生物膜系统与细胞工程1su.ppt

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1、细胞中有膜的结构有：细胞中有膜的结构有：细胞膜、细胞膜、内质网、高尔基体、液泡、溶酶体内质网、高尔基体、液泡、溶酶体核膜、线粒体、叶绿体、核膜、线粒体、叶绿体、组成成分相似，结构大致相同，因而统称为组成成分相似，结构大致相同，因而统称为“生物膜生物膜”。:细胞内由细胞膜、核膜、内质网膜、高细胞内由细胞膜、核膜、内质网膜、高尔基体膜、线粒体膜、质体膜等膜结构组成的统一尔基体膜、线粒体膜、质体膜等膜结构组成的统一整体。整体。一、细胞的生物膜系统一、细胞的生物膜系统生物膜生物膜蛋白质蛋白质脂类脂类糖类糖类人红细胞膜人红细胞膜49%43%8%大鼠肝细胞核膜大鼠肝细胞核膜59%35%2.9%内质网膜内质

2、网膜67%33%很少线粒体外膜线粒体外膜52%48%很少线粒体内膜线粒体内膜76%24%很少各种生物膜的成分及含量各种生物膜的成分及含量组成生物膜的成分：蛋白质、脂质、糖类组成生物膜的成分：蛋白质、脂质、糖类 不同膜结构上的各成分的种类和数量不同；不同膜结构上的各成分的种类和数量不同；生物膜都具有流动性和选择透过性生物膜都具有流动性和选择透过性膜的功能越复杂，蛋白质含量越高膜的功能越复杂，蛋白质含量越高二、生物膜在结构上的联系二、生物膜在结构上的联系（1 1）外层核膜）外层核膜-内质网膜内质网膜-细胞膜细胞膜（2 2）内质网膜和线粒体膜有联系。）内质网膜和线粒体膜有联系。（3 3）内质网膜和高

3、尔基体不直接相连）内质网膜和高尔基体不直接相连小结小结:内质网膜内质网膜可通可通过过小泡小泡转化成转化成高尔高尔基体膜基体膜；高尔基体膜又可通高尔基体膜又可通过分泌过分泌小泡小泡形成形成细细胞膜胞膜；细胞膜可以内陷形细胞膜可以内陷形成小泡形成高尔基成小泡形成高尔基体体 液泡、叶绿体的膜与其它具膜的结构液泡、叶绿体的膜与其它具膜的结构之间也有一定联系之间也有一定联系细胞内的生物膜在结构上具有一细胞内的生物膜在结构上具有一定的连续性。定的连续性。内质网内质网向内向内直接直接向外向外直接直接细胞膜细胞膜线粒体线粒体高尔基体高尔基体核膜核膜直接直接间接间接间接间接科学家用科学家用标记亮氨酸供给豚鼠的胰

4、腺细胞以标记亮氨酸供给豚鼠的胰腺细胞以合成蛋白质。合成蛋白质。三、生物膜在功能上的联系三、生物膜在功能上的联系时时 间间位位 置置3分钟后分钟后有核糖体的内质网有核糖体的内质网17分钟分钟后后高尔基体高尔基体117分钟分钟细胞膜内侧的小泡和释细胞膜内侧的小泡和释放到细胞外的分泌物中放到细胞外的分泌物中2 2、细胞的生物膜在功能上的联系、细胞的生物膜在功能上的联系核糖体核糖体内质网内质网小泡小泡高尔基体高尔基体小泡小泡细胞膜细胞膜细胞外细胞外线粒体线粒体（供能）（供能）（形成蛋白质）（形成蛋白质）（粗加工（粗加工）（较成熟的蛋白质）（较成熟的蛋白质）（再加工）（再加工）（成熟蛋白质）（成熟蛋白质

5、）（小泡与细胞膜融合）（小泡与细胞膜融合）由此可见，细由此可见，细胞内的各种生物膜胞内的各种生物膜不但在结构上互相不但在结构上互相连系，在功能上也连系，在功能上也是既有分工又相互是既有分工又相互联系的。各种生物联系的。各种生物膜的分工合作、相膜的分工合作、相互配合是细胞生命互配合是细胞生命活动协调进行的结活动协调进行的结构与功能的基础。构与功能的基础。细胞内由细胞膜、核膜、内质网细胞内由细胞膜、核膜、内质网膜、高尔基体膜、线粒体膜、质膜、高尔基体膜、线粒体膜、质体膜等膜结构组成的统一整体。体膜等膜结构组成的统一整体。生物膜系统的概念生物膜系统的概念11：使细胞具有一个相对稳定的内使细胞具有一个

