噬菌體侵染細菌

噬菌體是寄生在細菌細胞中的病毒。一個(gè)典型的噬菌體的生活周期,可以分為3個(gè)階段感染階段、增殖階段和成熟階段。

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(zhù)在細菌的細胞壁上,然后進(jìn)行“侵入。先通過(guò)溶菌酶的作用在細菌的細胞壁上打開(kāi)一個(gè)缺口,尾鞘像肌動(dòng)蛋白和肌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(dòng)作,噬菌體只把頭部的DNA注入細菌的細胞內,其蛋白質(zhì)外殼留在壁外,不參與增殖過(guò)程。

增殖階段  噬菌體DNA進(jìn)入細菌細胞后,會(huì )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”,大量地復制子代噬菌體的DNA和蛋白質(zhì),并形成完整的噬菌體顆粒。噬菌體的形成是借助于細菌細胞的代謝機構,由本身的核酸物質(zhì)操縱的。據觀(guān)察,當噬菌體侵入細菌細胞后,細菌的細胞質(zhì)里很快便充滿(mǎn)了DNA細絲,10 min左右開(kāi)始出現完整的多角形頭部結構。噬菌體成熟時(shí),這些DNA高分子聚縮成多角體,頭部蛋白質(zhì)通過(guò)排列和結晶過(guò)程,把多角形DNA聚縮體包圍,然后頭部和尾部相互吻合,組裝成一個(gè)完整的子代噬菌體。

成熟階段  噬菌體成熟后,在潛伏后期,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(xué)顯微鏡下觀(guān)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40 min 就可以產(chǎn)生100～300個(gè)子代噬菌體。子代噬菌體釋放出來(lái)后,又去侵染鄰近的細菌細胞,產(chǎn)生子二代噬菌體。

怎樣知道噬菌體注入細菌內部的物質(zhì)只是DNA呢這主要是通過(guò)同位素的標記實(shí)驗知道的。1952年赫爾希(A.D.Hershey,1908c)和蔡斯(M.Chase)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(cháng)過(guò)程中,就分別被35S和32P所標記。然后,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,裂解后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,后者被³²P所標記。

同位素標記實(shí)驗的第二步,是用被³⁵S和³²P標記的噬菌體分別去侵染未標記的細菌,然后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(shí),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(zhì)附著(zhù)在宿主細胞的外面當用³²P標記的噬菌體感染細菌時(shí),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(shí)驗表明,噬菌體在侵染細菌時(shí),進(jìn)入細菌內的主要是DNA,而大多數蛋白質(zhì)在細菌的外面�？梢�(jiàn),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(zhì)。因此,DNA是遺傳物質(zhì)。

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