解讀肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)

1、解讀肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn) 熱12已有 34 次閱讀 2010-04-10 23:05 標(biāo)簽: 肺炎雙球菌 實(shí)驗(yàn) 解讀 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到100），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到100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）。2、什么是莢

2、膜？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

3、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(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。3、轉(zhuǎn)化是什么意思？轉(zhuǎn)化的具體過程是怎樣的？受體細(xì)胞從外界直接吸收來自供體細(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

4、“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(diǎn)?！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1×107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(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

5、子量為4×1065×106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(shí)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?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，這一過程稱為轉(zhuǎn)染?？墒窃谏?xiàng)l件下，外源DNA進(jìn)入細(xì)胞

6、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、格里菲思為什么要做第四組實(shí)驗(yàn)？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(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。

7、但這種解釋不能成立，因?yàn)閱为?dú)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(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，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(shí)驗(yàn)的真實(shí)的過程中，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型菌變回S型菌呢？ 并且由于實(shí)驗(yàn)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。噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)疑點(diǎn)辨析 熱3已有 25

8、 次閱讀 2010-04-10 22:49 標(biāo)簽: 疑點(diǎn) 噬菌體 細(xì)菌 實(shí)驗(yàn) 侵染 1、在T2噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)過短時間的保溫后，用攪拌器攪拌，離心才會使混合溶液分層。其中“短時間”有何意義？攪拌和離心的目的是為了將噬菌體蛋白質(zhì)外殼同侵入大腸桿菌的噬菌體DNA分開，以便對放射性元素跟蹤測試。離心會使質(zhì)量較輕的噬菌體顆粒進(jìn)入上清液，而被感染的細(xì)菌則形成沉淀，但這必須保證是在菌體裂解之前進(jìn)行。噬菌體侵染細(xì)菌的速度很快，在37攝氏度的條件下，1個噬菌體大約40分鐘就可以產(chǎn)生100到300個子代。從感染到釋放前的這段時間叫潛伏期，大約經(jīng)歷20到30分鐘。短時間的保溫可獲得足夠數(shù)量的子代噬菌體，但

9、又必須避免超出潛伏期（確保溶液分層），所以離心要在“短時間”保溫后及時進(jìn)行。2、在赫爾希和蔡斯所做的噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)中，在用35S標(biāo)記的一組侵染實(shí)驗(yàn),主要在上清液中檢測到了放射性元素，那么沉淀物的少量放射性是如何產(chǎn)生的?而用32P標(biāo)記的一組實(shí)驗(yàn),卻主要在試管的沉淀物中檢測到了放射性同位素，那么上清液中的少量放射性又是如何產(chǎn)生的?第一個實(shí)驗(yàn)是把35S標(biāo)記的噬菌體與細(xì)菌混合，吸附幾分鐘后，離心除去沒有吸附上的噬菌體，收集沉淀（噬菌體細(xì)菌混合物），將沉淀懸浮后再一次離心，收集上清液和沉淀，分別測定放射性活性，發(fā)現(xiàn)80%的放射活性存在于上清液中，沉淀中只有20%的放射活性，這是由于在在這期間大部分

10、吸附的噬菌體已經(jīng)將其DNA注入細(xì)菌而蛋白質(zhì)外殼與細(xì)菌解離進(jìn)入上清液，但仍然有少部分留在細(xì)菌細(xì)胞壁上，后來證明沉淀中的20%放射活性確實(shí)是由于有的噬菌體與細(xì)菌表面結(jié)合太緊，以至于不容易把它除去。用32P標(biāo)記的噬菌體和細(xì)菌混合，用上述方法同樣處理后實(shí)驗(yàn)結(jié)果差別很大，70%的放射活性在沉淀里，而30%的放射活性在上清液里。在上清液的30%的放射活性可能是由于攪拌細(xì)菌時破裂產(chǎn)生的，也可能是有的噬菌體還沒來得及侵入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)。3、噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)?zāi)芊褡C明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)?這個問題一直存在爭論。我認(rèn)為要解答這個問題，首先要了解當(dāng)時科學(xué)研究的歷史背景。從格里菲斯和艾弗里的探索之路一文中我們可以知道，當(dāng)時傾向性的判斷認(rèn)為，蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)。但格里菲斯和艾弗里的實(shí)驗(yàn)卻證明DNA是遺傳物質(zhì)，然而他們實(shí)驗(yàn)本身有不能令人信服的地方。所以，在艾弗里之后，