6、相对稳定的内部环境。在物质的运输、能量交换及信部环境。在物质的运输、能量交换及信息传递中起决定性作用。息传递中起决定性作用。22：增大膜的面积，供酶、核糖体等增大膜的面积，供酶、核糖体等附着在上面。使各种化学反应有序进行。附着在上面。使各种化学反应有序进行。33：将细胞分隔成许多小区室，使各种将细胞分隔成许多小区室，使各种化学反应能同时进行而不互相干扰。化学反应能同时进行而不互相干扰。有助于阐明细胞的生命活动规律。有助于阐明细胞的生命活动规律。如细胞与环境的物质交换、细胞内各如细胞与环境的物质交换、细胞内各种有机物的合成各运输等。种有机物的合成各运输等。研究生物膜系统的意义：研究生物膜系统的意

7、义：净化装置：模拟生物膜选择性透过原理，净化装置：模拟生物膜选择性透过原理，对海水、污水进行净化获得纯净淡水。对海水、污水进行净化获得纯净淡水。农业上农业上农作物的抗寒、抗旱、农作物的抗寒、抗旱、耐盐等，均可从膜的结构上找到解耐盐等，均可从膜的结构上找到解决的方法。决的方法。如，透析型人工肾如，透析型人工肾医学上医学上根据生物膜的结构、功根据生物膜的结构、功能原理，可以研制出许多种代用的能原理，可以研制出许多种代用的人体组织与器官。人体组织与器官。巩固练习巩固练习1 1、下列属于分泌蛋白的是、下列属于分泌蛋白的是（1 1）唾液淀粉酶）唾液淀粉酶 （2 2）抗体）抗体 （3 3）载体）载体 （4

8、 4）呼吸酶）呼吸酶 （5 5）性激素）性激素 （6 6）胰岛素）胰岛素A A、（、（1 1）（）（2 2）（）（3 3）（）（4 4）B B、（、（2 2）（）（3 3）（）（4 4）（）（5 5）C C、（、（1 1）（）（2 2）（）（6 6）D D、（、（1 1）（）（4 4）C C 右图是某种淋巴细胞，膜外颗粒状右图是某种淋巴细胞，膜外颗粒状物质为抗体。据图回物质为抗体。据图回 答：答：（1 1）这是）这是细胞，它是由细胞，它是由 分化而来。分化而来。（2 2）抗体从开始合成到分泌出细）抗体从开始合成到分泌出细胞，经过的细胞结构顺序是（填标胞，经过的细胞结构顺序是（填标号）号）。抗体

9、的分。抗体的分泌说明细胞的各种生物膜在泌说明细胞的各种生物膜在 上上具有具有一定的连续性。并以。并以 的形式转变。的形式转变。（4 4）抗体的化学本质是）抗体的化学本质是，它能与，它能与 发发生特异性结合，发挥免疫效应。该过程属于生特异性结合，发挥免疫效应。该过程属于免免疫的疫的阶段。阶段。效应效应B BB B细胞或记忆细胞或记忆B B细胞细胞结构结构小泡小泡线粒体线粒体（3 3）在分泌抗体时要消耗由）在分泌抗体时要消耗由 提供的能量。提供的能量。球蛋白球蛋白相应的抗原相应的抗原体液体液效应效应第二节第二节 细胞工程简介细胞工程简介细胞工程细胞工程原理和方法原理和方法研究水平研究水平研究目的研

10、究目的细胞生物学和分细胞生物学和分子生物学子生物学细胞整体水平细胞整体水平或细胞器水平或细胞器水平按照人们的意愿来改按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质变细胞内的遗传物质或获得细胞产品或获得细胞产品概念概念分类分类植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程植物组织培养植物组织培养植物体细胞杂交植物体细胞杂交 1 1、细胞细胞的全能性的全能性概念概念原因原因大小大小受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞生物体的生物体的每一个细胞都含有本物种每一个细胞都含有本物种的全套遗传物质，的全套遗传物质，都有发育成完整都有发育成完整个体的潜能。个体的潜能。生物体的细胞具有使后代细胞形生物体的细胞具有

