原核生物和真核生物的区别（原核生物和真核生物的基因组）

原核生物，比如细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体、放线菌，都有完整的代谢系统，并且可调节代谢以适应营养状况和环境因素的变化。因此，原核生物基因组中基因的数目多于病毒，但少于真核生物，并有以下基本特征。

1.基因组DNA大多数为单一闭环双链分子　原核生物的DNA虽然结合有少量蛋白质，但并未形成典型的染色体结构，只是习惯上也称为染色体。染色体在细胞内形成一个致密区域，称为原核（prokaryon）、类核（nucleoid）。原核无核膜，其核心部分（20%）由RNA和支架蛋白构成，外周（80%）是基因组DNA。

2.基因组DNA只有一个复制起点　真核生物基因组DNA有多个复制起点。

3.基因组序列以编码序列为主　占85%～90%，非编码序列主要是一些调控元件。

4.基因组所含基因的数目比病毒多　细菌有1700～7500个，较小的支原体也有近500个基因。许多基因形成操纵子结构。

真核生物基因组比原核生物基因组还要大，结构更复杂，并有以下基本特征。

1.染色体DNA是线性分子　含三种功能元件。

（1）复制起点（origin of replication，ori）　功能是启动DNA复制。每个染色体DNA分子都有多个复制起点，例如酵母每个染色体DNA分子平均有25个复制起点。

（2）着丝粒DNA（centromere，CEN）　为真核生物所特有，功能是将染色体均分给子细胞。酿酒酵母着丝粒DNA是约125bp的单一序列，而大多数真核生物着丝粒DNA是>40kb的高度重复序列，富含A-T。人着丝粒DNA又称α卫星DNA。着丝粒DNA几乎不含蛋白基因。

（3）端粒（telomere，TEL）　为真核生物所特有，功能是维持染色体结构的独立性和稳定性，参与DNA复制完成。端粒位于染色体DNA末端，是一种富含T/G的短串联重复序列，不含蛋白基因。例如，哺乳动物和其他脊椎动物端粒以TTAGGG为重复单位，串联重复500～5000次，长度为3～30kb（人的3～20kb），末端有10～100nt的黏性末端，形成5～10kb的t环。

2.染色体DNA形成染色体结构　染色体数目一定，除了配子是单倍体外，体细胞一般是二倍体。

3.基因组序列中仅有不到10%是蛋白质编码序列　人类基因组甚至不到2%。编码序列在基因组序列中的比例是真核生物、原核生物和病毒基因组的重要区别，并且在一定程度上是衡量生物进化程度的标尺。

4.基因在基因组中散在分布　相邻基因被称为基因间区（intergenic region，又称基因间序列，intergenic sequence，占人类基因组的2/3。不过，目前看来，这部分可能不到10%）的非编码序列隔开。很多基因间区的功能尚未阐明。

5.基因组序列中包含大量重复序列 重复序列（repetitive sequence）又称重复DNA（repetitive DNA）。每一种重复序列都是一定拷贝数（copy number，一个细胞内所含某种基因或DNA分子、序列的数目）的某种核苷酸序列（称为重复单位）的集合。重复序列可根据重复单位的连续性分为串联重复序列（tandem repeat）和散在重复序列（interspersed repeat sequence），也可根据重复程度分为高度重复序列、中度重复序列和单一序列。

（1）高度重复序列（highly repetitive sequence）　又称高度重复DNA（highly repetitive DNA），在基因组中呈串联重复或反向重复排列，且大部分位于异染色质区，特别是除酵母外的端粒和着丝粒区，重复单位长度不到100bp（通常不到10bp），拷贝数可达10^6个，占哺乳动物基因组序列的不到10%（人类3%）。高度重复序列不编码蛋白质或RNA，其已阐明的功能是参与DNA复制、DNA转座、基因表达调控和细胞分裂时的染色体配对，例如着丝粒DNA是富含A-T的高度重复序列。

（2）中度重复序列（moderately repetitive sequence）　又称中度重复DNA（moderately repetitive DNA），多数散在分布于基因组中，重复单位长度可达10^2～10^3bp，拷贝数可达10^3个，占哺乳动物基因组序列的25%～50%（人类50%），包括一些基因间区、转座子、串联重复序列（如Alu序列和KpnⅠ序列）、蛋白基因内含子，也包括rRNA基因（100～5000个拷贝，例如人类基因组约有200个，分布在5条染色体上；爪蟾基因组约有600个，集中在1条染色体上）、tRNA基因（如人类基因组有497个）、5S rRNA基因（如人类基因组约有2000个）和某些蛋白基因（如组蛋白、肌动蛋白、角蛋白等）。

中度重复序列可分为长散在元件（long interspersed nuclear element，LINEs）和短散在元件（short interspersed nuclear element，SINEs）。

（3）单一序列（unique sequence）　又称单拷贝序列（single-copy sequence）、单一DNA（unique DNA）、非重复DNA（nonrepetitive DNA），在整个基因组中只有一个或几个拷贝。哺乳动物基因组序列的50%～60%是单一序列。蛋白基因大部分属于单一序列，但只占其一小部分。

不同生物基因组中所含重复序列比例差异极大。原核生物基因组几乎不含重复序列，大多数单细胞真核生物基因组含中度重复序列不到20%，动物基因组所含中度和高度重复序列可达50%，植物和两栖动物基因组所含中度和高度重复序列可达80%。

一个细胞含许多mtDNA拷贝，因此mtDNA属于重复序列。

6.基因组中存在各种基因家族　基因家族成员或形成基因簇，或散在分布。

7.基因组中含大量转座子　如人类基因组序列中45%为转座子序列，不过其中绝大多数因存在缺陷而不能转座。