肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)釋疑.docVIP

肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)釋疑2009-09-25 09:05:58|分類(lèi)： 學(xué)教討研在講解肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，師生往往面臨著如下幾個(gè)疑問(wèn)，試解答如下： 加熱能殺死細(xì)菌，卻為何“殺不死”DNA？對(duì)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(guò)自溶過(guò)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(kāi)，雙螺旋解體，而不會(huì)引起DNA分子的降解和一級(jí)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(huì)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(huì)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(zhǎng)發(fā)育到某一階段時(shí)，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(rùn)、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(dòng)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(wú)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(yíng)養(yǎng)缺少時(shí)動(dòng)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(diǎn)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(shí)會(huì)引起死亡；而R型細(xì)菌無(wú)莢膜，會(huì)被吞噬細(xì)胞吞噬、消化，所以不能使機(jī)體患病?？梢?jiàn)，莢膜并沒(méi)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(guò)程如何？受體細(xì)胞從外界直接吸吸收來(lái)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(chēng)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(duì)數(shù)期后期（生長(zhǎng)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(shí)期大1000倍。此時(shí)R型活菌（受體細(xì)胞）膜表面有3080個(gè)“感受態(tài)因子”位點(diǎn)?！案惺軕B(tài)因子”是一種膜外蛋白，可以催化外來(lái)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(lái)。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(gè)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(gè)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(diǎn)結(jié)合，在位點(diǎn)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(kāi)，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(duì)，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(gè)，其中之一類(lèi)似供體菌，另一個(gè)類(lèi)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(guò)程稱(chēng)為原核生物的轉(zhuǎn)化。其實(shí)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?xiàng)l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(guò)程稱(chēng)為轉(zhuǎn)染?？墒窃谏?xiàng)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(méi)有被完全水解，也無(wú)法通過(guò)正常途徑穿過(guò)細(xì)胞膜，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)并運(yùn)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(shuō)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(shí)驗(yàn)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?yàn)閱为?dú)注射經(jīng)過(guò)處理的S時(shí)并不能致死小家鼠。（2）R型已轉(zhuǎn)變?yōu)镾型。這一點(diǎn)也不能成立，因?yàn)槠蕶z發(fā)現(xiàn)的是S不是S，R型從S突變而來(lái)，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(lèi)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(shí)驗(yàn)的真實(shí)的過(guò)程中，我認(rèn)為為什么格里菲思要做第四組實(shí)驗(yàn)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