11、使后代细胞形成成完整个体的潜能完整个体的潜能。生物体内全能性不能表达的原因：生物体内全能性不能表达的原因：是基因选是基因选 择性表达的结果择性表达的结果全能性表达的条件全能性表达的条件离体离体营养物质营养物质激素激素其他外界条件其他外界条件下列实例中能体现细胞全能性的是（下列实例中能体现细胞全能性的是（）用悬浮培养的胡萝卜单个细胞也培养成了用悬浮培养的胡萝卜单个细胞也培养成了可育的植株可育的植株 植物用种子进行繁殖后代植物用种子进行繁殖后代烟草组织培养的单个组织培养出了可育的烟草组织培养的单个组织培养出了可育的完整植物。完整植物。A A B B C C D DB（1 1）水和矿质元素（大量元素

12、、微量元素）水和矿质元素（大量元素、微量元素）（2 2）蔗糖）蔗糖（3 3）维生素）维生素（4 4）有机添加物（甘氨酸等）有机添加物（甘氨酸等）（5 5）植物激素（生长素、细胞分裂素）植物激素（生长素、细胞分裂素）（6 6）琼脂）琼脂1.培养基培养基(固体固体)的成分的成分：愈伤愈伤组织组织根、芽根、芽试管苗试管苗完整完整植株植株脱分化脱分化再分化再分化2过程过程从胡萝卜根部从胡萝卜根部切下组织切片切下组织切片组织组织培养培养应用应用快速繁殖快速繁殖,培育无病毒植株培育无病毒植株;生产药物、食品添加剂、香料、色生产药物、食品添加剂、香料、色素（如：紫草素）和杀虫剂；素（如：紫草素）和杀虫剂；人

13、工种子人工种子转基因植物的培育转基因植物的培育过程过程原理原理植物细胞的全能性植物细胞的全能性离体的器离体的器官、组织官、组织或细胞或细胞愈伤愈伤组织组织根、茎根、茎完整完整植株植株脱分化脱分化再分化再分化单倍体育种单倍体育种6,植物体细胞杂交植物体细胞杂交培养基培养基植物体细胞杂交植物体细胞杂交 将两种植物的体细胞融合成一个杂种细胞，将两种植物的体细胞融合成一个杂种细胞，再通过组织培养技术将杂种细胞培育成新植物再通过组织培养技术将杂种细胞培育成新植物体体=细胞融合细胞融合+组织培养组织培养1.概念概念2.原理原理:植物细胞的全能性植物细胞的全能性3.植物植物体细胞杂交体细胞杂交与传统的与传统

14、的有性杂交有性杂交相同吗？相同吗？无性生殖无性生殖 有性生殖有性生殖、植植物物体体细细胞胞杂杂交交过过程程去除细胞壁去除细胞壁原生质体原生质体 A A原生质体原生质体 B B原生质体融合原生质体融合再生出细胞壁再生出细胞壁杂种细胞杂种细胞细胞分裂细胞分裂愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株(大豆花生大豆花生)42、诱导植物细胞融合的方法物理法：离心、振动、电刺激化学法：聚乙二醇（PEG）3.植物体细胞杂交的意义：植物体细胞杂交的意义：克服远源杂交不亲和的障碍，培育出自克服远源杂交不亲和的障碍，培育出自然界中没有的、具有优良品质的新品种。然界中没有的、具有优良品质的新品种。实例实例番茄番茄-马铃薯马

15、铃薯 白菜白菜甘蓝甘蓝A A种植物的细胞和种植物的细胞和B B种植物细胞的结构如右种植物细胞的结构如右图所示（仅显示细胞核），将图所示（仅显示细胞核），将A A、B B两种植两种植物细胞去掉细胞壁后，诱导二者的原生质物细胞去掉细胞壁后，诱导二者的原生质体融合，形成单核的杂种细胞，若经过组体融合，形成单核的杂种细胞，若经过组织培养后得到了杂种植株，则该杂种植株织培养后得到了杂种植株，则该杂种植株是（是（）A A二倍体；基因型是二倍体；基因型是DdYyRr DdYyRr B B三倍体；基因型是三倍体；基因型是DdYyRrDdYyRrC C四倍体；基因型是四倍体；基因型是DdYyRr DdYyRr

16、D D四倍体；基因型是四倍体；基因型是DDddYYyyRRrrDDddYYyyRRrrC常常用用的的技技术术手手段段动物细胞培养动物细胞培养基础基础动物细胞融合动物细胞融合单克隆抗体单克隆抗体胚胎移植胚胎移植核移植核移植动物细胞培养动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技技术是其他动物细胞工程技术的术的基础。基础。1、培养液的成分(一一)、动物细胞培养、动物细胞培养（1 1）无机盐）无机盐（2 2）葡萄糖）葡萄糖（3 3）氨基酸）氨基酸（4 4）维生素）维生素（5 5）动物血清）动物血清2 2、培养过程：、培养过程：动物胚胎或幼龄动物动物胚胎或幼龄动物 的组织、器官的组织、器官细胞悬浮液细胞悬浮液

