T4噬菌体

T4 噬菌体 是 大肠杆菌 （ E.coli ）的烈性噬菌体， 是T类噬菌体中的显著代表，于1945年从一些噬菌体混合培养物中分离得到。

T4噬菌体呈 蝌蚪 形，由头部和尾部两部分组成。头部为稍长的 二十面体 对称型，大小为80纳米×110纳米，内部含有双链、线状 脱氧核糖核酸 分子，分子量为1.12~10 8 ；尾部由尾领（collar）、尾鞘（sheath）、尾髓（ 符尾 core）、 尾板 （base plate）、尾刺（spike）和尾丝（tail fibers）组成，长短为110纳米×20纳米，尾丝可伸展，幅度可达140纳米。

T4噬菌体头部外壳含有8种 蛋白质 ，尾部含有2种蛋白质，呈棒状。 T4噬菌体的 基因组 是一条线状dsDNA ，长度约为169kpb。 T4噬菌体DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平头末端，所以比 大肠杆菌 DNA连接酶应用广泛。

介绍

侵染 宿主 时，尾鞘收缩，头部的 脱氧核糖核酸 即通过中空的尾部注入细胞内。T－系噬菌体是研究最广泛和深入的 噬菌体 ，侵染 大肠杆菌 （一种正常栖居在人类肠道中的细菌）B菌株，T为英文Type的字头，并按其发现的前后顺序编号为T1，2，3，4，5，6，7，因其偶数型（2，4 ，6）结构的 化学 组成与 奇数 型（1，3，5，7）不同，故又分为T－偶数系与T－奇数系。例：T4属偶数系。

结构

其构造属复合对称体制。因结构简单、遗传背景清楚、增殖容易、对人无害，故是迄今被研究得最透彻、在 病毒学 和 分子遗传学 研究中应用最广泛的 模式生物 之一。构造分头部、颈部和尾部3部分。头部呈拉长的 二十面体 结构，长95nm，宽65 nm， 衣壳 由9～19种 蛋白质 组成，蛋白质含量占 76%～81%，含有直径为6nm的衣壳粒212个。核心由线状dsDNA组成，长约50μm(约为头长的650倍)，由1.7×10bp构成(包括约2.3%末端冗余)。 脱氧核糖核酸 成分特殊，以5- 羟 甲基胞 (HMC)取代常见的胞嘧啶。头、尾部相连处有一颈部，包括颈环和颈须，前者为一六角形盘状结构，直径37.5nm，每一角上各长一颈须，用以裹住 吸附 前的尾丝。长而可收缩的尾部由尾鞘、尾管、 基板 、刺突和尾丝5部分组成。尾鞘长95、宽22 nm，是一种由相对分子质量为55 000的 衣壳 粒共144个缠绕而成的24环 尾旋 组成。尾管长95 nm，直径8nm，中央孔道的直径为2.5～3.5 nm，它是头部 核酸 即 基因组 注入 宿主 细胞 时的必经之路。尾管亦由24环螺旋组成，与尾鞘相对应。基板与颈环相似，为一有中央尾孔的六角形盘状物，直径为30.5 nm，上长6个刺突和6根尾丝。刺突长20nm，有 吸附 功能。尾丝可折成2段，长140nm，直径3～ 4nm，由2种相对分子质量较大的 蛋白质 和4种相对分子质量较小的蛋白质组成，能专一地吸附在敏感寄主细胞表面的相应受体上。T4的尾孔至少含 溶菌酶 等8种蛋白质。3种T偶数 噬菌体 在寄主细胞表面有不同的吸附位点：T4在 大肠杆菌 ( 埃希氏菌属 coli)B菌株上的吸附位点是 LPS 核心多糖 中的α-葡糖基-(1→3) 葡萄糖 末端，在K菌株上则为LPS或外膜蛋白 OmpC

科学家们在T4噬菌体中发现了一种酶，称为T4 脱氧核糖核酸 连接酶，在转基因技术中用作黏性末端和平末端的连接酶。对平末端连接效率低下。

化学组成

T4噬菌体是大肠杆菌的一种烈性噬菌体，呈 蝌蚪 形，其DNA为线形双链结构，含1.66×10⁶bp核苷酸。在T4噬菌体 基因组 约200个编码 蛋白质 的基因中，有135个是已知的（其中的82个是代谢相关基因，53个是装配基因），其余近70个基因的功能未知。T4噬菌体基因组DNA中没有胞嘧啶核苷酸（C），而是以 5-羟甲基胞嘧啶 （HMC）替代。另外，在T4 脱氧核糖核酸 分子两端有极少数核苷酸构成同向 重复序列 （称“末端冗余”），末端冗余能使 变性 的T4DNA在 退火 过程中形成 环形 结构。

增殖过程

噬菌体 的增殖过程基本同其他病毒。

吸附

噬菌体的吸附有两个阶段：①可逆阶段，由随机碰撞或 静电 引力 或 氢键 作用而相互接触，无任何特异性；②不可逆特异性结合阶段，不仅噬菌体与相应 细胞 表面产生牢固结合，且病毒粒子表面发生结构改变。

