T4噬菌體

侵染寄主時，尾鞘收縮，頭部的DNA即通過中空的尾部注入細胞內。T－系噬菌體是研究最廣泛和深入的細菌噬菌體，侵染大腸桿菌（一種正常棲居在人類腸道中的細菌）B菌株，T為英文Type的字頭，並按其發現的前後順序編號為T1，2，3，4，5，6，7，因其偶數型（2，4 ，6）結構的化學組成與奇數型（1，3，5，7）不同，故又分為T－偶數系與T－奇數系。例：T4屬偶數系。

其構造屬複合對稱體制。因結構簡單、遺傳背景清楚、增殖容易、對人無害，故是迄今被研究得最透徹、在病毒學和分子遺傳學研究中應用最廣泛的模式生物之一。構造分頭部、頸部和尾部3部分。頭部呈拉長的二十面體結構，長95nm，寬65 nm，衣殼由9～19種蛋白質組成，蛋白質含量占 76%～81%，含有直徑為6nm的衣殼粒212個。核心由線狀dsDNA組成，長約50μm(約為頭長的650倍)，由1.7×10bp構成(包括約2.3%末端冗餘)。 DNA成分特殊，以5-羥甲基胞嘧啶(HMC)取代常見的胞嘧啶。頭、尾部相連處有一頸部，包括頸環和頸須，前者為一六角形盤狀結構，直徑37.5nm，每一角上各長一頸須，用以裹住吸附前的尾絲。長而可收縮的尾部由尾鞘、尾管、基板、刺突和尾絲5部分組成。尾鞘長95、寬22 nm，是一種由相對分子質量為55 000的衣殼粒共144個纏繞而成的24環螺旋組成。尾管長95 nm，直徑8nm，中央孔道的直徑為2.5～3.5 nm，它是頭部核酸即基因組注入寄主細胞時的必經之路。尾管亦由24環螺旋組成，與尾鞘相對應。基板與頸環相似，為一有中央尾孔的六角形盤狀物，直徑為30.5 nm，上長6個刺突和6根尾絲。刺突長20nm，有吸附功能。尾絲可折成2段，長140nm，直徑3～ 4nm，由2種相對分子質量較大的蛋白質和4種相對分子質量較小的蛋白質組成，能專一地吸附在敏感寄主細胞表面的相應受體上。T4的尾孔至少含溶菌酶等8種蛋白質。3種T偶數噬菌體在寄主細胞表面有不同的吸附位點：T4在大腸埃希氏菌(Escherichia coli)B菌株上的吸附位點是LPS核心多糖中的α-葡糖基-(1→3)葡萄糖末端，在K菌株上則為LPS或外膜蛋白 OmpC

科學家們在T4噬菌體中發現了一種酶，稱為T4 DNA連接酶，在轉基因技術中用作黏性末端和平末端的連接酶。對平末端連接效率低下。

T4噬菌體是大腸桿菌的一種烈性噬菌體，呈蝌蚪形，其DNA為線形雙鏈結構，含1.66×10bp核苷酸。在T4噬菌體基因組約200個編碼蛋白質的基因中，有135個是已知的（其中的82個是代謝相關基因，53個是裝配基因），其餘近70個基因的功能未知。T4噬菌體基因組DNA中沒有胞嘧啶核苷酸（C），而是以5羥甲基胞嘧啶（HMC）替代。另外，在T4DNA分子兩端有極少數核苷酸構成同向重複序列（稱“末端冗餘”），末端冗餘能使變性的T4DNA在復性過程中形成環形結構。

噬菌體的增殖過程基本同其他病毒。

噬菌體的吸附有兩個階段：①可逆階段，由隨機碰撞或靜電引力或氫鍵作用而相互接觸，無任何特異性；②不可逆特異性結合階段，不僅噬菌體與相應細胞表面產生牢固結合，且病毒粒子表面發生結構改變。

T4噬菌體尾部能與宿主細胞壁表面上的受體發生特異性結合，吸附於宿主細胞表面。

噬菌體侵入宿主細胞的方式通常是將核酸注入細胞，蛋白質留在細胞外。T4噬菌體能水解細菌細胞壁肽聚糖，其作用相似於溶菌酶，使細胞壁產生小孔，可以導致細菌細胞內容物漏出。但在正常病毒繁殖過程中，小孔很快會被細菌修復。

噬菌體的複製比較複雜，如T4噬菌體的核酸為dsDNA，轉錄和翻譯分為三期。它的複製循環僅需20- 30min，但與其他病毒比較，除早期轉錄、晚期轉錄外，還增加了次早期（ delaye dearly）轉錄的階段。