17、剪碎剪碎 胰蛋白酶胰蛋白酶动物组织细胞间隙中含有动物组织细胞间隙中含有一定量的弹性纤维等蛋白一定量的弹性纤维等蛋白质，将细胞网络起来形成质，将细胞网络起来形成具有一定弹性和韧性的组具有一定弹性和韧性的组织和器官。织和器官。10代细胞代细胞原代培养原代培养50代细胞代细胞传代培养传代培养细胞株细胞株无限传代无限传代细胞系细胞系遗传物质遗传物质未改变未改变遗传物质改变，遗传物质改变，能无限增殖能无限增殖接触抑制接触抑制（分解弹性纤维）（分解弹性纤维）4动物细胞培养应用1.生产有价值的蛋白质制品，（如病毒疫苗、干生产有价值的蛋白质制品，（如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体、动物激素）扰素、单克隆抗体、动

18、物激素）2.检测有毒物质检测有毒物质3.3.用于某些器官移植用于某些器官移植P70教材实验原理：实验原理：_ 有毒物质会使动物细胞发生染色体变异有毒物质会使动物细胞发生染色体变异 制备细胞悬浮液制备细胞悬浮液实验步骤：实验步骤：进行细胞培养进行细胞培养 制作临时装片制作临时装片 镜检和统计镜检和统计结果分析与结论结果分析与结论 设计实验：设计实验：验证某有毒物质能使细胞验证某有毒物质能使细胞 发生染色体变异。发生染色体变异。（3 3）动物细胞培养和植物组织培养的比较）动物细胞培养和植物组织培养的比较 原理原理 培养基培养基 目的目的 应用应用植物植物组织组织培养培养动物动物细胞细胞培养培养大量

19、大量新生新生细胞细胞或细或细胞产品胞产品单克隆抗单克隆抗体体细胞的细胞的全能性全能性固体培养基固体培养基：成分：成分主要是矿质元素、主要是矿质元素、蔗糖、维生素、蔗糖、维生素、植植物激素物激素等等获得获得新个体新个体或细胞产品或细胞产品快速繁殖试管苗，快速繁殖试管苗，培育无病毒植株；培育无病毒植株；细胞产品；人工细胞产品；人工种子；转基因植种子；转基因植物的培育、花药物的培育、花药离体培养离体培养细胞细胞的增的增殖殖液体培养基液体培养基：成：成分主要是葡萄糖、分主要是葡萄糖、氨基酸、无机盐、氨基酸、无机盐、维生素、维生素、动物血动物血清清动物细胞融合过程动物细胞融合过程杂种细胞杂种细胞愈伤组织

20、愈伤组织杂种植株杂种植株植物细胞植物细胞A植物细胞植物细胞B 原生质体原生质体A原生质体原生质体B植物体细胞杂交植物体细胞杂交去壁去壁融合融合组培组培物理法物理法化学法化学法生物法：生物法：灭活的病毒灭活的病毒动物细胞动物细胞A动物细胞动物细胞B杂种细胞杂种细胞有有何何同同？不不同同？主要用于制备主要用于制备单克隆抗体单克隆抗体获得杂种植株获得杂种植株用用 途途物理、化学方法物理、化学方法（同左）（同左）灭活的病毒灭活的病毒物理（离心、振物理（离心、振荡、电刺激）荡、电刺激）化学（聚乙二醇）化学（聚乙二醇）诱导方法诱导方法使细胞分散后诱使细胞分散后诱导细胞融合导细胞融合去除细胞壁后诱去除细胞壁

21、后诱导原生质体融合导原生质体融合细胞融合的方法细胞融合的方法细胞膜的流动性细胞膜的流动性细胞膜的流动性、细胞膜的流动性、植物细胞全能性植物细胞全能性细胞融合的原理细胞融合的原理动物细胞融合动物细胞融合植物体细胞杂交植物体细胞杂交比较项目比较项目比较项目比较项目4 4、植物、动物细胞融合的比较、植物、动物细胞融合的比较细胞细胞A细胞细胞B杂种细胞杂种细胞物理法、物理法、化学法化学法灭活的病毒灭活的病毒小鼠骨髓瘤细胞小鼠骨髓瘤细胞B淋巴细胞淋巴细胞杂交瘤细胞杂交瘤细胞筛选筛选（特定的选择性培养基）（特定的选择性培养基）培养培养单克单克隆抗隆抗体体体外培养体外培养注射到小鼠腹腔注射到小鼠腹腔2 2次

