肺炎雙球菌轉化實驗釋疑2009-09-25 09:05:58|分類： 學教討研在講解肺炎雙球菌轉化實驗的時候，師生往往面臨著如下幾個疑問，試解答如下： 加熱能殺死細菌，卻為何“殺不死”DNA？對S型細菌加熱到一定程度（60度到100度），其蛋白質的分子結構受到破壞而喪失生物活性，加熱引起的蛋白質變性是導致S型細菌死亡的原因。被加熱殺死的S型細菌通過自溶過程，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構的破壞。由于堿基互補作用，當溫度逐漸降低后，分離的DNA單鏈會重新聚合，雙螺旋結構又重新恢復。因此在一定溫度范圍內，加熱不會導致DNA“死亡”（變性）。莢膜為何？是否有毒？莢膜是某些細菌在一定條件下或生長發育到某一階段時，在細胞壁外一層厚度不均的膠狀物。具有保護細菌免受干旱損傷，可以貯藏養料，堆積代謝產物，與細菌致病性有關。產生莢膜細菌在固體培養基上形成表面濕潤、有光澤、粘液狀的光滑型（smooth），即S型菌落。不產生莢膜的細菌表面干燥、粗糙型(rough)，即R型菌落。用特異性水解莢膜的酶除去莢膜，細菌的生命活動不受影響。莢膜有自身保護功能：莢膜富含水，可保護細菌免受干燥，大部分細菌的莢膜由多糖組成；能抵御吞噬細胞的吞噬和其他物質的侵害；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，所以也是細菌的一種貯藏性物質，可在營養缺少時動用，產生莢膜與否是細菌的一種遺傳特性，并與環境條件密切相關。從莢膜的功能第點可知，S型細菌進入吞噬細胞后，由于莢膜的保護，能抵抗吞噬和消化作用，從而迅速繁殖、擴散，引發機體發生疾病，嚴重時會引起死亡；而R型細菌無莢膜，會被吞噬細胞吞噬、消化，所以不能使機體患病。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。何為轉化？轉化過程如何？受體細胞從外界直接吸吸收來自供體細胞的DNA片段，并與其同源片段進行遺傳物質交換，從而使受體細胞獲得新的遺傳特性的現象，稱為轉化。供體細胞DNA片段即為格里菲斯認為的“轉化因子”，R型細菌肺炎雙球菌（受體細胞）在對數期后期（生長后期）40分種內處于“感受態”，吸收外源DNA的能力比其它時期大1000倍。此時R型活菌（受體細胞）膜表面有3080個“感受態因子”位點。“感受態因子”是一種膜外蛋白，可以催化外來DNA片段的吸收或降解細胞表面某種成分，從而使細胞表面的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），但雙鍵結構尚在，分子量小于1107含有15個基因，即“轉化因子”。當“轉化因子”遇到咸受態的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“感受態因子”位點結合，在位點上進一步發生酶促分解，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，另一條單鏈進入細胞，與受體菌基因的相應同源區段配對，并使受體菌基因的相應片段被切除，從而將其替換，形成雜種DNA區段。隨著受體基因進行復制，雜合區段分離成兩個，其中之一類似供體菌，另一個類似受體菌。當細胞分裂后，復制的基因發生分離，于是就有R型菌產生S型菌肺炎雙球菌的后代，此過程稱為原核生物的轉化。其實質是基因重組。如果感染了S型肺炎雙球菌，S型菌的DNA能不能進入人或小鼠的細胞？在某些化學或物理條件的誘導下，外源DNA可以比較容易地進入真核細胞，這一過程稱為轉染。可是在生理條件下，外源DNA進入細胞之前就被機體組織內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胞膜，進入細胞內并運送到核。另外，發生轉化的生物間必須有一定的親緣關系，肺炎雙球菌的S型和R型是同一物種的兩個品系，較易發生轉化，細菌與人或小鼠之間的親緣關系較遠，幾乎不能轉化。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在特殊條件下進行離體培養，從中分離出R型，說明R型是S的突變型。當他把這種R型的少量活細菌和大量已被殺死的S混合注射到小家鼠體內以后，出乎意外，小家鼠卻被致死了。剖檢發現，小家鼠的心血中有S細菌。這一實驗結果可以有三種解釋。（1）S細菌可能并未完全殺死。但這種解釋不能成立，因為單獨注射經過處理的S時并不能致死小家鼠。（2）R型已轉變為S型。這一點也不能成立，因為剖檢發現的是S不是S，R型從S突變而來，理應轉化為 S。（3）R型從殺死的S獲得某種物質，導致類型轉化，從而恢復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。這就是最早發現的轉化現象。從格里菲斯所做的實驗的真實的過程中，我認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