Qβ噬菌體

Qβ噬菌體

侵染大腸桿菌(Ecoli)的一種噬菌體.通常侵M染其進行接合的供體菌株,並特異地吸附在此菌的性糹散毛上.其形態為無尾部的多面體,直徑約25納米(nm)。

基本介紹

  • 中文名:侵染大腸桿菌
  • 外文名:Ecoli
  • 種類:噬菌體
  • 直徑:25納米
特性,種類,機理,

特性

作為病毒的一種,噬菌體具有病毒特有的一些特性:個體微小;不具有完整細胞結構;只含有單一核酸。噬菌體基因組含有許多個基因,但所有已知的噬菌體都是在細菌細胞中利用細菌的核糖體、蛋白質合成時所需的各種因子、各種胺基酸和能量產生系統來實現其自身的生長和增殖。一旦離開了宿主細胞,噬菌體既不能生長,也不能複製。

種類

(一)噬菌體-種類:因為噬菌體主要由蛋白質外殼和核酸組成,所以,可以根據蛋白質外殼或核酸的結構特點對噬菌體進行分類。
1.根據蛋白質結構分類:
①無尾部結構的二十面體:這種噬菌體為一個二十面體,外表由規律排列的蛋白亞單位——衣殼組成,核酸則被包裹在內部。
②有尾部結構的二十面體:這種噬菌體除了一個二十面體的頭部外,還有由一個中空的針狀結構及外鞘組成的尾部,以及尾絲和尾針組成的基部。
③線狀體:這種噬菌體呈線狀,沒有明顯的頭部結構,而是由殼粒組成的盤旋狀結構。
迄今已知的噬菌體大多數是有尾部結構的二十面體,這是因為正多面體是多面體裡最簡單的結構,搭建起來最容易,所以病毒喜歡採用正多面體的結構。而正多面體一共又只有五種,分別是正4, 6, 8, 12, 20面體,其中正20面體是最接近球形的,也就是在體積相同的情況下,需要更少的材料,更為節省。
2.根據核酸特點分類:
① ssRNA:噬菌體中所含的核酸是單鏈RNA。
② ds RNA:噬菌體中所含的核酸是雙鏈RNA。

機理

(二)噬菌體-噬菌機理
噬菌體顆粒感染一個細菌細胞後可迅速生成幾百個子代噬菌體顆粒,每個子代顆粒又可感染細菌細胞,再生成幾百個子代噬菌體顆粒。如此重複只需4次,一個噬菌體顆粒便可使幾十億個細菌感染而死亡。當把細菌塗布在培養基上,長成一層菌苔時,一個噬菌體感染其中一個細菌時,便會同上面所說的那樣,把該細菌周圍的成千上萬個細菌感染致死,在培養基的菌苔上出現一個由於細菌被噬菌體裂解後造成的空斑,這便稱為噬菌斑(plaque)。每一噬菌體除了能使宿主細菌裂解死亡外,還有一些噬菌體感染細菌後,並不使細胞死亡,稱為溫和噬菌體,這些噬菌體感染細菌後,將其自身的基因組整合進宿主細胞的基因組,此時,這種宿主細菌稱為溶原性細菌。溶原性細菌記憶體在的整套噬菌體DNA基因組稱為原噬菌體(prophage),溶原性細菌不會產生許多子噬菌體顆粒,也不會裂解;但當條件改變使溶原周期終止時,宿主細胞就會因原噬菌體的增殖而裂解死亡,釋放出許多子代噬菌體顆粒。
溶原性細菌有兩個特點。第一,溶原性細菌在被噬菌體感染並溶原化後,不會被同種噬菌體再次感染,這是超感染免疫性。第二,經過若干世代後,溶原性細菌會開始進入溶菌周期,即溶原性細菌的誘發。此時,原噬菌體從宿主基因組上切離下來進行增殖。
侵染過程:一個典型的噬菌體的侵染細菌的過程,可以分為三個階段:感染階段、增殖階段和成熟階段。
① 感染階段:噬菌體侵染寄主細胞的第一步是“吸附”,即噬菌體的尾部附著在細菌的細胞壁上,然後進行“侵入”。噬菌體先通過溶菌酶的作用在細菌的細胞壁上打開一個缺口,尾鞘像肌動球蛋白的作用一樣收縮,露出尾軸,伸入細胞壁內,如同注射器的注射動作,噬菌體只把頭部的DNA注入細菌的細胞內,其蛋白質外殼留在壁外,不參與增殖過程。
②增殖階段:噬菌體DNA進入細菌細胞後,會引起一系列的變化:細菌的DNA合成停止,酶的合成也受到阻抑,噬菌體逐漸控制了細胞的代謝。噬菌體巧妙地利用寄主(細菌)細胞的“機器”,大量地複製子代噬菌體的DNA和蛋白質,並形成完整的噬菌體顆粒。噬菌體的形成是藉助於細菌細胞的代謝機構,由本身的核酸物質操縱的。據觀察,當噬菌體侵入細菌細胞後,細菌的細胞質里很快便充滿了DNA細絲,十分左右開始出現完整的多角形頭部結構。噬菌體成熟時,這些DNA高分子聚縮成多角體,頭部蛋白質通過排列和結晶過程,把多角形DNA聚縮體包圍,然後頭部和尾部相互吻合,組裝成一個完整的子代噬菌體。
③成熟階段:噬菌體成熟後,在潛伏後期,溶解寄主細胞壁的溶菌酶逐漸增加,促使細胞裂解,從而釋放出子代噬菌體。在光學顯微鏡下觀察培養的感染細胞,可以直接看到細胞的裂解現象。T2噬菌體在37 ℃下大約只需四十分就可以產生100~300個子代噬菌體。子代噬菌體釋放出來後,又去侵染鄰近的細菌細胞,產生子二代噬菌體。
套用
(三)噬菌體-套用
由於噬菌體可以將基因插入宿主DNA內的特性,使得它成為了重要的分子和遺傳學研究工具。利用噬菌體,可以設計很多精巧的實驗。下面,舉出一項噬菌體套用的最具代表性的例子。
證明DNA是遺傳物質:歷史上,生物學家在細胞中總是沒有辦法找到承擔遺傳功能的物質,曾經一度認為蛋白質是遺傳物質,因為它承擔了生命活動的絕大部分功能。但是,1952年赫爾希(Hershey)和沙斯(Chase)兩人利用噬菌體證明了DNA的遺傳功能,為最終確立DNA是主要的遺傳物質奠定了基礎。他們把宿主細菌分別培養在含有35S和32P的培養基中,宿主細菌在生長過程中,就分別被35S和32P所標記。然後,赫爾希等人用T2噬菌體分別去侵染被35S和32P標記的細菌。噬菌體在細菌細胞內增殖,裂解後釋放出很多子代噬菌體,在這些子代噬菌體中,前者被35S所標記,後者被32P所標記。接著,他們用被35S和32P標記的噬菌體分別去侵染未標記的細菌,然後測定宿主細胞的同位素標記。當用35S標記的噬菌體侵染細菌時,測定結果顯示,宿主細胞內很少有同位素標記,而大多數35S標記的噬菌體蛋白質附著在宿主細胞的外面;當用32P標記的噬菌體感染細菌時,測定結果顯示宿主細胞的外面的噬菌體外殼中很少有放射性同位素32P,而大多數放射性同位素32P在宿主細胞內。以上實驗表明,噬菌體在侵染細菌時,進入細菌內的主要是DNA,而大多數蛋白質在細菌的外面。可見,在噬菌體的生活史中,只有DNA是在親代和子代之間具有連續性的物質。因此,DNA是遺傳物質。

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