Qβ噬菌体

更新时间:2023-08-04 23:39

侵染大肠杆菌(Ecoli)的一种噬菌体.通常侵M染其进行接合的供体菌株,并特异地吸附在此菌的性纟散毛上.其形态为无尾部的多面体,直径约25纳米(nm)。

特性

作为病毒的一种,噬菌体具有病毒特有的一些特性:个体微小;不具有完整细胞结构;只含有单一核酸。噬菌体基因组含有许多个基因,但所有已知的噬菌体都是在细菌细胞中利用细菌的核糖体、蛋白质合成时所需的各种因子、各种氨基酸和能量产生系统来实现其自身的生长和增殖。一旦离开了宿主细胞,噬菌体既不能生长,也不能复制。

种类

(一)噬菌体-种类:因为噬菌体主要由蛋白质外壳和核酸组成,所以,可以根据蛋白质外壳或核酸的结构特点对噬菌体进行分类。

1.根据蛋白质结构分类:

①无尾部结构的二十面体:这种噬菌体为一个二十面体,外表由规律排列的蛋白亚单位——衣壳组成,核酸则被包裹在内部。

②有尾部结构的二十面体:这种噬菌体除了一个二十面体的头部外,还有由一个中空的针状结构及外鞘组成的尾部,以及尾丝和尾针组成的基部。

③线状体:这种噬菌体呈线状,没有明显的头部结构,而是由壳粒组成的盘旋状结构。

迄今已知的噬菌体大多数是有尾部结构的二十面体,这是因为正多面体是多面体里最简单的结构,搭建起来最容易,所以病毒喜欢采用正多面体的结构。而正多面体一共又只有五种,分别是正4, 6, 8, 12, 20面体,其中正20面体是最接近球形的,也就是在体积相同的情况下,需要更少的材料,更为节省。

2.根据核酸特点分类:

① ssRNA:噬菌体中所含的核酸是单链RNA。

② ds RNA:噬菌体中所含的核酸是双链RNA。

机理

(二)噬菌体-噬菌机理

噬菌体颗粒感染一个细菌细胞后可迅速生成几百个子代噬菌体颗粒,每个子代颗粒又可感染细菌细胞,再生成几百个子代噬菌体颗粒。如此重复只需4次,一个噬菌体颗粒便可使几十亿个细菌感染而死亡。当把细菌涂布在培养基上,长成一层菌苔时,一个噬菌体感染其中一个细菌时,便会同上面所说的那样,把该细菌周围的成千上万个细菌感染致死,在培养基的菌苔上出现一个由于细菌被噬菌体裂解后造成的空斑,这便称为噬菌斑(plaque)。每一噬菌体除了能使宿主细菌裂解死亡外,还有一些噬菌体感染细菌后,并不使细胞死亡,称为温和噬菌体,这些噬菌体感染细菌后,将其自身的基因组整合进宿主细胞的基因组,此时,这种宿主细菌称为溶原性细菌。溶原性细菌内存在的整套噬菌体DNA基因组称为原噬菌体(prophage),溶原性细菌不会产生许多子噬菌体颗粒,也不会裂解;但当条件改变使溶原周期终止时,宿主细胞就会因原噬菌体的增殖而裂解死亡,释放出许多子代噬菌体颗粒。

溶原性细菌有两个特点。第一,溶原性细菌在被噬菌体感染并溶原化后,不会被同种噬菌体再次感染,这是超感染免疫性。第二,经过若干世代后,溶原性细菌会开始进入溶菌周期,即溶原性细菌的诱发。此时,原噬菌体从宿主基因组上切离下来进行增殖。

侵染过程:一个典型的噬菌体的侵染细菌的过程,可以分为三个阶段:感染阶段、增殖阶段和成熟阶段。

① 感染阶段:噬菌体侵染寄主细胞的第一步是“吸附”,即噬菌体的尾部附着在细菌的细胞壁上,然后进行“侵入”。噬菌体先通过溶菌酶的作用在细菌的细胞壁上打开一个缺口,尾鞘像肌动球蛋白的作用一样收缩,露出尾轴,伸入细胞壁内,如同注射器的注射动作,噬菌体只把头部的DNA注入细菌的细胞内,其蛋白质外壳留在壁外,不参与增殖过程。

②增殖阶段:噬菌体DNA进入细菌细胞后,会引起一系列的变化:细菌的DNA合成停止,酶的合成也受到阻抑,噬菌体逐渐控制了细胞的代谢。噬菌体巧妙地利用寄主(细菌)细胞的“机器”,大量地复制子代噬菌体的DNA和蛋白质,并形成完整的噬菌体颗粒。噬菌体的形成是借助于细菌细胞的代谢机构,由本身的核酸物质操纵的。据观察,当噬菌体侵入细菌细胞后,细菌的细胞质里很快便充满了DNA细丝,十分左右开始出现完整的多角形头部结构。噬菌体成熟时,这些DNA高分子聚缩成多角体,头部蛋白质通过排列和结晶过程,把多角形DNA聚缩体包围,然后头部和尾部相互吻合,组装成一个完整的子代噬菌体。

③成熟阶段:噬菌体成熟后,在潜伏后期,溶解寄主细胞壁的溶菌酶逐渐增加,促使细胞裂解,从而释放出子代噬菌体。在光学显微镜下观察培养的感染细胞,可以直接看到细胞的裂解现象。T2噬菌体在37 ℃下大约只需四十分就可以产生100~300个子代噬菌体。子代噬菌体释放出来后,又去侵染邻近的细菌细胞,产生子二代噬菌体。

应用

(三)噬菌体-应用

由于噬菌体可以将基因插入宿主DNA内的特性,使得它成为了重要的分子和遗传学研究工具。利用噬菌体,可以设计很多精巧的实验。下面,举出一项噬菌体应用的最具代表性的例子。

证明DNA是遗传物质:历史上,生物学家在细胞中总是没有办法找到承担遗传功能的物质,曾经一度认为蛋白质是遗传物质,因为它承担了生命活动的绝大部分功能。但是,1952年赫尔希(Hershey)和沙斯(Chase)两人利用噬菌体证明了DNA的遗传功能,为最终确立DNA是主要的遗传物质奠定了基础。他们把宿主细菌分别培养在含有35S和32P的培养基中,宿主细菌在生长过程中,就分别被35S和32P所标记。然后,赫尔希等人用T2噬菌体分别去侵染被35S和32P标记的细菌。噬菌体在细菌细胞内增殖,裂解后释放出很多子代噬菌体,在这些子代噬菌体中,前者被35S所标记,后者被32P所标记。接着,他们用被35S和32P标记的噬菌体分别去侵染未标记的细菌,然后测定宿主细胞的同位素标记。当用35S标记的噬菌体侵染细菌时,测定结果显示,宿主细胞内很少有同位素标记,而大多数35S标记的噬菌体蛋白质附着在宿主细胞的外面;当用32P标记的噬菌体感染细菌时,测定结果显示宿主细胞的外面的噬菌体外壳中很少有放射性同位素32P,而大多数放射性同位素32P在宿主细胞内。以上实验表明,噬菌体在侵染细菌时,进入细菌内的主要是DNA,而大多数蛋白质在细菌的外面。可见,在噬菌体的生活史中,只有DNA是在亲代和子代之间具有连续性的物质。因此,DNA是遗传物质。

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