O bacteriófago T4 pertence a grandes fagos da série T-mesmo. O DNA do fago T4 é linear, de fita dupla, tem peso molecular de 120 * 10 6, comprimento de 165 mil pares de bases, o que é suficiente para codificar cerca de 200 genes. A posição no mapa genético de quase 100 genes de fagos foi determinada (Fig. 1). As moléculas de DNA do fago são caracterizadas por redundância terminal (o comprimento dessas regiões é vários por cento do comprimento total do DNA, ou seja, vários milhares de pares de bases). As moléculas de DNA do fago são idênticas em tamanho e composição genética, mas heterogêneas na sequência de nucleotídeos (como resultado de permutações cíclicas de genes).

T4 é um fago muito grande que possui um aparato replicativo bastante completo e independente. Dentro de um minuto após a adsorção do fago T4, a síntese das moléculas hospedeiras para quase completamente, a transcrição de alguns genes do fago começa e 4 minutos depois a replicação do DNA do fago já está em andamento. A infecção do fago T4 é um excelente modelo para estudar o controle da replicação e expressão gênica.

A replicação do DNA do fago T4 começa em um ponto localizado entre os genes 42 e 43 e segue em duas direções. Posteriormente, surgem muitos pontos de replicação, resultando em até 60 forquilhas de replicação.

Uma das vantagens de usar o fago T4 como um sistema modelo para estudar a replicação do DNA é que todas as proteínas necessárias para o alongamento da cadeia são codificadas pelo fago. Foram identificadas onze proteínas envolvidas na formação e movimento da forquilha de replicação, mas apenas 5 delas são necessárias para criar o sistema central. Estes são os produtos dos genes 43 (T4 DNA polimerase), 32 (proteína de ligação ao DNA de fita simples), 44, 62, 45 (proteínas auxiliares). A interação dessas proteínas determina a fidelidade da replicação.

Na composição do DNA do fago T4 (e outros fagos T pares) em vez da citosina usual. inclui uma base incomum - oximetilcitosina (OMC). A maioria dos resíduos de OMC são glicosilados. O DNA com essas bases modificadas não é cortado por quase todas as enzimas de restrição conhecidas. Enzimas de restrição E.coli reconhecem resíduos de OMC não glicosilados em certas sequências e destroem esse DNA. Os fagos T pares não apenas protegem contra as enzimas de restrição do hospedeiro, mas também codificam nucleases que degradam o DNA não modificado do hospedeiro e não atuam no DNA do fago.

A glicosilação de resíduos de OMC no DNA do fago T4 é determinada geneticamente e ocorre pela transferência de resíduos de glicosil para o DNA dentro de alguns minutos após a polimerização usando enzimas específicas, as glicosiltransferases. Tal método de luta poderia ter surgido apenas em um fago tão grande como o T4.

O bacteriófago T4 é um vírus muito mais complexo que o TMV. Seu DNA de fita dupla contém aproximadamente 165 genes em comparação com

Arroz. 30.7. Uma seção do RNA do TMV que inicia a montagem de uma partícula do vírus TMV.

Arroz. 30.8. Micrografia eletrônica de partículas TMV parcialmente reconstruídas. Duas caudas de RNA são visíveis estendendo-se de cada vírion em crescimento.

Arroz. 30.9. Esquema da montagem do VTM. A - a região de iniciação no RNA forma uma alça e passa para o orifício central do disco proteico. o disco muda para uma forma helicoidal de "arruela de choque". B - novos discos são anexados ao final do RNA onde o loop está localizado. uma das pontas do RNA é constantemente arrastada pelo orifício central e interage com novos discos. representação esquemática de uma molécula de RNA em um vírus parcialmente montado. A direção do movimento do RNA é indicada por uma seta. (Butler P.J.G., Klug A., Sci.Amer., 1978.)

com 6 genes TMV. No entanto, a estrutura, a reprodução e o processo de montagem do fago T4 foram muito bem estudados, pois foram submetidos a análises genéticas e bioquímicas intensivas. Virion T4 consiste em uma cabeça. processo e seis filamentos (fibrilas) do processo (Fig. 30.10). Sua molécula de DNA está compactada dentro de uma casca de proteína icosaédrica e forma a cabeça do vírus. O processo consiste em dois tubos coaxiais conectados à cabeça por um pescoço curto. No processo, a bainha contrátil envolve o eixo central através do qual o DNA é introduzido na bactéria hospedeira. O processo traz na extremidade uma placa basal com seis dentes curtos, dos quais se estendem seis filamentos longos e finos.

As extremidades dos filamentos do processo ligam-se a locais específicos na célula de E. coli. Como resultado da contração dependente de ATP, a bainha puxa a cabeça do fago em direção à lâmina basal e processa os filamentos e, como resultado, a haste central penetra através da parede celular, mas não através da membrana celular. O DNA do fago exposto penetra então na membrana celular. Após alguns minutos, todas as reações de síntese de DNA celular, RNA e proteínas param e a síntese de macromoléculas virais começa. Em outras palavras, o vírus que infecta a célula assume os mecanismos sintéticos da célula bacteriana e substitui seus genes pelos seus.

Existem três grupos de genes no DNA do fago T4 que são transcritos em diferentes estágios da infecção: pré-precoce, precoce e

Arroz. 30.10. Micrografia eletrônica do fago T4. (Williams R. C., Fisher H. W., An electronic micrographic atlas of virus, C. C. Thomas, Springfield,

1974. Reimpresso com a gentil permissão do editor.)

Tabela 30.2. (ver scan) Genes do fago T4

mais tarde. Os genes pré-precoces e precoces são transcritos e traduzidos antes que o DNA do fago T4 seja sintetizado. Algumas proteínas codificadas por esses genes inibem a síntese de macromoléculas celulares. Logo após a infecção, o DNA da célula hospedeira é degradado pela desoxirribonuclease, codificada por um dos primeiros genes do fago T4. O próprio DNA do fago T4 não é hidrolisado por essa enzima, pois não contém clusters (resíduos agrupados) de citosina. O DNA do fago T4 contém hidroximetilcitosina (HMC) em vez de citosina. Além disso, os resíduos de HMC no DNA de T4 são glicosilados.

Esses derivados de citosina são incorporados ao DNA do bacteriófago T4 por meio da ação de várias enzimas específicas do fago sintetizadas no início da infecção. Um deles hidrolisa dCTP para formar dCMP para evitar a incorporação de dCTP no DNA do fago T4. Em seguida, a segunda enzima introduz um grupo hidroximetil no dCMP e

Hidroximetilcitidilato. A terceira enzima converte α-hidroximetilcitidilato em trifosfato, que serve como substrato para DNA polimerases. Finalmente, uma quarta enzima glicosila alguns dos resíduos de hidroximetilcitosina do DNA.

A síntese de proteínas tardias está associada à replicação do DNA do fago T4. Nesta fase, as proteínas do capsídeo e a lisozima são formadas. Quando a montagem dos vírions descendentes é concluída, a lisozima hidrolisa a parede celular bacteriana e a destrói. Aproximadamente 20 minutos após a infecção, cerca de duzentas novas partículas virais aparecem.