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裂解性周期

最近更新:2023-03-31

lytic cycle又称增殖性周期。指烈性噬菌体连续完成其5个繁殖阶段(吸附、侵入、 增殖、成熟和裂解)的正常生活史。现以典型的大肠埃希氏菌(Escherichia coli)的T偶数噬菌体为例来说明之。

烈性噬菌体繁殖的裂解性周期

1.吸附:当噬菌体与其相应的特异寄主在水环境中发生偶然碰撞后,如 果尾丝尖端与寄主细胞表面的特异性受体(蛋白质、多糖或脂蛋白-多糖复 合物等)接触,就可触发颈须把卷紧的尾丝散开,随即就附着在受体上,从而 把刺突、基板固着于细胞表面。吸附作用受许多内外因素的影响,如噬菌体 的数量、阳离子浓度、温度和辅助因子(色氨酸、生物素)等。

2.侵入:吸附后尾丝收缩,基板从尾丝中获得一个构象刺激,促使尾鞘 中的144个蛋白质亚基发生复杂的移位,并紧缩成原长的一半,由此把尾管 推出并插入寄主的细胞壁和膜中。此时尾管端所携带的少量溶菌酶可把细 胞壁上的肽聚糖水解,以利侵入。头部的核酸迅即通过尾管及其末端小孔注 入寄主细胞中,并将蛋白质躯壳留在壁外。从吸附到侵入的时间极短,例如 T4只需15s。

3.增殖:包括核酸的复制和蛋白质的生物合成。首先,噬菌体以其核酸 中的遗传信息向寄主细胞发出指令并提供“蓝图”,使寄主细胞的代谢系统按 严密程序,有条不紊地逐一转向或适度改造,从而转变成能有效合成噬菌体 所特有的组分和“部件”,其中所需“原料”可通过寄主细胞原有核酸等的降 解、代谢库内的贮存物或从外界环境中取得。一旦大批成套的“部件”已合 成,就在细胞“工厂”里进行突击装配,于是就产生了一大群形状、大小完全相 同的子代噬菌体。

由于烈性噬菌体的核酸类型多样,故其复制和生物合成的方式也截然不 同。E.coli的T偶数双链DNA噬菌体是按早期、次早期和晚期基因的顺序 来进行转录、转译和复制的(见图)。由图可知,当噬菌体的dsDNA注入寄主 细胞后,首先是设法利用寄主细胞内原有的RNA聚合酶转录出噬菌体的 mRNA(①),再由这些mRNA进行转译,以合成噬菌体特有的蛋白质(②)。这 一过程称为早期转录,由此产生的mRNA称早期mRNA,其后的转译称早期 转译,而产生的蛋白质则称早期蛋白。早期蛋白的种类很多,最重要的是一 种只能转录噬菌体次早期基因的次早期mRNA聚合酶(如T7噬菌体);而在 T4等噬菌体中,其早期蛋白则称更改蛋白,特点是它本身并无RNA聚合酶的 功能,却可与寄主细胞内原有的RNA聚合酶结合以改变后者的性质,把其改 造成只能转录噬菌体次早期基因的酶。至此,噬菌体已能大量合成其自身所 需的mRNA了。

利用早期蛋白中新合成的或更改后的RNA聚合酶来转录噬菌体的次早 期基因,借以产生次早期mRNA的过程,称为次早期转录(③),由此合成的 mRNA称为次早期mRNA,进一步的转译即为次早期转译(④),其结果产生了 多种次早期蛋白,例如分解寄主细胞DNA的DNA酶,复制噬菌体DNA的 DNA聚合酶,HMC(5-羟甲基胞嘧啶)合成酶,以及供晚期基因转录用的晚期 mRNA聚合酶等。

晚期转录是指在新的噬菌体DNA复制(⑤)完成后对晚期基因所进行的 转录作用(⑥),其结果产生了晚期mRNA,由它再经晚期转译(⑦)后,就产生 了一大批可用于子代噬菌体装配用的“部件”——晚期蛋白,包括头部蛋白、 尾部蛋白、各种装配蛋白(约30种)和溶菌酶等。至此,噬菌体核酸的复制和 各种蛋白质的生物合成就完成了。

4.成熟(装配):噬菌体的成熟过程事实上就是把已合成的各种“部件” 进行自装配的过程。在T4噬菌体的装配过程中,约需30种不同蛋白和至少 47个基因参与。主要步骤有:DNA分子的缩合,通过衣壳包裹DNA而形成完 整的头部,尾丝和尾部的其他“部件”独立装配完成,头部和尾部相结合后,最 后再装上尾丝。

双链DNA噬菌体通过3阶段转录的增殖过程示意图

5.裂解(释放):当寄主细胞内的大量子代噬菌体成熟后,由于水解细胞 膜的脂肪酶和水解细胞壁的溶菌酶等的作用,促进了细胞的裂解,从而完成 了子代噬菌体的释放。

上述增殖的全过程是很快的,例如,E.coli T系噬菌体在合适温度等条 件下仅为15~25min。平均每一个寄主细胞裂解后产生的子代噬菌体数称作 裂解量,不同的噬菌体有所不同,例如T2为150左右(5~447),T4约100个。