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肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗釋疑

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1、 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: ① 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

2、溫度范圍內(nèi),加熱不會導(dǎo)致DNA“死亡”(變性)。 ②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:①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;②能抵御吞噬細(xì)胞的吞噬和其他物質(zhì)的侵害;③莢膜為主要表面抗原,它是有些病菌的

3、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②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。可見,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。 ③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

4、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30~80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

5、“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4106~5106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。 ④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

6、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(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。 ⑤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SⅡ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SⅡ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SⅢ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SⅢ

7、細(xì)菌。這一實驗結(jié)果可以有三種解釋。(1)SⅢ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SⅢ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SⅢ不是SⅡ,R型從SⅡ突變而來,理應(yīng)轉(zhuǎn)化為 SⅡ。(3)R型從殺死的SⅢ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型菌變回S型菌呢?并且由于實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)的是SIII型而不是SII型說明這種轉(zhuǎn)變并不是突變而是轉(zhuǎn)化。

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