T4噬菌體在生物合成時，分別合成噬菌體DNA、頭部蛋白質亞單位、尾鞘、尾髓、基板和尾絲等部件，最後DNA收縮聚集，被頭部蛋白質包圍形成二十面體的結構，隨之尾部也逐步裝配起來。噬菌體的裝配也是高度有序的，如在頭尾未完成裝配之前，尾絲不與尾部裝配，而只有完整的頭與尾裝配形成后，尾絲才能自動裝配於尾部，以形成完整的噬菌體。

T4噬菌體的裝配包括5個不同的步驟：

頭的裝配

噬菌體的頭殼是最大、最複雜的部分，其頭部（head）的結構組成涉及20個基因，這些基因分成兩大簇集中排列在基因組上。T4的前頭部（head）由衣殼蛋自gp23以及主要的裝配核心蛋白gp22和上要內部蛋白gp IPⅢ聚集而成，這個過程發生於或近於宿主細胞膜上並且需要gp31、gp40、gp20和gp21以及宿主大腸桿菌基因產物的參與，在DNA裝填之前，前頭部上再加入gp24噬菌體縝部至少出5種T4蛋白，即gp13、gpN2、gpN4、gpN14和gpN6組成。

DNA裝填

當T4頭部外殼裝配完成後，T4-DNA就隨之裝填到頭殼中，由於DNA長度為500nm，而T4頭部的長度不0.1nm，因此DNA在頭殼腔內是緊密摺疊的，至於DNA是如何裝進頭殼的還不十分清楚。通常T4DNA的裝填需要gp4、gp16和gp17的參與，基因49的ts突變體在較高溫度下形成空頭，溫度降低時則產生正常充滿DNA的頭部。現在已經證實gp19具有核酸酶的活性，能夠對複製屮的DNA多聯體產生切割。值得指出的是每次DNA裝填的長度要比正常T4-DNA基因組多出20%，這可能就是產生末端冗餘的機制ju'hao

尾管和管鞘裝配

尾管由T44個拷貝的gp19構成，其中每6個gp19分子組成一個環，這樣就可產生由24環疊成的螺腚管。隨後z裝配成的尾管與基板連接，再在gp54引物的參與下，gp18圍繞尾管聚合形成尾鞘。與gp19一樣，gp18也是由T4個拷貝組成24個重疊環。最後在尾管的近末端加上即gp3和gp15，其中gp15可以穩定裝配的尾鞘，並組成頸與頸圈附著的連接部。

T4噬菌體尾部和頭部分別裝配完成後，頭和尾就可自發地產生結合，這種結合作用在體外和體內均可以發生，而且不需要額外基因產物的加入。

基板裝配

基板是通過兩個獨立的裝配程序形成的，由7個基因廣物gp10、gp11、gp7、gp8、gp6、gp53和gp25相互作用形成的楔狀物，以裝配形成外部呈六角形結構的6個“臀”，另外由6個基因產物gp27、gp5、gp26、gp28、gp51和gp29相互作用，產生一個中心的“塞子”，再由一個塞子和6個臂結合而成一個不穩定的六角形前體結構，並且在另外4個基因產物gp9、gp12、gp48和gp54的參與下構成完整的基板。

尾絲裝配

T4尾絲裝配和附著於基板的6個頂角需要8個T4基因產物參與，其中gp37、gp36、gp35和gp34為尾絲的結構組分，gp38、gp57、gp63和 gpWac起附屬和催化作用，一個完整的尾絲可能含有gp34、gp36、gp37各兩個分子和一個分子的gp35，尾絲由遠側半段和近側半段組成，gp37、gp36、gp35構成尾絲的遠側半段，gp34組成近側半段，見g38和gp57為兩個裝配附屬蛋白，它們是g37聚合所必需的；gp63和gpWac則是尾絲附著於基板所必需的。g63不出現在除菌體顆粒中，但它能使近側半段尾絲的近端頂部與基板相互作用，gpWac還是噬菌體的頸須蛋白，由它組成的6根絲狀物，即頸須附著項圈。尾絲裝配與噬菌體顆粒其餘部分無關，尾絲必需在頭與尾連接之後才能附著於基板上。

T4 DNA連接酶

T4噬菌體被證明是一個解決基因和信息傳遞本質的理想體系，是生命科學研究的一種模式生物。

科學家們在T4噬菌體中發現了一種酶，稱為T4 DNA連接酶。T4 DNA連接酶這種連接酶是由噬菌體T4基因編碼的，感染大腸桿菌后，在宿主細胞中產生。其相對分子質量為6800，既可催化DNA黏性末端連接，也可催化平末端連接。T4 DNA連接酶在基因工程操作中被廣在基因工程操作中被廣泛應用句號