【课件】2023届高三生物一轮复习课件 动物细胞工程.pptx
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1、一轮复习 动物细胞工程动物细胞培养动物细胞融合动物细胞核移植基础克隆猴中中和华华考点一 动物细胞培养概念:从动物体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后在适当的培养条件下,让这些细胞生长和增殖的技术。原理:动物细胞培养培养对象:细胞增殖(有丝分裂)动物组织的选择幼龄动物或老龄动物幼龄个体的细胞分化程度低、分裂能力强,易培养。动物体组 织单个细胞取出分散需要哪些条件呢?适宜条件细胞生长和增殖1、营养:由于人们对细胞所需的营养物质还没有完全搞清楚,因此,在使用合成培养基时,通常需加入血清和血浆等一些天然成分。成分:将细胞所需的上述营养物质按其种类和所需数量严格配制而成的培养基,称为合成培养基。
2、培养细胞动物时一般使用液体培养基,也称培养液2.无菌、无毒的环境如果要防止培养过程中微生物的污染,还可以在细胞培养液中添加一定量的抗生素。需要对培养液和所有培养用具进行灭菌处理在无菌环境下操作培养液还需要定期更换(以便清除代谢物,防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害)3.温度、pH和渗透压一般与动物体内相同适宜的温度:适宜的pH:多数动物细胞生存的适宜pH为 。7.2-7.4适宜的渗透压:维持细胞正常的形态和功能。哺乳动物细胞培养的温度多以 为宜。36.50.54.气体环境气体的组成及作用95%空气5%CO2培养装置:培养皿或松盖培养瓶CO2培养箱置于维持培养液的pH细胞代谢所必需可以用胃蛋白
3、酶处理吗?不可以,pH不适宜。用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理,去掉组织间蛋白,将组织分散成单个细胞动物组织处理后的初次培养当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞通常会停止分裂增殖。取动物组织制成细胞悬液放入CO2培养箱中培养转入培养液进行原代培养体外培养的动物细胞悬浮生长类:会因细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等因素而分裂受阻。贴壁生长类:(大多数)除受以上因素影响外,还会发生接触抑制现象。动物细胞培养的过程一般取材于动物胚胎或幼龄动物的组织、器官,原因:细胞分化程度低,增殖能力强,容易培养。原因:a.从动物体取出的成块组织中,细胞与细胞靠在一起,彼此限制了生长和增殖;b.能
4、使细胞与培养液充分接触,更易进行物质交换。保证细胞所需的营养物质的供应及有害产物的及时排出。分瓶后的细胞培养取动物组织制成细胞悬液放入CO2培养箱中培养转入培养液进行原代培养放入CO2培养箱中培养传代培养悬浮生长类:直接用离心法收集贴壁生长类:重新用胰蛋白酶等处理,使之分散成单个细胞,然后再用离心法收集。将收集的细胞制成细胞悬液,分瓶培养。动物组织块分散成单个细胞加培养液细胞悬液原代培养放入培养瓶在适宜条件适宜条件分瓶培养传代培养思考1.什么样的动物材料更容易成功呢?原因:细胞分化程度低,增殖能力强,容易培养。动物胚胎或幼龄动物的组织、器官(细胞分化程度低,增殖能力强,容易培养)动物组织块分散
5、成单个细胞加培养液细胞悬液原代培养放入培养瓶在适宜条件适宜条件分瓶培养传代培养机械法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理思考2.用什么方法可以将动物组织块分散成单个细胞?动物组织块分散成单个细胞加培养液细胞悬液原代培养放入培养瓶在适宜条件适宜条件分瓶培养传代培养思考3.常用胰蛋白酶分散细胞,这说明细胞间的物质主要是什么成分?用胃蛋白酶行吗?说明细胞间的物质主要是蛋白质。说明细胞间的物质主要是蛋白质。胃蛋白酶作用的适宜胃蛋白酶作用的适宜pH约为约为2,当,当pH大于大于6时,胃蛋时,胃蛋白酶就失去活性,白酶就失去活性,多数动物细胞培养的适宜多数动物细胞培养的适宜pH为为7.27.4,胃蛋白酶在此环境中没有
