高三生物细胞工程简介.ppt

细胞工程简介 主讲老师：包一中 李 红 考纲解读: 1、一般都在生物膜的概念、组织培养的过程、 细胞融合的方法等采点设立选项，考的层次在 识记水平比较容易，但也有用综合知识做设问 选项的。 2、可能在一个小考点中将几项知识揉在一起， 如单克隆问题中将细胞杂交、膜的化学处理、 体外培养等合在一起，也可将本考点与相关的 新陈代谢、调节等知识结合在一起，重在考分 析能力，有一定的难度。 细胞工程 细胞工程 概念 植物细胞工程 植物组织培养幻 灯片 11 植物体细胞杂交 理论基础 技术手段 动物细胞工程技术手段 动物细胞培养 动物细胞融合 单克隆抗体 细胞核移植 胚胎移植等 1.概念：细胞工程是指应用细胞生物学和分 子生物学的方法，通过某种工程学手段， 在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人 们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得 细胞产品的一门综合技术科学。 应用的原理和方法 研究的水平 研究的目的 细胞工程概念和类型 2、类型：就技术范围而言，大致 有细胞融合技术、细胞拆合技术、胚 胎移植技术和细胞组织培养技术等。 细胞融合技术 是指把两个不同的细胞在融合剂的作 用下，融合成一个细胞的技术。 （如下 图） 灭活的仙台病毒、硫酸二乙酯 等促融剂 融合 （2009年）41.灭活的仙台病毒的抗原性和感染力是： A失去抗原性，具有感染力 B具有抗原性，也具有感染力 C失去抗原性，也失去感染力 D具有抗原性，失去感染力 v（2）细胞拆合技术 也称为细胞核（包括细胞器）移植技术，是将 细胞核和细胞质用某种方法拆开，然后再把分离的 不同细胞的细胞核和胞质重新组合成一个新细胞。 细胞工程的类型 （3）细胞培养技术 是将生物体内的某一组织分散成单个细胞，接种 在人工配制的培养基上，然后在适当的条件下（如一 定的光照、温度和pH值等）进行培养技术。 由于单个细胞的培养难度大一些，目前多采用组织培 养技术。如通过植物器官（根尖、茎尖、花药等）的离 体培养，生成新植株（试管苗）。从而快速、大量繁殖 一些有价值的植物。 细胞工程的应用 v、单克隆抗体 将免疫淋巴与骨髓瘤细胞融合在一 起，形成杂交瘤细胞。这种细胞既能够 像肿瘤细胞那样长期进行无性繁殖，又 能像淋巴细胞那样分泌抗体。而且由 于这种抗体可以是由单一的无性繁殖细 胞系的细胞产生的，故又可以称单克隆 抗体。 单克隆抗体制备过程单克隆抗体制备过程 注射抗原 B淋巴细胞骨髓瘤细胞 细胞融合、筛选 杂交瘤细胞 细胞培养 筛选，继续培养 足够数量的、能产生 特定抗体的细胞群 体外培养 注射到小鼠腹腔 单克隆抗体 诱导其融合的方 法有哪些？ 两次筛选分别有什么目的？ 单克隆 过程 v例.将小鼠骨髓瘤细胞与一种B淋巴细胞融合 ，可使融合的细胞经培养产生单克隆抗体，其依 据是： vA。B淋巴细胞可以产生抗体，但不能无限增 殖 vB. B淋巴细胞只有与骨髓瘤细胞融合后才能 产生抗体 vC。骨随瘤细胞可以无限增殖，但不能产生抗 体 vD. 骨髓瘤细胞可以产生抗体，但不能无限增 殖 、植物组织培养 是指将植物的器官、组织或细胞从植物 体上取出，在一定的容器里供给适当的营 养物质，使它们得到分化、发育和生长的 培养技术。 该技术的基本原理是植物细胞的全能性 。现已得到广泛的应用。如繁殖名贵优良 的农作物品种，培养脱毒苗等。 细胞的全能性 概念 原因 大小 必要条件 受精卵生殖细胞体细胞 细胞离体、一定的营养物质 、激素和其他外界条件 过程 离体的植物器官、组织或细胞 愈伤组织 根、芽 植物体 外植体 脱分化 植物激素： 细胞分裂素、生长素 再分化 植物组织培养 植物组织培养条件： 含有全部营养成分的 培养基、一定的温度、空 气、无菌环境、适合的PH 、适时光照等。 v例.下列不可能在离体条件下实现全能性 的是： vA.胡萝卜的韧皮部细胞 vB.杂交瘤细胞 vC.花粉粒 vD.保存完好的细胞核 v例.生物体内细胞没有表现出全能性，原 因是 vA.细胞丧失了全能性 B.基因的表达有选 择性 vC.基因发生了变化 D.不同细胞基因不 同 v例.下面关于植物细胞工程的叙述，正确 的是： vA。 