质粒小抽试剂盒(捷瑞、Qiagen、Axygen),限制内切酶(Fermentas),T4连接酶(Fermentas,promega),测序
表达质粒的转染,筛选,鉴定 Lipofectamine 2000(Invitrogen),培养基(Gibco,Hyclone),血清(Gibco,洛神,Hyclone),G418(Amresco,Gibco)
重组蛋白的表达 培养基(Gibco,Hyclone),血清(Gibco,洛神,Hyclone) 表达产物的鉴定 略。