6、活性,所以用胃蛋,胃蛋白酶在此环境中没有活性,所以用胃蛋白酶不行白酶不行。动物组织块分散成单个细胞加培养液细胞悬液原代培养放入培养瓶在适宜条件适宜条件分瓶培养传代培养思考4.胰蛋白酶真的不会把细胞消化掉吗,为什么?细胞膜的成分中含有蛋白质,而胰蛋白酶能够水解细胞膜的成分中含有蛋白质,而胰蛋白酶能够水解蛋白质,因此,胰蛋白酶会把细胞消化掉。蛋白质,因此,胰蛋白酶会把细胞消化掉。因此,胰蛋白酶处理的时间不能太长。因此,胰蛋白酶处理的时间不能太长。动物组织块分散成单个细胞加培养液细胞悬液原代培养放入培养瓶在适宜 条件适宜条件分瓶培养传代培养思考5:体外培养动物细胞分为哪两类?悬浮生长细胞:细胞能够悬
7、浮在培养液中生长増殖贴壁生长细胞细胞需要贴附于某些基质(如培养瓶壁)表面才能增殖(主要类型)动物组织块分散成单个细胞加培养液细胞悬液原代培养放入培养瓶在适宜 条件适宜条件分瓶培养传代培养思考6:为什么要将动物组织块分散成单个细胞,制成细 胞悬液?a.从动物体取出的成块组织中,细胞与细胞靠在 一起,彼此限制了生长和增殖;b.能使细胞与培养液充分接触,更易进行物质交换。保证细胞所需的营养物质的供应及有害产物的及时排出。动物组织块分散成单个细胞加培养液细胞悬液原代培养放入培养瓶在适宜 条件适宜条件分瓶培养传代培养细胞贴壁:某些细胞需要贴附于某些基质表面才能增殖,这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上。接触
8、抑制:当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞停止分裂增殖的现象。思考:思考:“细胞增殖到互相接触的时候,细胞增殖到互相接触的时候,糖蛋白糖蛋白识别了这识别了这种信息,就会使细胞停止继续繁殖,出现接触抑制的现种信息,就会使细胞停止继续繁殖,出现接触抑制的现象象”试结合上述解释,举例说明哪种细胞无接触抑制现试结合上述解释,举例说明哪种细胞无接触抑制现象,并阐述原因。象,并阐述原因。癌细胞;癌细胞;癌细胞的细胞膜上糖蛋白等物质减少癌细胞的细胞膜上糖蛋白等物质减少肿瘤细胞失去接触抑制,条件适宜在培养液可以肿瘤细胞失去接触抑制,条件适宜在培养液可以无限增殖下去。无限增殖下去。动物组织块分散成单个细胞加
9、培养液细胞悬液原代培养放入培养瓶在适宜条件适宜条件分瓶培养传代培养原代培养 将分瓶之前的细胞培养,即动物组织经过处理后的初次培养称为原代培养。传代培养将分瓶后的细胞培养称为传代培养。动物组织块分散成单个细胞加培养液细胞悬液原代培养放入培养瓶在适宜条件适宜条件分瓶培养传代培养思考思考7 7.为什么要进行分瓶培养?为什么要进行分瓶培养?悬浮生长贴壁生长(大多数)细胞密度过大有害代谢物积累培养中营养物质缺乏接触抑制细胞分裂受阻思考8:进行传代培养(分瓶培养)时,如何处理?离心法收集胰蛋白酶处理制成细胞悬液分瓶培养悬浮细胞贴壁细胞比较项目植物组织培养动物细胞培养原理培养基性质培养基特有成分培养过程培养
10、结果培养目的获得细胞 及代谢产物细胞的全能性动物细胞群完整植株快速繁殖、培育无病毒植株等葡萄糖、动物血清蔗糖、植物激素液体培养基固体培养基细胞增殖2.动物细胞培养与植物组织培养有什么相同和不同之处?脱分化、再分化原代培养、传代培养(2021浙浙江江1月月选选考考)下下图图为为动动物物成成纤纤维维细细胞胞的的培培养养过过程程示示意意图图。下下列列叙叙述述正正确的是确的是 ()A步骤步骤的操作不需要在无菌环境中进行的操作不需要在无菌环境中进行B步骤步骤中用盐酸溶解细胞间物质使细胞分离中用盐酸溶解细胞间物质使细胞分离C步骤步骤到到的分瓶操作前常用胰蛋白酶处理的分瓶操作前常用胰蛋白酶处理D步骤步骤培养
