從 DNA 到 mRNA 到 Protein
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DNA → DNA：
原核真核 DNA 複製比較
| 項目 | 原核生物 | 真核生物 |
|---|---|---|
| 複製起始點 | 單一 oriC | 多個 ARS |
| 起始點辨認 | DnaA | ORC |
| Helicase | DnaB (DnaC 協助) |
MCM complex (CDC6 / CDT1 協助) |
| Primer 合成 (Primase) | DnaG | DNA pol α (有 primase 活性) |
| 主力 DNA polymerase | DNA Pol III | Pol δ Pol ε |
| 滑動夾 | β-clamp (屬 poI III 次單元) |
PCNA |
| Primer 移除 | DNA pol I | RNase H + FEN1 |
| 複製速率 | 快 | 慢 |
| Telomere、Telomerase | 無 | 有 |
| Genes density | 高 | 低 (基因間隔遠，調控複雜) |
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DNA → RNA：
原核真核轉錄比較
| 項目 | 原核生物 | 真核生物 |
|---|---|---|
| RNA polymerase | 單一 | Pol I / II / III |
| mRNA 來源 | 同一 RNA pol | Pol II |
| Promoter | -35 + Pribnow box (-10) | TATA box (~ -25) 等等元件 |
| 啟動輔助因子 | σ factor | General TFs |
| 延長調節蛋白 | NusA | TFIIS (proofreading) |
| 終止方式 | ρ-dependent / ρ-independent | Poly-A signal / Torpedo Model |
| 轉錄調控 | Operon | Enhancer / Insulator |
| mRNA processing | 無 | 有 |
| 轉錄與轉譯 | Coupled (有 polysome 結構) | 先後分開進行 |
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Pre-mRNA (hnRNA)：位於核內
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Post-transcriptional modification：
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5' cap addition：加上 7-methylguanylate (7-mG)
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Polyadenylation：加上 3' Poly-A tail
- CPSF：識別切割 PAS
- Polyadenylation signal (PAS)：
- 5'-AAUAAA-3'，轉譯終止訊號
- 前方有 (5'-CA-3')
- Polyadenylation signal (PAS)：
- Polynucleotide adenylyltransferase：
- 又稱 Poly(A) Pol (PAP)
- 切割後，加上 3' Poly-A tail
- CPSF：識別切割 PAS
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Alternative splicing (mRNA only)：
- Intron splicing
- Exon joining
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Histone mRNA processing：
- 不具 3' Poly-A tail，以 stem loop 代替。
- 不具 intron。
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RNA editing：
- 鹼基插入，置換等，非 RNA prossesing / splicing
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Mature mRNA：運到細胞質
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Protein：
具有 Proofreading 功能的酵素
| 系統 | 酵素 / 因子 | 具體活性機制 | 備註 |
|---|---|---|---|
| DNA 複製 | 原核：DNA Pol I, II, III 真核：DNA Pol γ, ε, δ |
3' → 5' Exonuclease |
Pol I：Klenow Fragment Pol III：ε subunit |
| 轉錄 | RNA Pol II | Backtracking | 由 TFIIS 輔助 |
| tRNA 活化 | AARS | Hydrolytic (Double Sieve) |
具有 Pre / Post-transfer 階段 錯誤產物將被送入 Editing site 水解 |
| 轉譯 | 原核：EF-Tu 真核：eEF1α |
GTPase Delay | 利用 GTP 水解前的停頓 讓錯配的 tRNA 掉落 |
| 功能 | 原核生物 | 真核生物 |
|---|---|---|
| 轉錄啟動子 (Promoter) | Pribnow box | TATA box |
| 轉譯起始 (Ribosome binding) |
SD sequence (Shine-Dalgarno) |
Kozak sequence (含 Start codon) |
| 轉錄終止 (Termination) | Rho-independent Rho-dependent |
Poly-A signal (AAUAAA) |
| 轉錄轉譯耦合 | Coupled (同時進行) | Separated (核內轉錄、質內轉譯) |
| 比較項目 | 原核生物 (Prokaryote) |
真核生物 (Eukaryote) |
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|---|---|---|---|
| DNA 複製 | 複製起始位點 | Ori | ARS |
| 辨認起始位點 | DnaA | ORC | |
| Helicase | DnaB |
MCM | |
| 協助解旋 | DnaC | CDC6 / CDT1 | |
| Primase | DnaG | DNA Pol α | |
| 防止再複製 | Dam methylase (Ori 的 A 甲基化) |
Geminin (封鎖 CDT1) |
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| 主要合成酶 | DNA Pol III | DNA Pol ε, δ | |
| 滑動鉗 | β-clamp (γ -complex 裝載) |
PCNA (RFC 裝載) |
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| 單鏈保護 | SSB | RPA | |
| primer 移除 | DNA pol I | 移除：RNase H + FEN1 填補：DNA Pol δ |
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| 終止位點 / 機制 | Ter-site Tus-Ter complex |
兩複製叉融合 |
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| 終止拓撲結構解鎖 | Topo IV (分開 catanane) |
Topo II |
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| 末端問題 | 無 | Telomere 縮短 | |
| 轉錄 | RNA pol | 單一 RNA pol + 不同 σ | RNA pol I / II / III |
| 轉錄啟動子 (promoter) |
Pribnow box (-10) |
TATA box (約 -25) (BRE, TATA, Inr, DPE) |
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| 轉錄起始位 辨認因子 |
σ factor | Transcription factors (TFs) |
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| 轉錄延長 調節蛋白 |
NusA | TFIIS (proofreading) |
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| 轉錄終止 機制 / 訊號 |
ρ-independent ρ-dependent |
CPSF 辨認切割 Poly-A signal | |
| 轉錄調控 | Operon | Enhancer / Silencer 等 | |
| 轉錄與轉譯 | Coupled (有 polysome 結構) |
分開 (核內轉錄，細胞質轉譯) |
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| 轉譯 | mRNA 型態 | Polycistronic (有 Operon) |
Monocistronic (無 Operon) |
| 起始胺基酸 | fMet | Met | |
| Initiation 辨識序列 |
Shine-Dalgarno sequence | Kozak sequence (含 Start codon) |
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| 核糖體大小 | 70S (50S+30S) |
80S (60S+40S) |
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| 5’ cap | 無 | 有 (m⁷G-cap) | |
| Intron | 幾乎沒有 | 有 (需 splicing) | |
| Poly-A tail | 無 | 有 | |
| Ubiquitin 系統 | 無 | 有 | |
| PTM | 無 | 非常多 | |
| 蛋白質降解系統 | Protease | Ubiquitin–proteasome | |
| 染色質結構 | 無 Histone | 有 Histone、Nucleosome | |
| 轉錄調控複雜度 | 簡單 | 高度複雜 (enhancer、silencer) |