肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗釋疑.doc

肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗釋疑2009-09-25 09:05:58|分類： 學(xué)教討研在講解肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗的時候，師生往往面臨著如下幾個疑問，試解答如下： 加熱能殺死細(xì)菌，卻為何“殺不死”DNA？對S型細(xì)菌加熱到一定程度（60度到100度），其蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)受到破壞而喪失生物活性，加熱引起的蛋白質(zhì)變性是導(dǎo)致S型細(xì)菌死亡的原因。被加熱殺死的S型細(xì)菌通過自溶過程，釋放出部分DNA片段，但60度到100度高溫只能使DNA氫鍵斷開，雙螺旋解體，而不會引起DNA分子的降解和一級結(jié)構(gòu)的破壞。由于堿基互補(bǔ)作用，當(dāng)溫度逐漸降低后，分離的DNA單鏈會重新聚合，雙螺旋結(jié)構(gòu)又重新恢復(fù)。因此在一定溫度范圍內(nèi)，加熱不會導(dǎo)致DNA“死亡”（變性）。莢膜為何？是否有毒？莢膜是某些細(xì)菌在一定條件下或生長發(fā)育到某一階段時，在細(xì)胞壁外一層厚度不均的膠狀物。具有保護(hù)細(xì)菌免受干旱損傷，可以貯藏養(yǎng)料，堆積代謝產(chǎn)物，與細(xì)菌致病性有關(guān)。產(chǎn)生莢膜細(xì)菌在固體培養(yǎng)基上形成表面濕潤、有光澤、粘液狀的光滑型（smooth），即S型菌落。不產(chǎn)生莢膜的細(xì)菌表面干燥、粗糙型(rough)，即R型菌落。用特異性水解莢膜的酶除去莢膜，細(xì)菌的生命活動不受影響。莢膜有自身保護(hù)功能：莢膜富含水，可保護(hù)細(xì)菌免受干燥，大部分細(xì)菌的莢膜由多糖組成；能抵御吞噬細(xì)胞的吞噬和其他物質(zhì)的侵害；莢膜為主要表面抗原，它是有些病菌的毒力因子，故S型肺炎雙球菌靠其莢膜致病，而無莢膜的R型為非致病菌。此外莢膜是聚合物，所以也是細(xì)菌的一種貯藏性物質(zhì)，可在營養(yǎng)缺少時動用，產(chǎn)生莢膜與否是細(xì)菌的一種遺傳特性，并與環(huán)境條件密切相關(guān)。從莢膜的功能第點可知，S型細(xì)菌進(jìn)入吞噬細(xì)胞后，由于莢膜的保護(hù)，能抵抗吞噬和消化作用，從而迅速繁殖、擴(kuò)散，引發(fā)機(jī)體發(fā)生疾病，嚴(yán)重時會引起死亡；而R型細(xì)菌無莢膜，會被吞噬細(xì)胞吞噬、消化，所以不能使機(jī)體患病?？梢?，莢膜并沒有毒性，是一種毒力因子。好比莢膜為刀，刀是兇器，但不是兇手。何為轉(zhuǎn)化？轉(zhuǎn)化過程如何？受體細(xì)胞從外界直接吸吸收來自供體細(xì)胞的DNA片段，并與其同源片段進(jìn)行遺傳物質(zhì)交換，從而使受體細(xì)胞獲得新的遺傳特性的現(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)化。供體細(xì)胞DNA片段即為格里菲斯認(rèn)為的“轉(zhuǎn)化因子”，R型細(xì)菌肺炎雙球菌（受體細(xì)胞）在對數(shù)期后期（生長后期）40分種內(nèi)處于“感受態(tài)”，吸收外源DNA的能力比其它時期大1000倍。此時R型活菌（受體細(xì)胞）膜表面有3080個“感受態(tài)因子”位點?！案惺軕B(tài)因子”是一種膜外蛋白，可以催化外來DNA片段的吸收或降解細(xì)胞表面某種成分，從而使細(xì)胞表面的DNA受體顯露出來。被加熱殺死的S型肺炎雙球菌自溶，釋放出的DNA片段（已失活），但雙鍵結(jié)構(gòu)尚在，分子量小于1107含有15個基因，即“轉(zhuǎn)化因子”。當(dāng)“轉(zhuǎn)化因子”遇到咸受態(tài)的R型活菌，就有10個左右這樣的雙鏈片段與R型菌膜表面的“感受態(tài)因子”位點結(jié)合，在位點上進(jìn)一步發(fā)生酶促分解，形成平均分子量為41065106的DNA片段，然后雙鏈拆開，其中一條鏈降解，另一條單鏈進(jìn)入細(xì)胞，與受體菌基因的相應(yīng)同源區(qū)段配對，并使受體菌基因的相應(yīng)片段被切除，從而將其替換，形成雜種DNA區(qū)段。隨著受體基因進(jìn)行復(fù)制，雜合區(qū)段分離成兩個，其中之一類似供體菌，另一個類似受體菌。當(dāng)細(xì)胞分裂后，復(fù)制的基因發(fā)生分離，于是就有R型菌產(chǎn)生S型菌肺炎雙球菌的后代，此過程稱為原核生物的轉(zhuǎn)化。其實質(zhì)是基因重組。如果感染了S型肺炎雙球菌，S型菌的DNA能不能進(jìn)入人或小鼠的細(xì)胞？在某些化學(xué)或物理條件的誘導(dǎo)下，外源DNA可以比較容易地進(jìn)入真核細(xì)胞，這一過程稱為轉(zhuǎn)染?？墒窃谏項l件下，外源DNA進(jìn)入細(xì)胞之前就被機(jī)體組織內(nèi)的各種核酸酶徹底水解和破壞了，即使有少量核酸沒有被完全水解，也無法通過正常途徑穿過細(xì)胞膜，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)并運送到核。另外，發(fā)生轉(zhuǎn)化的生物間必須有一定的親緣關(guān)系，肺炎雙球菌的S型和R型是同一物種的兩個品系，較易發(fā)生轉(zhuǎn)化，細(xì)菌與人或小鼠之間的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，幾乎不能轉(zhuǎn)化。格里菲思要做第四組實驗的用意何在？1928年，格里菲斯將肺炎球菌S在特殊條件下進(jìn)行離體培養(yǎng)，從中分離出R型，說明R型是S的突變型。當(dāng)他把這種R型的少量活細(xì)菌和大量已被殺死的S混合注射到小家鼠體內(nèi)以后，出乎意外，小家鼠卻被致死了。剖檢發(fā)現(xiàn)，小家鼠的心血中有S細(xì)菌。這一實驗結(jié)果可以有三種解釋。（1）S細(xì)菌可能并未完全殺死。但這種解釋不能成立，因為單獨注射經(jīng)過處理的S時并不能致死小家鼠。（2）R型已轉(zhuǎn)變?yōu)镾型。這一點也不能成立，因為剖檢發(fā)現(xiàn)的是S不是S，R型從S突變而來，理應(yīng)轉(zhuǎn)化為 S。（3）R型從殺死的S獲得某種物質(zhì)，導(dǎo)致類型轉(zhuǎn)化，從而恢復(fù)了原先因基因突變而喪失的合成莢膜的能力。格里菲斯肯定了這種解釋。這就是最早發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。從格里菲斯所做的實驗的真實的過程中，我認(rèn)為為什么格里菲思要做第四組實驗的原因是，S型菌能突變成R型菌，那么R型菌能否變成S型菌呢？有什么辦法能讓R型菌