| 词条 | 病毒的生物马达 |
| 释义 | § 结构 病毒基本上是一种寄生生物，在构造上，由DNA和包裹基因物质的外壳所组成。当病毒进行感染的时候，病毒基因体会从病毒身上转移到宿主身上，并且进行基因体复制：病毒会操作宿体细胞的装置，制造出他所需要的东西（包括基因体），然後才能组装成新的病毒。接著，新的病毒基因必须填入宿主细胞新制造出来的结构壳体(capsid)，这个新的病毒才算完成了他在宿主细胞的任务，可以出发前往下一个目的地，感染其他的细胞。问题是，以噬菌体phi-29为例，在进行组装时，长度为6.6μm的DNA如何塞进42*54 nm2大小的结构壳体？DNA的长度比结构壳体，长了将近130倍！要将DNA包裹入壳，必须启动生物马达(packaging motor)，克服DNA熵、静电和弯曲的能量，将DNA一段段地收纳成近乎晶体的密度。 § 概述 然而这具生物马达是用什么方法达成任务的？去年12月，科学家Alan Simpson在从事病毒（噬菌体phi-29）感染细菌的研究时，发现了DNA结构的包裹马达。他们用微影像技术(micro-imaging techniques)──包括X光结晶学(X-ray crystallography)，和低温电子显微镜学(cryo-electron microscopy)──来观察噬菌体phi-29之中，DNA包裹马达的结构。这个马达有三部份：蛋白质外壳、甜甜圈状的连结器，以及RNA酶。蛋白质外壳乃是一个瘦长的结构壳体，为马达的前头；中间的连结器是甜甜圈状，可以放在结构壳体的入口，将DNA推入其内；而启动包裹动力的，则是RNA酶，它能将化学能转换成机械能，以驱动连结器将DNA「吞」进结构壳体之内。 连结器是由12个锥状蛋白质所构成的，可以把它看作是一个磙筒，DNA则从中心的洞孔穿过；在连结器周围有五个一样的酶，亦即ATP酶，位在结构壳体的通道外侧。它们会分解细胞的化学能（即ATP），将之转化成驱动马达的能量。研究人员推测，这一连串由ATP所引发的化学反应，会使phi-29开始旋转并震盪，藉此将DNA一次拉进一个硷基对。病毒的生物马达在一个如滴剂一般大小的范围内工作，在这范围内就包含了50亿个DNA分子，若是头尾相接，长度可长达200哩。然而当生物马达启动之後，「整个收纳DNA的工作，前後仅仅歷时3分钟……每一个DNA分子都整齐划一地塞入一个蛋白质壳体之中。」明尼苏达大学教授Dwight Anderson如此说。 塞入DNA 但要将DNA塞入，需要多大的力？ 研究人员Smith使用光学的钳子，来测量噬菌体f29包裹DNA时所需要速度的力道。首先，他将DNA裸露出来的一端繫在聚苯乙烯的气泡上，而聚苯乙烯则由光学钳子抓住；另一方面，包裹住部分DNA的结构壳体则紧繫在另一个气泡上，而气泡则附著在吸量管上(pipette)。从RNA酶而产生的能量，促使一连串复杂的包裹程序发生，使两端的气泡靠得更近。研究人员进行两种模式的实验：在持续反餽力的模式下，移动气泡的位置让DNA内部的张力维持定值；或是在没有反餽力的模式下，允许张力改变，但是让气泡保持一定的距离。藉由控制张力和距离的变因，得出收纳DNA所需要的力。这是因为收缩DNA的力会随著收缩的长度而改变，当愈来愈多DNA被缠裹进壳体之中，它包裹的速度就会逐渐减缓，壳体内部的压力和DNA缐体的张力也愈来愈大。如此，在无反餽的模式下，当DNA两端的张力逐渐升高时，研究人员量测其渐渐减缓的包裹速度，就能估计被缠裹进壳体之後DNA所产生的力。 在大约50%的基因体被收入壳体之前，DNA的内部张力都很弱；这是因为DNA一开始缠裹得很松散，跟最後的高密度状态不同。接著力量逐渐增大，一直到全部的DNA都收入壳体之後，其力道便高达5×10-11牛顿──这是最犟大的分子马达之一，为了进行包裹而产生的力。这么大的压力，在进行感染作用的期间，对於病毒是很有帮助的：它的压力可以帮助病毒将他的DNA注入宿主细胞之内，如此，就不需要额外的生物马达来完成这项工作了。 小小的病毒，塞入DNA的动作，真像魔术师一段一段地将手帕塞入手指围出的小小洞孔！ |
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