细菌基因组结构与功能

伤寒沙门氏杆（Salmonellatyphimurium）
与大肠杆菌的基因组结构几乎相同，有 10％的基因组序列和大肠杆菌相比发生 颠倒，但其基因的功能仍正常
.
21
大肠杆菌 染色体基因组的结构和功能—5
双向转录：DNA两条链作为模板指 导mRNA合成的机率差不多相等 在已知转录方向的50个操纵子中， 27个操纵子按顺时针方向转录，23 个操纵子按反时针方向转录
2. 染色体DNA通常与细胞膜相连： 连接点的数量随细菌生长状况和不
同的生活周期而异 在 DNA链上，与 DNA 复制、转录
有关的信号区域与细胞膜优先结合
.
3
大肠杆菌模式图
.
4
细菌染色体基因组结构的特点（三）
3. 具有操纵子结构：
结构基因为多顺反子，若干个功能
相关的结构基因串联在一起，受同
在的必要，相反，由于需要较长的复制时间，这
种重复的多拷贝基因会重. 新丢失
23
大肠杆菌 染色体基因组的结构和功能—7
基因组上的各个基因的位置与其功能 的重要性可能有一定的联系
• 大肠杆菌染色体基因组中， 大多数 rRNA 基因集中于基因组的复制起点 （oriC ）的位置附近。 这一位置有利 于rRNA基因在早期复制后马上作为模 板进行rRNA的合成以便进行核糖体组 装和蛋白质的合成
另外，核糖体大小亚基中50多种蛋
白质的基因也已经鉴定了
.
16
原核生物 核蛋白体
.
17
大肠杆菌 染色体基因组的结构和功能—3
具有双向复制，但不能同时进行
• 顺时针复制时，逆时针复制被抑制 • 逆时针复制时，顺时针复制被抑制
.
18
双向复制
.
19
大肠杆菌 染色体基因组的结构和功能—4
具有相关功能的基因在一个操纵子内， 由一个启动子转录
（acetolactate）合成酶的基因
.
11
细菌染色体基因组结构的特点（七）
7. DNA分子中具有各种功能的识别区域 如：复制起始区（OriC） 复制终止区（TerC） 转录启动区
转录终止区
这些区域往往具有特殊的顺序，并且含有反向
重复顺序
.
12
细菌染色体基因组结构的特点（八）
8. 具有终止子（termintor）： ➢ 基因或操纵子终末的特殊顺序 ➢ 可使转录终止、RNA聚合酶从DNA链上
900个基因中，有260个基因已查明具 有操纵子结构，定位于75个操纵子中
已知的基因中，8 ％ 的序列具有调控 作用
.
15
大肠杆菌 染色体基因组的结构和功能—2
大肠杆菌染色体基因组中已知的基 因多是编码酶类的基因
合成代谢酶类基因：氨基酸、嘌呤、
嘧啶、脂肪酸和维生素
分解代谢酶类基因：碳、氮化合物
脱落
➢ 终止子有强、弱之分
强终止子含有反向重复顺序，可形成茎环结 构，其后面为 polyT 结构，无需终止蛋白参 与即可使转录终止
弱终止子也有反向重复序列，但无 polyT 结 构，需要有终止蛋白参. 与才能使转录终止 13
原核生物终止子
.
14
大肠杆菌 染色体基因组的结构和功能—1
大肠杆菌基因组含有3500个基因，已 被定位的有900个左右
细菌基因组结构与功能
.
1
细菌染色体基因组结构的特点（一）
1. 形成类核（nucleoid）：
由一条环状双链 DNA 分子组成细 菌的染色体，并相对聚集在一起， 形成一个较为致密的区域
类核无核膜与胞浆分开，类核的中
央部分由RNA和支架蛋白组成，外
围是双链闭环的.DNA超螺旋
2
细菌染色体基因组结构的特点（二）
.
9
细菌染色体基因组结构的特点（五）
5. 不出现基因重叠现象： 基因组中，编码顺序一般不会重叠
.
10
细菌染色体基因组结构的特点（六）
6. 具有同基因（isogene）：编码同工
酶（isoenzyme）
例如：在大肠杆菌基因组中有两个编码
分支酸（chorismic acid）变位酶
的基因，两个编码乙酰乳酸
.
24
大多数基因的相对位置是随机分布的
• 如：控制小分子合成和分解代谢的基因，大 分子合成和组装的基因分布在大肠杆菌基因 组的许多部位，并不集中在一起
• 再如：有关糖酵解的酶类的基因分布在染色 体基因组的各个部位
.
Fra Baidu bibliotek
20
细菌染色体上的基因似乎没有固定的格 局，相对位置的改变不会影响其功能。
大肠杆菌和与其分类关系上相近的其他 肠道菌，如志贺氏杆菌属（Shigella）、 沙门氏菌属（Salmonella ）等具有相似 的基因组结构
.
22
大肠杆菌 染色体基因组的结构和功能—6
在大肠杆菌染色体基因组中，基因都 是单拷贝基因
在某种特殊环境下，需要有多拷贝基 因来编码大量的基因产物
例如：在有极少量乳糖或乳糖衍生物的培养基上，
乳糖操纵子的多拷贝化可以使大肠杆菌充分利用
的乳糖分子。但是，一旦将大肠杆菌移到有丰富
的乳糖培养基上，多拷贝的乳糖操纵子便没有存
一个调节区的调节
数个操纵子还可以由一个共同的调
节基因（ regulatorygene ）即调节
子（regulon）所. 调控
5
乳糖操纵子（lac operon）
.
6
Lac operon（close）
.
7
Lac operon（open）
.
8
细菌染色体基因组结构的特点（四）
4. 结构基因都是单拷贝，rRNA基因为多拷贝， 基因组DNA中不编码的部份所占比例比真核 细胞基因组少得多