原核表达载体构建和真核的区别是什么?

信息来源:金开瑞 作者:genecreate_cn 发布时间:2024-12-10 09:25:57

一、定义和宿主细胞类型

1、原核表达载体构建

    原核表达载体是用于在原核生物(如大肠杆菌)中表达外源基因的载体。原核生物是单细胞生物,没有细胞核和复杂的内膜系统。例如,大肠杆菌是最常用的原核表达宿主,它繁殖速度快,易于培养,成本较低。

2、真核表达载体构建:

    真核表达载体是用于在真核细胞(如酵母、哺乳动物细胞等)中表达外源基因的载体。真核细胞有细胞核、细胞器等复杂的细胞结构。例如,在生物技术中常用的酿酒酵母是一种真核生物,哺乳动物细胞系如 HEK293 细胞也被广泛用于真核蛋白的表达,因为它们能够对蛋白质进行许多真核生物特有的修饰。

二、载体结构特点

1、原核表达载体:

    具有原核生物的复制起始位点(ori),能够在原核细胞中自主复制。例如,pUC 系列载体的复制起始位点来自于 pMB1 质粒,使得载体可以在大肠杆菌中大量复制。

    含有多克隆位点(MCS),方便插入外源基因。MCS 通常包含多种限制性内切酶的识别位点,便于选择合适的酶来切割载体和目的基因,然后进行连接。

    一般有选择标记基因,如抗生素抗性基因(如氨苄青霉素抗性基因)。在含有相应抗生素的培养基中培养转化后的细菌,只有含有载体的细菌才能生长,从而筛选出成功转化的细胞。

    有些原核表达载体还带有启动子和终止子序列,启动子能引导 RNA 聚合酶结合并启动转录,如乳糖操纵子的启动子(lacP)。当诱导物(如 IPTG)存在时,可以启动目的基因的转录。终止子则用于终止转录过程。

2、真核表达载体:

    同样具有复制起始位点,但它是适合真核细胞复制的。例如,在酵母表达载体中,其复制起始位点能使载体在酵母细胞中稳定复制。

    包含增强子元件,它可以增强基因的转录效率。增强子的作用不受位置和方向的限制,可以在基因的上游、下游或内部发挥作用。

    有真核生物的启动子,如 CMV(巨细胞病毒)启动子,在多种真核细胞中都有很强的启动转录能力。还有终止信号和 poly (A) 加尾信号,确保转录后的 mRNA 能够正确加工和稳定存在。

    具有真核生物的选择标记基因,例如在哺乳动物细胞表达载体中,常用新霉素抗性基因(neo)作为选择标记。在含有 G418(新霉素类似物)的培养基中,只有成功转入载体的细胞能够存活,从而筛选出阳性克隆。另外,对于一些酵母表达载体,常用的选择标记有营养缺陷型标记,如 URA3 基因,当酵母细胞在缺乏尿嘧啶的培养基中培养时,只有含有该基因的载体转化的细胞才能生长。

 

三、目的基因表达过程的差异

1、转录过程:

    原核表达载体:原核生物的转录和翻译是偶联的,即转录还没结束,翻译就已经开始。原核生物的 RNA 聚合酶直接识别启动子序列,开始转录目的基因,转录出的 mRNA 没有内含子,不需要进行复杂的剪接过程。例如,在大肠杆菌中,当乳糖操纵子的启动子被诱导启动后,RNA 聚合酶就沿着 DNA 模板链转录出相应的 mRNA。

    真核表达载体:真核生物的转录发生在细胞核中,需要多种转录因子与启动子结合,招募 RNA 聚合酶 Ⅱ 来启动转录。而且真核基因往往含有内含子,转录后的 mRNA 前体(pre - mRNA)需要经过复杂的剪接过程,去除内含子,将外显子连接起来,才能形成成熟的 mRNA。例如,在哺乳动物细胞中,CMV 启动子结合相应转录因子后启动转录,产生的 pre - mRNA 在细胞核内的剪接体作用下进行剪接。

2、翻译过程:

    原核表达载体:原核生物的核糖体可以直接结合到 mRNA 上的核糖体结合位点(RBS,如 SD 序列),起始翻译过程。翻译起始密码子一般是 AUG,编码甲硫氨酸。原核生物的翻译效率较高,因为转录和翻译紧密相连。例如,在大肠杆菌中,核糖体识别 mRNA 上的 SD 序列后,就可以开始合成目的蛋白。

    真核表达载体:真核生物的核糖体需要识别 mRNA 的 5' 帽子结构,然后扫描 mRNA 找到起始密码子 AUG 来起始翻译。翻译过程在细胞质中进行,而且真核细胞中翻译后的蛋白质还可能会进入内质网、高尔基体等细胞器进行进一步的修饰和加工。例如,在哺乳动物细胞中,新合成的蛋白质如果带有信号肽,就会被引导进入内质网进行糖基化等修饰。

 

三、表达产物的特点

1、原核表达载体:

    表达的蛋白质通常没有经过复杂的修饰,如糖基化、磷酸化等真核生物特有的修饰。所以对于一些需要这些修饰才能发挥功能的蛋白质,原核表达系统可能不太合适。但是,原核表达系统可以快速、大量地生产蛋白质,例如生产一些酶、抗原蛋白用于研究和工业生产等。

2、真核表达载体:

    表达的蛋白质能够进行正确的折叠和复杂的修饰,更接近天然状态下真核生物产生的蛋白质。这对于研究那些功能依赖于修饰的蛋白质(如膜蛋白、分泌蛋白等)是非常重要的。不过,真核表达系统相对复杂,培养成本较高,产量可能比原核表达系统低。




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