叶肉细胞脱分化后可形成无定形状 态的薄壁细胞 vB叶肉细胞经再分化过程可形成愈伤 组织 vC. 融合植物叶肉细胞时，应先去掉细胞 膜 vD。叶肉细胞离体培养时，可以表现出 全能性 细胞工程的应用 v、试管婴儿 是指将精子和卵子从人体内取出来，在人工提 供的生活条件下（通常是试管内）进行受精，并让 其发育到一定的阶段形成早期胚胎，再将其移植到 “代理母亲”的子宫内继续发育，直至诞生。 、克隆动物 克隆即无性繁殖系，是指从一个共同的祖先， 通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同 的分子、细胞或个体。克隆动物一般是指通 过无性繁殖形成动物后代。如1997年英国生物学家 首次用成年羊的（乳腺细胞）体细胞，成功地克隆 出一只小母羊“多莉”。（如下图） 多莉羊的多莉羊的培育过程培育过程 1、谁是“多莉”的母亲？ 2、“多莉羊”是雄还是雌？ 3、是否符合孟德尔遗传？ 问 题 卵细胞 C母绵羊子宫 母绵羊 母绵羊 乳腺细胞 细胞质细胞核 细胞核移植 胚胎移植 早期胚胎 多莉羊 分娩 卵裂 重组细胞 细胞拆合技术 妊娠 区分几组概念： 1、分化、脱分化、再分化 分化：在个体发育中，相同细胞的后代在形态、结构 和生理功能上发生差异的过程，具有普遍性、持久性、稳 定性和不可逆性。分化的结果是形成不同的组织器官，帮 助个体完成正常的生长发育。 脱分化（去分化）：由高度分化的植物器官、组织或 细胞产生愈伤组织的过程。脱分化有利于细胞全能性的表 达。动物细胞的卵细胞有帮助动物细胞核脱分化的作用。 再分化：愈伤组织经过培养，又重新分化成根或芽等器 官的过程。由于愈伤组织是由已经分化的植物器官、组织 或细胞脱分化产生的，所以把这次分化叫再分化。 2、原代培养和传代培养 3、细胞系和细胞株 4、愈伤组织 5、人工种子 6、生物导弹：单克隆抗体作为载体分子，同抗 癌药物相结合，将他们运载到肿瘤部位，杀死癌 细胞，这种抗体药物结合物称之为生物导弹 。它能定向杀灭癌细胞，避免或减少对正常细胞 的伤害，大大减轻了抗癌药物的副作用。 v例1、.动物细胞工程技术的基础是 vA.动物细胞融合B.单克隆抗体 vC.胚胎移植 D.动物细胞培养 v例2、在动物细胞培养过程中遗传物质 发生改变的细胞是 vA。细胞系 B细胞株 vC原代细胞 D传代细胞 7、植物体细胞杂交和多倍体育种 植物体细细胞杂杂交 多倍体育种 相同点 染色体 方法 原理 不同点 7、植物体细胞杂交和多倍体育种 植物体细细胞杂杂交 多倍体育种 相同点 都采用一定的方法，通过过改变细变细 胞或植株染 色体数目来改变变生物性状，获获得新品种 染色体 方法 原理 不同点 原生质体融合和 组织培养 染色体数目变异 获得杂种植株秋水仙素 加倍，同种 不一定加倍，不同种 8、植物体细胞杂交与杂交育种 相同点 不同点 植物体细胞杂交杂交育种 原理 杂交性质 染色体变化 亲本来源 育种年限 8、植物体细胞杂交与杂交育种 相同点 不同点 植物体细胞杂交杂交育种 原理 杂交性质 染色体变化 亲本来源 育种年限 基因重组 原生质体融合和 组织培养 有性杂交 无性杂交 与亲代相同 与亲代不同 不一定同种，种间杂种同种，种内杂种 1-2年4-5年 通过改变细胞内遗传物质，达到改变植物体性状 的目的，培育出符合人们要求的新品种 v例.下列有关细胞工程的叙述不正确的是 vA.在细胞整体水平上定向改变遗传物质 vB在细胞器水平上定向改变遗传物质 vC在细胞器水平上定向改变细胞核的 遗传物质 vD在细胞整体水平上获得细胞产品 酶工程 主讲老师：包一中 李 红 生物技术的四大支柱 酶的基础知识 一 什么是酶？ 1. Enzyme proteins 酶是由生物体产生的具有催化 剂活性的蛋白质 。 1. Ribozyme RNAs 本身就是一段RNA，不需要额外蛋 白酶就可以对自身进行剪切。 二 酶催化特性 v 高效率 比非催化高108 1020倍 比非酶催化高107 1013倍 v 高度专一性 v 反应条件温和 v 酶催化是可调控的 三 酶的化学本质 v蛋白质 vRNA 四 酶的组成 简单酶：只由氨基酸构成 酶 结合酶：由蛋白质和辅因 子构成 辅酶 ：与蛋白质结合较 松 辅因子 辅基：与蛋白质结合较紧 酶工程 v酶工程即利用酶的催化作用，在一定的生 物反应器中，将相应的原料转化成所需的产 品。