噬菌體顆粒形成的原因?

【專家解說】：噬菌體 - 概念 噬菌體是感染細(xì)菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物的細(xì)菌病毒的總稱，本世紀(jì)初由D.Herelle和Twort各自獨(dú)立于葡萄球菌和志賀菌中發(fā)現(xiàn)的。作為病毒的一種，噬菌體具有病毒特有的一些特性:個(gè)體微小;不具有完整細(xì)胞結(jié)構(gòu);只含有單一核酸。噬菌體基因組含有許多個(gè)基因，但所有已知的噬菌體都是在細(xì)菌細(xì)胞中利用細(xì)菌的核糖體、蛋白質(zhì)合成時(shí)所需的各種因子、各種氨基酸和能量產(chǎn)生系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)其自身的生長和增殖。一旦離開了宿主細(xì)胞，噬菌體既不能生長，也不能復(fù)制。 噬菌體 - 種類 因?yàn)槭删w主要由蛋白質(zhì)外殼和核酸組成，所以，可以根據(jù)蛋白質(zhì)外殼或核酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對噬菌體進(jìn)行分類。 根據(jù)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類: 無尾部結(jié)構(gòu)的二十面體:這種噬菌體為一個(gè)二十面體，外表由規(guī)律排列的蛋白亞單位--衣殼組成，核酸則被包裹在內(nèi)部。 有尾部結(jié)構(gòu)的二十面體:這種噬菌體除了一個(gè)二十面體的頭部外，還有由一個(gè)中空的針狀結(jié)構(gòu)及外鞘組成的尾部，以及尾絲和尾針組成的基部。 線狀體:這種噬菌體呈線狀，沒有明顯的頭部結(jié)構(gòu)，而是由殼粒組成的盤旋狀結(jié)構(gòu)。 迄今已知的噬菌體大多數(shù)是有尾部結(jié)構(gòu)的二十面體，這是因?yàn)檎嗝骟w是多面體里最簡單的結(jié)構(gòu)，搭建起來最容易，所以病毒喜歡采用正多面體的結(jié)構(gòu)。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(jié)省。 根據(jù)核酸特點(diǎn)分類: ss RNA:噬菌體中所含的核酸是單鏈RNA。 ds RNA:噬菌體中所含的核酸是雙鏈RNA。 ss DNA:噬菌體中所含的核酸是單鏈DNA。 ds DNA:噬菌體中所含的核酸是雙鏈DNA。 噬菌體 - 噬菌機(jī)理 噬菌體顆粒感染一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞后可迅速生成幾百個(gè)子代噬菌體顆粒，每個(gè)子代顆粒又可感染細(xì)菌細(xì)胞，再生成幾百個(gè)子代噬菌體顆粒。如此重復(fù)只需4次，一個(gè)噬菌體顆粒便可使幾十億個(gè)細(xì)菌感染而死亡。當(dāng)把細(xì)菌涂布在培養(yǎng)基上，長成一層菌苔時(shí)，一個(gè)噬菌體感染其中一個(gè)細(xì)菌時(shí)，便會同上面所說的那樣，把該細(xì)菌周圍的成千上萬個(gè)細(xì)菌感染致死，在培養(yǎng)基的菌苔上出現(xiàn)一個(gè)由于細(xì)菌被噬菌體裂解后造成的空斑，這便稱為噬菌斑(plaque)。每一噬菌體除了能使宿主細(xì)菌裂解死亡外，還有一些噬菌體感染細(xì)菌后，并不使細(xì)胞死亡，稱為溫和噬菌體，這些噬菌體感染細(xì)菌后，將其自身的基因組整合進(jìn)宿主細(xì)胞的基因組，此時(shí)，這種宿主細(xì)菌稱為溶原性細(xì)菌。溶原性細(xì)菌內(nèi)存在的整套噬菌體DNA基因組稱為原噬菌體(prophage)，溶原性細(xì)菌不會產(chǎn)生許多子噬菌體顆粒，也不會裂解;但當(dāng)條件改變使溶原周期終止時(shí)，宿主細(xì)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(xì)菌有兩個(gè)特點(diǎn)。第一，溶原性細(xì)菌在被噬菌體感染并溶原化后，不會被同種噬菌體再次感染，這是超感染免疫性。第二，經(jīng)過若干世代后，溶原性細(xì)菌會開始進(jìn)入溶菌周期，即溶原性細(xì)菌的誘發(fā)。此時(shí)，原噬菌體從宿主基因組上切離下來進(jìn)行增殖。 噬菌體 - 侵染過程 一個(gè)典型的噬菌體的侵染細(xì)菌的過程，可以分為三個(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(xì)胞的第一步是“吸附”，即噬菌體的尾部附著在細(xì)菌的細(xì)胞壁上，然后進(jìn)行“侵入”。噬菌體先通過溶菌酶的作用在細(xì)菌的細(xì)胞壁上打開一個(gè)缺口，尾鞘像肌動(dòng)球蛋白的作用一樣收縮，露出尾軸，伸入細(xì)胞壁內(nèi)，如同注射器的注射動(dòng)作，噬菌體只把頭部的DNA注入細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi)，其蛋白質(zhì)外殼留在壁外，不參與增殖過程。 增殖階段:噬菌體DNA進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞后，會引起一系列的變化:細(xì)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(xì)胞的代謝。噬菌體巧妙地利用寄主(細(xì)菌)細(xì)胞的“機(jī)器”，大量地復(fù)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(xì)菌細(xì)胞的代謝機(jī)構(gòu)，由本身的核酸物質(zhì)操縱的。據(jù)觀察，當(dāng)噬菌體侵入細(xì)菌細(xì)胞后，細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)里很快便充滿了DNA細(xì)絲，十分左右開始出現(xiàn)完整的多角形頭部結(jié)構(gòu)。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)通過排列和結(jié)晶過程，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(xì)胞壁的溶菌酶逐漸增加，促使細(xì)胞裂解，從而釋放出子代噬菌體。在光學(xué)顯微鏡下觀察培養(yǎng)的感染細(xì)胞，可以直接看到細(xì)胞的裂解現(xiàn)象。T2噬菌體在37 ℃下大約只需四十分就可以產(chǎn)生100~300個(gè)子代噬菌體。子代噬菌體釋放出來后，又去侵染鄰近的細(xì)菌細(xì)胞，產(chǎn)生子二代噬菌體。 參考資料:《Brock Biology of Microorganisms》，11 edition。