T4噬菌体尾部能与 宿主 细胞壁 表面上的受体发生特异性结合，吸附于宿主细胞表面。

侵入

噬菌体侵入宿主细胞的方式通常是将 核酸 注入细胞， 蛋白质 留在细胞外。T4噬菌体能 水解 细菌细胞壁 肽聚糖 ，其作用相似于 溶菌酶 ，使细胞壁产生小孔，可以导致细菌细胞内容物漏出。但在正常病毒繁殖过程中，小孔很快会被细菌修复。

生物合成

噬菌体 的复制比较复杂，如T4噬菌体的核酸为dsDNA， 转录 和翻译分为三期。它的复制循环仅需20- 30min，但与其他病毒比较，除早期转录、晚期转录外，还增加了次早期（ delaye dearly）转录的阶段。

装配

T4噬菌体在生物合成时，分别合成噬菌体 脱氧核糖核酸 、头部 蛋白质 亚单位、尾鞘、尾髓、 基板 和尾丝等部件，最后DNA收缩聚集，被头部蛋白质包围形成 二十面体 的结构，随之尾部也逐步装配起来。噬菌体的装配也是高度有序的，如在头尾未完成装配之前，尾丝不与尾部装配，而只有完整的头与尾装配形成后，尾丝才能自动装配于尾部，以形成完整的噬菌体。

T4噬菌体的装配包括5个不同的步骤：

头的装配

噬菌体 的头壳是最大、最复杂的部分，其头部（head）的结构组成涉及20个基因，这些基因分成两大簇集中排列在 基因组 上。T4的前头部（head）由 衣壳 蛋白gp23以及主要的装配核心蛋白gp22和主要内部蛋白gp IPⅢ聚集而成，这个过程发生于或近于 宿主 细胞膜上并且需要gp31、gp40、gp20和gp21以及宿主 大肠杆菌 基因产物 的参与，在 脱氧核糖核酸 装填之前，前头部上再加入gp24噬菌体颈部至少出5种T4蛋白，即gp13、gpN2、gpN4、gpN14和gpN6组成。

DNA装填

当T4头部外壳装配完成后，T4-DNA就随之装填到头壳中，由于DNA长度为500nm，而T4头部的长度不0.1nm，因此DNA在头壳腔内是紧密折叠的，至于DNA是如何装进头壳的还不十分清楚。通常T4DNA的装填需要gp4、gp16和gp17的参与，基因49的ts突变体在较高温度下形成空头，温度降低时则产生正常充满DNA的头部。现在已经证实gp19具有 核酸酶 的活性，能够对复制屮的 脱氧核糖核酸 多联体产生切割。值得指出的是每次DNA装填的长度要比正常T4-DNA基因组多出20%，这可能就是产生末端冗余的机制。

尾管和管鞘装配

尾管由T44个拷贝的gp19构成，其中每6个gp19分子组成一个环，这样就可产生由24环叠成的螺腚管。随后z装配成的尾管与 基板 连接，再在gp54 引物 的参与下，gp18围绕尾管聚合形成尾鞘。与gp19一样，gp18也是由T4个拷贝组成24个 重叠 环。最后在尾管的近末端加上即gp3和 GP-15式40毫米榴弹发射器 ，其中gp15可以稳定装配的尾鞘，并组成颈与颈圈附着的连接部。

T4噬菌体尾部和头部分别装配完成后，头和尾就可自发地产生结合，这种结合作用在体外和体内均可以发生，而且不需要额外 基因产物 的加入。

基板装配

基板是通过两个独立的装配程序形成的，由7个基因广物gp10、gp11、gp7、gp8、gp6、gp53和gp25相互作用形成的楔状物，以装配形成外部呈六角形结构的6个“臀”，另外由6个基因产物gp27、gp5、gp26、gp28、gp51和gp29相互作用，产生一个中心的“塞子”，再由一个塞子和6个臂结合而成一个不稳定的六角形 前体 结构，并且在另外4个基因产物gp9、gp12、gp48和gp54的参与下构成完整的 基板 。

尾丝装配

T4尾丝装配和附着于基板的6个顶角需要8个T4 基因产物 参与，其中gp37、gp36、gp35和gp34为尾丝的结构组分，gp38、gp57、gp63和 gpWac起附属和 催化 作用，一个完整的尾丝可能含有gp34、gp36、gp37各两个分子和一个分子的gp35，尾丝由远侧半段和近侧半段组成，gp37、gp36、gp35构成尾丝的远侧半段，gp34组成近侧半段，见g38和gp57为两个装配附属蛋白，它们是g37聚合所必需的；gp63和gpWac则是尾丝附着于 基板 所必需的。g63不出现在除菌体颗粒中，但它能使近侧半段尾丝的近端顶部与基板相互作用，gpWac还是 噬菌体 的颈须蛋白，由它组成的6根丝状物，即颈须附着项圈。尾丝装配与噬菌体颗粒其余部分无关，尾丝必需在头与尾连接之后才能附着于基板上。

主要用途

T4 脱氧核糖核酸 连接酶

T4噬菌体被证明是一个解决基因和信息传递本质的理想体系，是生命科学研究的一种 模式生物 。

科学家们在T4噬菌体中发现了一种酶，称为T4 DNA连接酶。T4 DNA连接酶这种连接酶是由噬菌体T4基因编码的，感染 大肠杆菌 后，在 宿主 细胞 中产生。其相对分子质量为6800，既可 催化 DNA黏性末端连接，也可催化平末端连接。T4 DNA连接酶在基因工程操作中被广泛应用。