原核生物真核生物基因表达比较优秀课件
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原核生物和真核生物基因表达调控特点的比较知识讲解
翻译的起始 起始tRNA是fMet-tRNA，30s小 起始tRNA是 Met-tRNA，40s小亚基首先
亚基首先与mRNA模板相结合， 与Met-tRNA相结合，再与模板mRNA结
再与fMet-tRNA结合，最后与 合，最后与60s大亚基结合生成起始复
50s大亚基结合
合物
肽链的终止
三种释放因子RF1,RF2,RF3
eRF1和eRF3
真核生物和原核生物复制的不同点：
• 真核生物DNA的合成只是在细胞周期的S期进行，而原核生物则 在整个细胞生长过程中都可进行DNA合成
• 原核生物DNA的复制是单起点的，而真核生物染色体的复制则 为多起点的。
• 真核生物中前导链的合成并不像原核生物那样是连续的，而是 以半连续的方式，由一个复制起点控制一个复制子的合成，最 后由连接酶将其连接成一条完整的新链。
原核生物
真核生物
场所
细胞核内
拟核区
mRNA
mRNA分子一般只编码一个基因
一个mRNA分子通常含多个基因RNA聚合酶一种
三种
独立转录
可以直接起始转录合成RNA 不能独立转录RNA，三种聚合酶都必须
在蛋白质转录因子的协助下才能进行
翻译
原核生物
RNA的转录
真核生物
氨基酸的活化 起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸
从生成甲硫氨酰-tRNAi开始
原核生物转录过程示意图
真核生物转录 过程示意图
原核生物和真核生物基因表达调控特点的比较——不同点——转录
真核生物和原核生物翻译的不同点：
• 氨基酸的活化：原核起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸，真核是从生 成甲硫氨酰-tRNAi开始的。
• 翻译的起始：原核的起始tRNA是fMet-tRNA，30s小亚基首先与 mRNA模板相结合，再与fMet-tRNA结合，最后与50s大亚基结合。 真核中起始tRNA是 Met-tRNA，40s小亚基首先与Met-tRNA相结合， 再与模板mRNA结合，最后与60s大亚基结合生成起始复合物。
真核生物的基因表达调控ppt(共59张PPT)
在转录水平上的基因表达调控
真核生物的蛋白质基因的转录除了启动子、RNA聚合酶II和基础转录因 子以外，还需要其它顺式作用元件和反式作用因子的参与。 参与基因表达调控的主要顺式作用元件有：增强子、沉默子、绝缘 子和各种反应元件；参与基因表达调控的反式作用因子也称为转录 因子，它们包括激活蛋白、辅激活蛋白、阻遏蛋白和辅阻遏蛋白。 激活蛋白与增强子结合激活基因的表达，而阻遏蛋白与沉默子结合 ，抑制基因的表达，某些转录因子既可以作为激活蛋白也可以作为 阻遏蛋白其作用，究竟是起何种作用取决于被调节的基因。辅激活 蛋白缺乏DNA结合位点，但它们能够通过蛋白质与蛋白质的相互作 用而行使功能，作用方式包括：招募其它转录因子和携带修饰酶（ 如激酶或乙酰基转移酶）到转录复合物而刺激激活蛋白的活性；辅 阻遏蛋白也缺乏DNA结合位点，但同样通过蛋白质与蛋白质的相互 作用而起作用，作用机理包括：掩盖激活蛋白的激活位点、作为负 别构效应物和携带去修饰酶去中和修饰酶（如磷酸酶或组蛋白去乙 酰基酶）的活性。
真核生物与原核生物在 调控机制上的主要差异
调控的原因：原核生物基因表达调节的目的是为了更有效 和更经济地对环境的变化做出反应，而多细胞真核生物基 因表达调节的主要目的是细胞分化，它需要在不同的生长 时期和不同的发育阶段具有不同的基因表达样式； 调控的层次：原核生物基因表达调控主要集中在转录水平 ，但真核生物基因表达的转录后水平调节与其在转录水平 上的调节各占“半壁江山”，而某些调控层次是真核生物特有 的，比如染色质水平、RNA后加工水平和mRNA运输等；
调控的手段：原核生物绝大多数的基因组织成操纵子，但真核 生物一般无操纵子结构。
在染色质水平上的基因调控
原核生物的DNA绝大多数处于完全暴露和可接近的状态，而真核生物 DNA大部分被遮挡并组织成染色质。因此，原核生物DNA转录的“默认 状态”是开放，其调控机制主要是通过阻遏蛋白进行的负调控，而真核生 物DNA转录的“默认状态”是关闭，其调控机制主要是通过激活蛋白进行 的正调控。 染色质的结构是一种动态可变的结构，其结构的变化能直接影响到基因 的表达。已有众多证据表明，一个基因在表达前后，其所在位置的染色 质结构会发生重塑或重建。由于染色质的组成单位是核小体，因此，染 色质结构的改变是从核小体的变化开始的，而核小体的变化是从组蛋白 的共价修饰和去修饰开始的。
