噬菌體侵染細菌

噬菌體是寄生在細菌細胞中的病毒。一個典型的噬菌體的生活周期,可以分為3個階段感染階段、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在細菌的細胞壁上,然後進行“侵入。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作,噬菌體隻把頭部的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。

增殖階段  噬菌體DNA進入細菌細胞後,會引起一係列的變化：細菌的DNA合成停止,酶的合成也受到阻抑,噬菌體逐漸控製了細胞的代謝。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。噬菌體的形成是借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,細菌的細胞質裏很快便充滿了DNA細絲,10 min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。

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 ℃下大約隻需40 min 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。

怎樣知道噬菌體注入細菌內部的物質隻是DNA呢這主要是通過同位素的標記實驗知道的。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。

同位素標記實驗的第二步,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麵當用³²P標記的噬菌體感染細菌時,測定結果顯示宿主細胞的外麵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麵。可見,在噬菌體的生活史中,隻有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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