ДНК бактерий содержит от 1.67105 п.н. (самая маленькая прокариотическая клетка - микоплазма) до 107 п.н. Двухцепочечная кольцевая молекула ДНК E. coli состоит примерно из 4.2 млн. п.н. Если принять, что полипептидная цепь белка содержит в среднем 350 азотистых оснований (а.о.), то ей соответствует средний ген, состоящий из 1050 п.н. Размера ДНК E. coli достаточно для кодирования 4.27106/1050 ~ 4000 генов.
Того же порядка число полипептидов обнаруживают в клетке E. coli. Большинство из этих генов кишечной палочки изучено и картировано. Упрощенная карта ДНК E. coli показана на рис. 121. Кроме очень большой кольцевой молекулы ДНК, находящейся в нуклеоиде, большинство бактерий содержат дополнительные маленькие кольцевые молекулы ДНК, которые находятся в свободном состоянии в цитоплазме клетки и называются плазмидами. Это автономные элементы прокариотического генома, которые способны самостоятельно реплицироваться независимо от главной молекулы ДНК, и число копий, характерное для данной плазмиды, поддерживается постоянным в бактериальной клетке. При делении бактерии плазмиды реплицируются и переходят в дочерние клетки.
В большинстве случаев плазмиды очень малы и содержат всего лишь несколько генов, однако, как правило, это весьма полезные для бактериальной клетки гены. Некоторые плазмиды несут гены, кодирующие синтез бактериоцинов - веществ, позволяющих одним бактеріям победить других в борьбе за существование, другие защищают клетку от различных неблагоприятных воздействий извне и прежде всего помогают противостоять действию антибиотиков.
Иногда плазмиды могут встраиваться в главную молекулу ДНК и находиться в ней, как ее часть, подобно любой другой последовательности. Встроенные плазмиды называют эписомами. Эписома может также выщепляться из главной молекулы ДНК и поять становиться свободной плазмидой. Кроме плазмид у бактерий есть еще мобильные генетические элементы, способные вырезаться в одном месте генома и встраиваться в другом благодаря имеющимся у них на концах последовательностям нуклеотидов (прямым или инвертированным повторам). Наиболее простые мобильные генетические элементы - это вставочные последовательности, или IS-элементы (от англ. insertion sequences). IS- элементы имеют длину от нескольких сотен до 1.5 тыс. п.н. и часто входят в состав болем сложных мобильных генетических элементов, называемых транспозонами (от лат. transpositio - перемещение) или Tn-элементами. В состав транспозонов часто входят различные структурные гены, кодирующие устойчивость к разным антибиотикам, солям металлов или синтез токсинов. Мобильные генетические элементы во время своих пе- ремещений по геному могут внедряться в различные гены, нарушая их работу. Частота транспозиции варьирует для различных элементов в пределах, сравнимых с частотой спонтанных мутаций (от 10-5 до 10-7 на поколение).