原核生物和真核生物基因表达调控特点的比较
真核生物
DNA与蛋白质结合形成， 储存于细胞核内，除配子细胞外，体 细胞内的基因组是双份的（即双倍体）
复制子 基因组较小，只有一个复制子
基因组较大，具有许多复制起点，而 每个复制子的长度较小。
顺反子
多顺反子，功能上相关的几个基因 单顺反子，一个结构基因经过转录和
往往在一起组成操纵子结构。
翻译生成一个mRNA分子和一条肽链。
一个mRNA分子通常含多个基因
一种
三种
可以直接起始转录合成RNA 不能独立转录RNA，三种聚合酶都必须在蛋白质转录因子的协助下源自能进行翻译原核生物
RNA的转录
真核生物
氨基酸的活化 起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸
从生成甲硫氨酰-tRNAi开始
翻译的起始 起始tRNA是fMet-tRNA，30s小 起始tRNA是 Met-tRNA，40s小亚基首先
原核生物和真核生物基因表达调控特点的比 较
Content
翻译
转录
复制
原核生物和真核生物 基因表达调控特点的比较
结构 决定 功能
原核生物和真核生物基因表达调控特点的比较——目录
结构决定功能
相同：
都具有编码区和非编码区 都具有RNA聚合酶结合位点
不同：
原核
没有外显子 和内含子
基因连续， 没有间隔
真核
亚基首先与mRNA模板相结合， 与Met-tRNA相结合，再与模板mRNA结
再与fMet-tRNA结合，最后与 合，最后与60s大亚基结合生成起始复
50s大亚基结合
合物
肽链的终止
三种释放因子RF1,RF2,RF3
eRF1和eRF3
真核生物和原核生物复制的不同点：
1. 真核生物DNA的合成只是在细胞周期的S期进行，而原核生物则 在整个细胞生长过程中都可进行DNA合成
原核生物基因的表达及其调控PPT课件
19
诱导调控与非诱导调控
根据辅因子（小分子）结合后调控效果， 可分：
开启调控系统中结构基因的转录活性 — —诱导
关闭调控系统中结构基因的转录活性 — —阻遏
20
6
9.2 Transcription is catalyzed by RNA polymerase Figure 9.6 RNA polymerase moves like an inchworm during elongation, when it compresses from the back end and release from the front end.
RNA和细胞内所转录出的RNA， 其起始点相同，序列相同，若仅 用核心酶进行转录，则模板链和 起始点的选择都有很大的随意性， 而且往往同一段DNA的两条链都 被转录。
• 由此可见：σ亚基对识别DNA链
上的转录信号是不可缺少的，它 是核心酶和启动子之间的桥梁。 σ因子的取代在细胞发育和对环 境应答的反应中起主导作用。如 在枯草杆菌中就有不同相对分子 质量的σ因子
11
回文顺序 (Palindromic sequence)
5‘ GTGAGCTCAC 3’
3’ CACTCGAGTG 5’
书画 临上 汉荷 字花 翰和 林尚 书画
12
所有原核生物的终止子共同的序列特征
在转录终止点之前有一 段回文结构，因而所产 生的mRNA可形成茎环 状的发夹结构，它可使 RNA聚合酶的移动停止 或减缓。
10
• 二、转录的终止 • （一）终止子及其结构： • 1、概念： DNA上提供转录停止信号的一段
序列称为终止子(terminator)，是一个基因的 末端或是一个操纵子的末端的一段特定序列。 • 2、类型：强终止子和弱终止子 • 强终止子：不依赖于Rho蛋白质辅助因子而能 实现终止作用，这类终止子属于强终止子； • 弱终止子：依赖于Rho蛋白质辅助因子才能实 现终止作用，这类终止子属于弱终止子。蛋白 质辅助因子称为释放因子，通常称为ρ因子。
诱导调控与非诱导调控
根据辅因子（小分子）结合后调控效果， 可分：
开启调控系统中结构基因的转录活性 — —诱导
关闭调控系统中结构基因的转录活性 — —阻遏
20
6
9.2 Transcription is catalyzed by RNA polymerase Figure 9.6 RNA polymerase moves like an inchworm during elongation, when it compresses from the back end and release from the front end.