11、过程中不会发生细胞转化培养过程中不会发生细胞转化解解析析:步步骤和和细胞胞培培养养过程程都都需需要要在在无无菌菌环境境中中进行行,A错误;步步骤需需要要胰胰蛋蛋白白酶处理理使使细胞胞分分离离,盐酸酸会会杀死死细胞胞,B错误;步步骤传代代培培养养过程中,程中,细胞的形胞的形态和功能可能会和功能可能会发生生变化,从而使化,从而使细胞胞发生生转化,化,D错误。答案:答案:C在在某某些些动动物物细细胞胞培培养养的的过过程程中中,贴贴壁壁的的细细胞胞不不一一定定都都能能增增殖殖并并形形成成克克隆隆(单单个个细细胞胞繁繁殖殖形形成成的的细细胞胞群群体体),而而形形成成克克隆隆的的细细胞胞必必为为贴贴壁壁和
12、和有有增增殖殖活活力力的的细细胞胞,这这一一特特点点可可用用于于测测定定动动物物细细胞胞的的增增殖殖能能力力。大大致致流流程程如如图图,相相关关叙叙述述正确的是正确的是()A出现接触抑制后,细胞停止增殖出现接触抑制后,细胞停止增殖B克隆细胞与接种的细胞的遗传信息一定相同克隆细胞与接种的细胞的遗传信息一定相同C需采用固体培养基培养才能形成细胞克隆需采用固体培养基培养才能形成细胞克隆D胰蛋白酶可使细胞分散成单层,利于计数胰蛋白酶可使细胞分散成单层,利于计数2 2回答下列有关动物细胞培养的问题:回答下列有关动物细胞培养的问题:(1)在在动动物物细细胞胞培培养养过过程程中中,当当贴贴壁壁细细胞胞分分裂
13、裂生生长长到到细细胞胞表表面面_时时,细细胞胞会会停停止止分分裂裂增增殖殖,这这种种现现象象称称为为细细胞胞的的_。要要使使贴贴壁壁的的细细胞胞从从瓶瓶壁壁上上分分离离下下来来,需需要要用用酶酶处处理理,常常用用的的酶酶是是_。(2)人人们们通通常常将将分分瓶瓶之之前前的的细细胞胞培培养养称称为为_,将将分分瓶瓶之之后后的的细细胞胞培培养养称称为为_。在在进进行行传传代代培培养养时时,悬悬浮浮培培养养的的细细胞胞直直接接用用离离心心法法收收集集,贴贴壁壁细细胞胞要要怎怎样样收收集集?_。相互接触相互接触接触抑制接触抑制胰蛋白酶胰蛋白酶(或胶原蛋白或胶原蛋白酶)原代培养原代培养传代培养传代培养贴
14、壁细胞需要重新用胰蛋白酶等处理,使贴壁细胞需要重新用胰蛋白酶等处理,使之分散成单个细胞,然后再用离心法收集之分散成单个细胞,然后再用离心法收集(3)用用某某种种大大分分子子染染料料对对细细胞胞进进行行染染色色时时,观观察察到到死死细细胞胞被被染染色色,而而活活细细胞胞不不染染色色,原原因因是是_。(4)检检查查某某种种有有毒毒物物质质是是否否能能改改变变细细胞胞染染色色体体的的数数目目,最最好好选选用用分分裂裂到到_期的细胞用显微镜进行观察。期的细胞用显微镜进行观察。(5)给给患患者者移移植植经经细细胞胞培培养养形形成成的的皮皮肤肤后后,发发生生了了排排斥斥现现象象,这这是是因因为为机体把移植
15、的皮肤当作机体把移植的皮肤当作_进行攻击。进行攻击。活细胞的细胞膜具有选择透过性,大分子染料不能进入活细胞内,故活细胞不能着色,而死细胞的细胞膜丧失了选择透过性,大分子染料能够进入死细胞内而着色 中抗原考点二 干细胞电镜下的胚胎干细胞(照片经后电镜下的胚胎干细胞(照片经后期人工上色处理,放大约期人工上色处理,放大约15001500倍)倍)干细胞培养及其应用(1)干细胞:动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞,这些细胞叫作干细胞。存在部位:干细胞存在于_、_和_等多种组织和器官中早期胚胎骨髓脐带血分类:胚胎干细胞和成体干细胞等。(1)胚胎干细胞(简称ES细胞)存在:_中潜能:应用:早期
16、胚胎 具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞,并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能ES细胞可以在体外分化成心肌细胞、神经元细胞和造血干细胞等细胞(2)成体干细胞存在:_内种类:包括_中的_、_中的_、_中的_等;潜能:_ _发现最早、研究最多的、应用最成熟的一类成体干细胞:成体组织或器官骨髓造血干细胞神经系统神经干细胞睾丸精原干细胞一般认为,成体干细胞具有组织特异性,只能分化成特定的细胞或组织,不具有发育成完整个体的能力。造血干细胞:主要存在于成体的骨髓、外周血和脐带血中干细胞应用应用:与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关正常干细胞患者体内受损的器官或组织治愈疾病移植修复或替
