细菌基因组结构与功能PPT课件
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细菌基因组结构与功能
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
细菌基因组结构与功能
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
细菌基因组结构与功能
细菌染色体基因组结构的特点（六）
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
细菌基因组结构与功能
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
细菌基因组结构与功能
细菌染色体基因组结构的特点（二）
细菌基因组结构与功能
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
细菌基因组结构与功能
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
弱终止子也有反向重复序列，但无 polyT 结 构，需要有终细菌止基因组蛋结构白与功参能 与才能使转录终止
原核生物终止子
细菌基因组结构与功能
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 • 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
细菌基因组结构与功能
• 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
细菌基因组结构与功能
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。
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
细菌基因组结构与功能
大肠杆菌模式图
细菌基因组结构与功能
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
细菌基因组结构与功能
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
细菌基因组结构与功能
双向复制
细菌基因组结构与功能
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
• 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
• 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
相关的结构基因串联在一起，受同 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（regu细l菌o基因n组结）构与功所能 调控
乳糖操纵子（lac operon）
细菌基因组结构与功能
Lac
Lac operon（open）
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 （acet细o菌基la因c组t结a构与te功能）合成酶的基因
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
• 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 在的必要，相反，由于需要较长的复制时间，这 种重复的多拷贝细基菌基因因组结会构与重功能新丢失
细菌基因组结构与功能
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
• 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
细菌基因组结构与功能
原核生物 核蛋白体
重复顺序
细菌基因组结构与功能
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
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
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
细菌基因组结构与功能
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
细菌基因组结构与功能
细菌染色体基因组结构的特点（六）
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
细菌基因组结构与功能
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
细菌基因组结构与功能
细菌染色体基因组结构的特点（二）
细菌基因组结构与功能
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
细菌基因组结构与功能
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
弱终止子也有反向重复序列，但无 polyT 结 构，需要有终细菌止基因组蛋结构白与功参能 与才能使转录终止
原核生物终止子
细菌基因组结构与功能
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 • 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
细菌基因组结构与功能
• 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
细菌基因组结构与功能
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。
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
细菌基因组结构与功能
大肠杆菌模式图
细菌基因组结构与功能
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
细菌基因组结构与功能
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
细菌基因组结构与功能
双向复制
细菌基因组结构与功能
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
• 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
• 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
相关的结构基因串联在一起，受同 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（regu细l菌o基因n组结）构与功所能 调控
乳糖操纵子（lac operon）
细菌基因组结构与功能
Lac
Lac operon（open）
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 （acet细o菌基la因c组t结a构与te功能）合成酶的基因
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
• 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 在的必要，相反，由于需要较长的复制时间，这 种重复的多拷贝细基菌基因因组结会构与重功能新丢失
细菌基因组结构与功能
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
• 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
细菌基因组结构与功能
原核生物 核蛋白体
重复顺序
细菌基因组结构与功能
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
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