RNA和细胞内所转录出的RNA， 其起始点相同，序列相同，若仅 用核心酶进行转录，则模板链和 起始点的选择都有很大的随意性， 而且往往同一段DNA的两条链都 被转录。
• 由此可见：σ亚基对识别DNA链
上的转录信号是不可缺少的，它 是核心酶和启动子之间的桥梁。 σ因子的取代在细胞发育和对环 境应答的反应中起主导作用。如 在枯草杆菌中就有不同相对分子 质量的σ因子
11
回文顺序 (Palindromic sequence)
5‘ GTGAGCTCAC 3’
3’ CACTCGAGTG 5’
书画 临上 汉荷 字花 翰和 林尚 书画
12
所有原核生物的终止子共同的序列特征
在转录终止点之前有一 段回文结构，因而所产 生的mRNA可形成茎环 状的发夹结构，它可使 RNA聚合酶的移动停止 或减缓。
10
• 二、转录的终止 • （一）终止子及其结构： • 1、概念： DNA上提供转录停止信号的一段
序列称为终止子(terminator)，是一个基因的 末端或是一个操纵子的末端的一段特定序列。 • 2、类型：强终止子和弱终止子 • 强终止子：不依赖于Rho蛋白质辅助因子而能 实现终止作用，这类终止子属于强终止子； • 弱终止子：依赖于Rho蛋白质辅助因子才能实 现终止作用，这类终止子属于弱终止子。蛋白 质辅助因子称为释放因子，通常称为ρ因子。
真核生物和原核生物的区别比较PPT课件
裂殖
有丝分裂，无丝分裂
细胞组织
主要是单细胞生物体， 大多数是多细胞生物
不形成细胞组织
体并形成细胞组织
真核生物和原核生物的区别比较
2
细胞结构图表 :
真核生物和原核生物的区别比较
3
真核生物和原核生物的区别比较：特征 细胞膜核膜
染色体
DNA量 基因数 转录和翻译的 时空关系
核仁 线粒体 内质网
原核生物
真核生物
有（多功能性）
有
无（拟核）
有（2层膜）
由一个环形DNA分子构成，二个染色体以上，线性
DNA不与或很少与蛋白质 DNA与蛋白质结合形成
结合
染色体
少
多
几千
大于几万、十万
同时进行
核内转录，细胞质中翻 译
无
有
无
有
无
有
无
有
真核生物和原核生物的区别比较
1
核糖体 光合作用结构
核外DNA 细胞壁
细胞分裂
有
有
蓝藻有含叶绿素a的膜 植物叶绿体含有叶绿素 层结构，细菌具有菌色 a和b 素
细菌有裸露的质粒DNA 线粒体DNA和叶绿体 DNA
细菌由糖类和蛋白质结 植物细胞的细胞壁有纤 合而成的化合物-肽聚糖 维素和果胶质构成
原核生物真核生物基因表达比较
原核生物位于AUG上游3个核苷酸处的一个短片段（4-6个 核苷酸）叫做SD序列。这段序列正好与tRNA 30S小亚基中的 16s rRNA3’端一部分序列互补，因此SD序列也叫做核糖体结 合序列。其中有三种IF参加起始复合物的形成。 真核生物mRNA中的帽子结构和帽子结合蛋白复合物结合。至 少有十种eIF参与起始复合物的形成。
起始点上游多数有共同的TATA序列，称为Hognest盒或TATA盒 (TATA box)。通常认为这就是启动子的核心序列。TATA盒虽然没有
原核的-10区、-35区那么典型，没有原核那样的相对较高较精确的丰度、区 段；除TATA盒；还有一些叫“盒”或不叫的调控序列。
启动子上游元件是位于TATA盒上游的DNA序列，多在转录起始点 约-40～-100nt的位置，比较常见的是GC盒和CAAT盒。
（启动子）
真核生物转录起始前的上游区段调控序列：
不同物种、不同细胞或不同的基因，转录起始点上游可以有不同的 DNA序列，但这些序列都可统称为顺式作用元件(cis-acting element)。
顺式作用元件包括启动子、启动子上游元件(upstream promoter elements) 等近端调控元件和增强子(enhancer)等远隔序列。
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。
在RNA聚合酶作用下发生第一次 聚合反应，形成转录起始复合物。
真核生物RNA聚合酶Ⅱ-DNA-RNA复合物
转录延长：
原核生物转录过程中有羽毛状现象：
启动子清除，α亚基脱落， RNA–pol聚合酶核心酶变构， 与模板结合松弛，沿着DNA模 板前移，在核心酶作用下NTP 不断聚合，RNA链不断延长。
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起始tRNA是fMet-tRNA(fMet上角标） 起始tRNA是 Met-tRNA(Met上角标）
30s小亚基首先与mRNA模板相结合 再与fMet-tRNA(fMet上角标）结合
40s小亚基首先与Met-tRNA(Met上角标） 相结合
再与模板mRNA结合
最后与50s大亚基结合
最后与60s大亚基结合生成起始复合物
显子，因此转录产生的RNA需要加工修饰！
酶：
原核生 物RNA聚合酶
真核生 物RNA聚合酶
原核生物每一转录区段可视为一个转录单位，
称为操纵子(operon)。操纵子包括若干个结构基因 及其上游(upstream)的调控序列。
原核生物上游调控序列:中的启动子是RNA聚合酶结合
模板DNA的部位，也是控制转录的关键部位。 转录起始区：A-T配对比较多，A-T多是有利于解链的 -10区的“一致性序列”为TATAAT 35区最大一致性序列是TTGACA
原核生物在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行，转录尚未完
成，翻译已在进行。