17、换正常造血正常造血干干细胞胞患者患者体内体内受受损的的血血细胞胞白血病造血系白血病造血系统、免疫系、免疫系统功能障碍疾病功能障碍疾病移植修复或替换正常神正常神经干干细胞胞患者患者体内体内受受损的神的神经组织治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病(如帕金森病、阿尔茨海默病等)移植修复或替换治疗治疗诱导多能干细胞(iPS细胞)存在问题:胚胎干细胞必须从胚胎中获取,这涉及伦理问题,因而限制了它在医学上的应用作出假设:已分化的体细胞类似胚胎干细胞的一种细胞 各种类型细胞病人体内体外诱导分化移植实验:2006年,科学家通过体外诱导小鼠成纤维细胞,获得了类似胚胎干细胞的一种细胞,将它称为诱导多能干细胞(简称
18、iPS细胞),之后用iPS细胞治疗了小鼠的镰状细胞贫血。2007年,科学家通过类似的方法成功诱导出人类的iPS细胞。科学家利用载体将特定基因导入细胞中表达,体细胞可诱导转变为iPS细胞iPS细胞的诱导及应用成纤维细胞T细胞和B细胞导入特定基因导入特定蛋白小分子化合物诱导iPS细胞治疗阿尔茨海默症治疗心血管疾病优点:诱导过程诱导过程无无须须破破坏胚胎坏胚胎;iPS细胞可以来源细胞可以来源于病人自身的体细胞,于病人自身的体细胞,将它移植回病人体内将它移植回病人体内后,理论上可以后,理论上可以避免避免免疫排斥反应免疫排斥反应。干细胞应用面临的问题存在着导致肿瘤发生的风险,导致iPS细胞无法在短期内进
19、入临床应用缺点:胚胚胎胎干干细细胞胞必必须须从从胚胚胎胎中中获获取取,但但这这涉涉及及伦伦理理问问题题,因因而而限限制制了了它它在在医医学学上上的的应应用用。科科学学家家通通过过体体外外诱诱导导成成纤纤维维细细胞胞,获获得得了了类类似似于于胚胚胎胎干干细细胞胞的的一一种种细细胞胞,称称为为诱诱导导多多能能干干细细胞胞(简简称称iPSiPS细细胞胞)。因因为为诱诱导导过过程程无无须须破坏胚胎,而且破坏胚胎,而且iPSiPS细胞可来源于病人自身的体细胞,因此细胞可来源于病人自身的体细胞,因此iPSiPS细胞细胞的的应应用用前前景景优优于于胚胚胎胎干干细细胞胞。如如图图为为iPSiPS细细胞胞的的获
20、获得得及及用用其其培培育育不不同同种种细细胞胞的的示示意意图图(c cMycMyc、Klf4Klf4、Sox2Sox2和和Oct3/4Oct3/4等等基基因因与与细细胞胞的的脱脱分分化化有有关关)。回答下列问题回答下列问题:(1)在对成纤维细胞进行培养时,常用胰蛋白酶处理使之分散成单个细胞,这说明细胞间的物质为_,_(填“能”或“不能”)用胃蛋白酶处理成纤维细胞,原因是_。蛋白质不能多数动物细胞培养的适宜pH为7.27.4,胃蛋白酶在此环境中失活变性(2)在培养iPS细胞的过程中,培养基中应含有细胞所需的各种营养物质,并定期更换培养液。定期更换培养液的目的是_。清除代谢物防止细胞代谢物积累对细
21、胞自身造成危害(3)(3)过过程程为为iPSiPS细细胞胞提提供供的的条条件件不不同同,分分化化得得到到的的细细胞胞不不同同,可可知知细细胞胞分分化化是是_的的结结果果。若若iPSiPS细细胞胞来来源源于于病病人人自自身身体体细细胞胞的的诱导,再将其分化出的细胞移入患者诱导,再将其分化出的细胞移入患者体体内的内的优势是优势是_。基因选择性表达基因选择性表达(4)(4)如如果果诱诱导导iPSiPS细细胞胞定定向向分分化化为为原原始始生生殖殖细细胞胞,该该技技术术可可能能的的应应用是用是_。解决不育问题解决不育问题避免了免疫排斥问题避免了免疫排斥问题考点三 动物细胞融合技术与单克隆抗体一、动物细胞
