噬菌体是寄生在细菌细胞中的病毒。一个典型的噬菌体的生活周期,可以分为3个阶段感染阶段、增殖阶段和成熟阶段。

感染阶段  噬菌体侵染寄主细胞的第一步是“吸附”,即噬菌体的尾部附着在细菌的细胞壁上,然后进行“侵入。先通过溶菌酶的作用在细菌的细胞壁上打开一个缺口,尾鞘像肌动蛋白和肌球蛋白的作用一样收缩,露出尾轴,伸入细胞壁内,如同注射器的注射动作,噬菌体只把头部的DNA注入细菌的细胞内,其蛋白质外壳留在壁外,不参与增殖过程。

增殖阶段  噬菌体DNA进入细菌细胞后,会引起一系列的变化：细菌的DNA合成停止,酶的合成也受到阻抑,噬菌体逐渐控制了细胞的代谢。噬菌体巧妙地利用寄主(细菌)细胞的“机器”,大量地复制子代噬菌体的DNA和蛋白质,并形成完整的噬菌体颗粒。噬菌体的形成是借助于细菌细胞的代谢机构,由本身的核酸物质操纵的。据观察,当噬菌体侵入细菌细胞后,细菌的细胞质里很快便充满了DNA细丝,10 min左右开始出现完整的多角形头部结构。噬菌体成熟时,这些DNA高分子聚缩成多角体,头部蛋白质通过排列和结晶过程,把多角形DNA聚缩体包围,然后头部和尾部相互吻合,组装成一个完整的子代噬菌体。

成熟阶段  噬菌体成熟后,在潜伏后期,溶解寄主细胞壁的溶菌酶逐渐增加,促使细胞裂解,从而释放出子代噬菌体。在光学显微镜下观察培养的感染细胞,可以直接看到细胞的裂解现象。T2噬菌体在37 ℃下大约只需40 min 就可以产生100～300个子代噬菌体。子代噬菌体释放出来后,又去侵染邻近的细菌细胞,产生子二代噬菌体。

怎样知道噬菌体注入细菌内部的物质只是DNA呢这主要是通过同位素的标记实验知道的。1952年赫尔希(A.D.Hershey,1908c)和蔡斯(M.Chase)把宿主细菌分别培养在含有³⁵S和³²P的培养基中,宿主细菌在生长过程中,就分别被35S和32P所标记。然后,赫尔希等人用T2噬菌体分别去侵染被³⁵S和³²P标记的细菌。噬菌体在细菌细胞内增殖,裂解后释放出很多子代噬菌体,在这些子代噬菌体中,前者被³⁵S所标记,后者被³²P所标记。

同位素标记实验的第二步,是用被³⁵S和³²P标记的噬菌体分别去侵染未标记的细菌,然后测定宿主细胞的同位素标记当用³⁵S标记的噬菌体侵染细菌时,测定结果显示,宿主细胞内很少有同位素标记,而大多数³⁵S标记的噬菌体蛋白质附着在宿主细胞的外面当用³²P标记的噬菌体感染细菌时,测定结果显示宿主细胞的外面的噬菌体外壳中很少有放射性同位素³²P,而大多数放射性同位素³²P在宿主细胞内。以上实验表明,噬菌体在侵染细菌时,进入细菌内的主要是DNA,而大多数蛋白质在细菌的外面。可见,在噬菌体的生活史中,只有DNA是在亲代和子代之间具有连续性的物质。因此,DNA是遗传物质。

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