真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没
有转录与翻译同步的现象。
转录终止：
RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转 录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。
原核生物的转录终止分类：
依赖ρ因子的转录终止
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。
在RNA聚合酶作用下发生第一次 聚合反应，形成转录起始复合物。
真核生物RNA聚合酶Ⅱ-DNA-RNA复合物
转录延长：
原核生物转录过程中有羽毛状现象：
启动子清除，α亚基脱落， RNA–pol聚合酶核心酶变构， 与模板结合松弛，沿着DNA模 板前移，在核心酶作用下NTP 不断聚合，RNA链不断延长。
tRNAfMet与甲硫氨酸结合后， 甲硫氨酸很快被甲酰化为N-
tRNAiMet与甲硫氨酸结合 后形成Met-tRNAiMet 。
甲酰甲硫氨酸，于是形成N-
甲酰甲硫氨酰-tRNA (fMet-
tRNAfMet)。
参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet
肽链合成起始:
原核生物:
真核生物:
原核生物真核生物转录对比：
翻译：
mRNA是蛋白质生物合成的直接模板:
遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。
原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的 mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子(polycistron) 。
真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(single cistron)
真核生物翻译起始
原核生物肽链合成的延长： 1. 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
原核生物位于AUG上游8-13个核苷酸处的一个短片段（4-6个 核苷酸）叫做SD序列。这段序列正好与tRNA 30S小亚基中的 16s rRNA3’端一部分序列互补，因此SD序列也叫做核糖体结 合序列。其中有三种IF参加起始复合物的形成。 真核生物mRNA中的帽子结构和帽子结合蛋白复合物结合。至 少有十种eIF参与起始复合物的形成。
起始点上游多数有共同的TATA序列，称为Hognest盒或TATA盒 (TATA box)。通常认为这就是启动子的核心序列。TATA盒虽然没有原
核的-10区、-35区那么典型，没有原核那样的相对较高较精确的丰度、区段； 除TATA盒；还有一些叫“盒”或不叫的调控序列。
启动子上游元件是位于TATA盒上游的DNA序列，多在转录起始点约 -40～-100nt的位置，比较常见的是GC盒和CAAT盒。
蛋白质生物合成需要酶类、蛋白质因子:
氨基酸的活化：
氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰-tRNA的过程称为 氨基酸的活化，氨基酸活化形成氨基酰-tRNA。
原核、真核生物----都有两种Met-tRNA：
原核生物起始氨基酰-tRNA:
fMet-tRNAfMet
真核生物起始氨基酰-tRNA:
Met-tRNAiMet
原核生物真核生物基因表达比 较优秀课件
转录： 原核生物
真核生物
原料: 模板: 酶: 其他因子:
NTP (ATP UTP CTP GTP)
DNA ？
RNA-聚合酶
RNA-聚合酶 I II III
转录因子
模板:
原核生物的基因由于没有外显子和内含子，转录产生的信使 RNA不需要剪切、拼接等加工过程。而真核生物有内含子、外
（启动子）
真核生物转录起始前的上游区段调控序列：
不同物种、不同细胞或不同的基因，转录起始点上游可以有不同的 DNA序列，但这些序列都可统称为顺式作用元件(cis-acting element)。
顺式作用元件包括启动子、启动子上游元件(upstream promoter elements) 等近端调控元件和增强子(enhancer)等远隔序列。
非依赖ρ因子的转录终止
Ρ因子
Ρ因子：
➢ 识别富含C的RNA链 ➢ ATPase活性 ➢ 解螺旋酶（helicase）活性
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。
许多真核生物基因转录后有一个对mRNA外显子加工的过程,使 mRNA序列中出现移码、错义、无义突变，导致同一前体mRNA 翻译出序列、功能不同的蛋白质。这种基因表达的调节方式称为 mRNA编辑（mRNA editing）。
核蛋白体是蛋白质生物合成的场所:
核蛋白体是细胞质和线粒体中无膜包裹的颗粒状细 胞器，具蛋白质合成功能。 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。
转录起始:
原核生物：RNA聚合酶和DNA
的特殊序列——启动子 (promoter)结合后，就能启动 RNA合成。
RNA聚合酶全酶( 2 )与模 板结合，形成闭合转录复合体。
DNA双链局部解开，形成开放转 录复合体。
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