22、融合技术1、定义:指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。2、原理:细胞膜的流动性诱导 融合3、结果:融合形成杂交细胞具有原来两个细胞的遗传信息4、融合方法:诱导 融合与植物原生质体融合的方法相同物理方法:电融合法、离心法化学方法:聚乙二醇(PEG)融合法生物方法:灭活病毒诱导法(动物细胞融合特有)【问题1】灭活病毒诱导细胞融合的原理(1)灭活:(2)灭活病毒诱导细胞融合的原理是什么?病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用,使细胞互相凝聚,细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布,细胞膜打开,细胞发生融合。用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力,但并不破坏它们的抗原结构
23、。动物细胞融合完成的标志?细胞核的融合【问题2】19世纪30年代,科学家曾在患肺结核、天花和麻疹等疾病的病人的病理组织中,观察到多核细胞。如何解释这一现象?病人体内的病毒等诱导多个体细胞融合形成了多核细胞。诱导 融合5.意义:突破了有性杂交方法的局限,使远缘杂交(种间、属间、科间、动植物之间)成为可能。植物体细胞杂交动物细胞融合原理细胞融合前的处理方法诱导细胞融合的方法细胞融合成功的标志主要用途意义细胞膜具有一定的流动性、植物细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性用果胶酶和纤维素酶去除细胞壁用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散成单个细胞电融合法、离心法;聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+-高pH融合
24、法PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法再生出细胞壁细胞核的融合获得完整的杂种植株主要用于制造单克隆抗体打破生殖隔离,实现远缘杂交育种,培育植物新品种突破了有性杂交的局限,使远缘杂交成为可能产量低,纯度低,制备的抗体特异性差、反应不灵敏反复注射动物体内抗原 多种浆细胞多种抗体(血清)每一个浆细胞只能产生一种特异性抗体体内产生的特异性抗体多达百万种缺点单克隆抗体技术1.机体通过什么免疫过程分泌抗体?体液免疫2.抗体主要分布在哪里?血清3.早期获得抗体的方法有哪些单克隆抗体的制备过程注射特定的抗原培养骨髓瘤细胞多种B淋巴细胞骨髓瘤细胞诱导融合将骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合用特定的抗原免疫,从小鼠的脾
25、中得到能产生特定抗体的B淋巴细胞。PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法思考:不注射抗原,直接提取B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合,能得到单克隆抗体吗?给小鼠注射特定抗原的目的是什么?能从该小鼠的脾中得到可以产生特定抗体的B淋巴细胞。不能若只考虑细胞的两两融合,融合形成的细胞有几种?需要的是?B-B细胞B-瘤细胞瘤-瘤细胞(杂交瘤细胞)多种杂交细胞杂交瘤细胞(既能迅速大量增殖,又能产生抗体)第一次筛选用特定的选择培养基在该培养基上,未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡,只有融合的杂交瘤细胞才能生长请根据上述资料提出筛选出杂交瘤细胞的方法?培养基中加入氨基蝶呤。资料分析:资料分析:a.a.
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