22、筛选次筛选3 3次培养次培养培养，筛选培养，筛选分泌抗体的杂交瘤细胞分泌抗体的杂交瘤细胞细胞群细胞群骨髓瘤细胞？骨髓瘤细胞？选出能产特定抗体细胞群、继续培养选出能产特定抗体细胞群、继续培养体外培养体外培养从培养液从培养液中获取中获取促融方法？促融方法？3.单单克克隆隆抗抗体体制制备备过过程程原代培养（原代培养（10代）代）传代培养传代培养4050代代细胞株细胞株跨跨50代代细胞系细胞系用胰蛋白酶处用胰蛋白酶处理成单个细胞理成单个细胞抗原？抗原？淋巴细胞？淋巴细胞？体内培养体内培养从腹水中提取从腹水中提取单克隆抗体单克隆抗体细胞融合细胞融合、筛选、筛选杂交瘤细胞杂交瘤细胞细胞培养细胞培养某同学根

23、据杂交瘤技术的方法，设计了一个生产破伤某同学根据杂交瘤技术的方法，设计了一个生产破伤风杆菌抗体的实验方案。据图回答：风杆菌抗体的实验方案。据图回答：（）该方案能达到预期效果吗？（）该方案能达到预期效果吗？_原因是原因是_?图中图中为为_过程，常用过程，常用_作诱导剂。作诱导剂。该细胞继承了该细胞继承了_既能产生既能产生_，又能又能_图中图中进行细胞培养，目的是进行细胞培养，目的是_。不能不能没有将抗原注射没有将抗原注射细胞融合细胞融合灭活的病毒灭活的病毒双方细胞的遗传物质双方细胞的遗传物质 大量增殖大量增殖特异性抗体特异性抗体破伤风杆菌的抗体最终可从破伤风杆菌的抗体最终可从_和和_中提取。中提

24、取。选出能产生所需抗体的细胞群选出能产生所需抗体的细胞群 培养液培养液 小鼠腹水小鼠腹水 单克隆抗体的应用单克隆抗体的应用在基础理论研究中具有重要意义在基础理论研究中具有重要意义在疾病诊断、治疗和预防方面，具在疾病诊断、治疗和预防方面，具有特异性高、灵敏度高等优越性。有特异性高、灵敏度高等优越性。生物导弹生物导弹卵细胞卵细胞C母绵羊子宫母绵羊子宫母绵羊母绵羊母绵羊母绵羊乳腺细胞乳腺细胞细胞质细胞质细胞核细胞核细胞核移植细胞核移植胚胎移植胚胎移植早期胚胎早期胚胎多莉羊多莉羊分娩分娩卵裂卵裂融合后的卵细胞融合后的卵细胞细胞拆合技术细胞拆合技术妊娠妊娠多多莉莉羊羊的的培培育育过过程程细胞核细胞核移植

25、移植动物的胚胎移植核移植动物的胚胎移植核移植核移植无性生殖核移植无性生殖试管婴儿有性生殖试管婴儿有性生殖（20082008理综全国卷理综全国卷）5 5下列关于细胞工下列关于细胞工程的叙述，错误的是程的叙述，错误的是A A电刺激可诱导植物原生质体融合或动物电刺激可诱导植物原生质体融合或动物细胞融合细胞融合B B去除植物细胞壁和将动物组织分散成单去除植物细胞壁和将动物组织分散成单个细胞均需酶处理个细胞均需酶处理C C小鼠骨髓瘤细胞和经抗原免疫小鼠的小鼠骨髓瘤细胞和经抗原免疫小鼠的B B淋巴细胞融合可制备单克隆抗体淋巴细胞融合可制备单克隆抗体D D某种植物甲乙两品种的体细胞杂种与甲某种植物甲乙两品种的体细胞杂种与甲乙两品种杂交后代的染色体数目相同乙两品种杂交后代的染色体数目相同 D在动物细胞融合和植物体细胞杂在动物细胞融合和植物体细胞杂交的比较中，正确的是交的比较中，正确的是（）（）A结果是相同的结果是相同的B杂种细胞的形成过程基本相同杂种细胞的形成过程基本相同C操作过程中酶的作用相同操作过程中酶的作用相同D诱导融合的手段相同诱导融合的手段相同