分子生物学重要研究小组-噬菌体小组

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教育噬菌体 |
分类: 生物学史与学家 |
教材研究:在必修2中,噬菌体侵染细菌是经典实验,也是考试高频考点,需要重视并了解发展史,教学中也需要补充噬菌体感染细菌的过程(浙科版没有此内容)。以下内容参考百度文库等。
一、噬菌体研究小组
在分子生物学发展史上,有一个闻名遐迩的研究集体—美国长岛冷泉港的噬菌体小组。
噬菌体小组是由德尔布吕克(M.Delbriik)领导创建的。
德尔布吕克最初学的是物理学,20年代末,曾到丹麦哥本哈根玻尔(N.Bohr)那里作了两年物理学的研究。玻尔是当时对生物学有浓厚兴趣的少数著名物理学家之一,曾做过“光和生命”的公开演讲,并于1933年发表同名文章。德尔布吕克受玻尔的影响,对当时蓬勃发展的遗传学产生了浓厚的兴趣。1937年,他决心放弃物理学的研究,到美国遗传学研究的中心、摩尔根所在的加州理工学院生物系,专门从事遗传学的研究。
他很快选择了与正在进行噬菌体研究的埃利斯(E.L.Ellis)共同合作。
1940年他巧遇了从意大利来的、从事噬菌体研究的卢里亚(S.Luria),共同的目标使他们很快结合起来。
1943年,德尔布吕克又遇到正在从事噬菌体研究的赫尔希(A.D.Hershey),此后,由他与卢里亚和赫尔希三人组成著名的噬菌体小组,吸引了许多科学工作者,开展了一系列的工作。
他们一方面对噬菌体及其突变体进行系统的研究,取得了丰富的成果;一方面培训了大批研究人员,为分子生物学的研究提供了理想的实验材料和研究力量。他们的重要成就之一就是赫尔希一蔡斯(M.Qlase)的噬菌体感染实验,它有力地证明了遗传信息载体是DNA,明确阐明了基因的化学本质。
德尔布吕克、卢里亚和赫尔希因其在噬菌体生物学方面的出色工作,于1969年一同获得了诺贝尔医学奖。
二、噬菌体侵染细菌的详细过程:
1、感染阶段
噬菌体侵染宿主细胞的第一步是“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”。噬菌体首先释放溶菌酶,在细菌的细胞壁上打开一个缺口,尾鞘做类似肌动蛋白和肌球蛋白的收缩,露出尾轴,伸入细胞壁内,像注射器一样把头部的DNA注入细菌细胞,其蛋白质外壳留在壁外,不参与增殖过程。
2、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。子代噬菌体的形成是借助于细菌细胞的代谢机制,由噬菌体本身的核酸物质操纵的。噬菌体的DNA巧妙地利用宿主细胞的“机器”,大量复制子代噬菌体的DNA和蛋白质,并形成完整的噬菌体颗粒。据观察,当噬菌体侵入细菌细胞后,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,包围多角形DNA聚缩体,然后头部和尾部相互结合,组装成一个完整的子代噬菌体。
3、成熟阶段
在潜伏后期,噬菌体增加溶菌酶的释放,用以溶解宿主细胞壁,促使细胞裂解,从而释放出成熟的子代噬菌体。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。