酶工程是现代酶学理论与化工技术的交 叉技术，它的应用主要集中于食品工业、轻 工业和医药工业等领域。 酶工程的应用范围 （1）对生物宝库中存在天然酶的开发 和生产； （2）自然酶的分离纯化及鉴定技术； （3）酶的固定化技术（酶和细胞固定 化）； （4）酶反应器的研制和应用； （5）与其他生物技术领域的交叉和渗 透。 其中固定化酶技术是酶工程的核 心。实际上有了酶的固定化技术，酶在工 业生产中的利用价值才真正得以体现。 v霉菌 最初的商品 酶制剂主要以动植物为 原料提取，如从牛胃中 提取凝乳酶、从胰脏中 提取胰酶、从血液中提 取凝血酶、从植物材料 中提取淀粉酶等。 之后，Takamine利 用霉菌来生产淀粉酶使 得酶制剂工业取得突破 ，其方法至今仍被采用 第二次世界大战以 后，随着微生物培养 技术、发酵工业和设 备的渐渐完善，利用 微生物来获得商品化 酶制剂已形成规模化 产业，并开辟了广阔 的市场。 20世纪90年代，随着 基因工程的广泛介入，一 些原来只能由动物或植物 生产的酶，经过酶基因重 组，可以在微生物上表达 。由于在发酵过程中很容 易对微生物进行控制，因 此 “基因工程发酵工艺 先进的发酵设备”可以 算是酶工业的又一次飞跃 。 霉菌 微生物酶的开发 一、应用微生物来开发酶的优点： (1)微生物生长繁殖快，生活周期短。因此 ，用微生物来生产酶产品，生产能力（发酵）几乎 可以不受限制地扩大，能够满足迅速扩张的市场需 求。 (2)微生物种类繁多，它们散布于整个地球 的各个角落，而且在不同的环境下生存的微生物都 有其完全不同的代谢方式，能分解利用不同的底物 。 (3)这一特征就为微生物酶品种的多样性提 供了物质基础。 (4)特别是当基因工程介入时，动植物细胞 中存在地酶，几乎都能够利用微生物细胞获得。 因此，有计划和仔细地筛选微生物菌种， 通常可以获得能够生产几乎任何一种酶的适当细胞 。 微生物酶开发的一般程序 (一) 样品的采集 采样的目的、采样地点、采样方法及采样的数量。 (二) 菌种的分离 培养基的确定、培养条件的确定 (三) 菌种的初筛 (1)用简单的定性反应进行初筛； (2)在最初分离阶段就给予特殊的培养基或培养条件，进而让目的菌 株得以繁 殖，尽可能地把只成为目的菌的菌株或只将其最适菌株的一株纯化 分离。 (四) 菌种的复筛 初筛之后，还要进行复筛。复筛的目的是在初筛的基础上，筛选产酶 量高、性能更符合生产要求的菌种。复筛。 酶活的测定方法的建立尤其重要。 (五) 对复筛获得菌株的要求 (1)不是致病菌； (2)菌株不易变易退化； (3)不易感染噬菌体； (4)微生物产酶量高； (5)酶的性质符合应用的需要，而且最好是胞外酶； (6)产生的酶便于分离和提取，得率高； (7)微生物培养营养要求低。 微生物酶的应用 1、蛋白酶: 洗毛工艺中蛋白酶的应用 生产中经常会发现,洗净毛色泽黯沉,影响 后加工的质量和成品的色光。国内外学者研究 发现,原毛表面除了含有羊毛脂、羊汗、土杂、 草屑污染物外,还存在另一种蛋白质污染物 (PCL),它的残存使洗净毛色泽黯沉,采用传统的 洗毛方法很难完全去除。为洗除羊毛表面的蛋 白质污染物,在洗毛工艺中应用AS1398 中性枯 草杆菌蛋白酶,采用二步法洗毛,先使用合成洗涤 剂601 洗去羊毛脂、羊汗、土杂,再利用蛋白酶 洗去蛋白质污染物,提高洗净毛的质量。 控制蛋白酶治疗疾病 v蛋白酶对冠状病毒的复制起着重要的控 制作用，因此如果可以有效抑制住蛋白酶的 活性，那么就可以控制住病毒在体内的传播 ，一种名为“AG7088”的药物在改良后可用 于治疗SARS。该药物用于治疗鼻病毒（ rhinovirus）引起的普通感冒，而控制这种 病毒复制的蛋白酶与SARS冠状病毒蛋白酶 结构非常相似。科学家认为，AG7088这种 正处于临床试验阶段的药物，虽然不能直接 抑制SARS冠状病毒蛋白酶，但鉴于两种蛋 白酶的相似性，这一药物在经过改良后抑制 SARS病毒蛋白酶的活动，从而成为对付 SARS的良药。 2、脂肪酶 广泛用于化妆品、食品、医药、 洗涤剂工业中的生物表面活性剂：包括脂肪 酸单甘油酯、脂肪酸糖酯、聚甘油脂肪酸酯 和长链脂肪酸蜡酯。 传统化学法以碱为催化剂在高温 下进行, 不仅能耗高且产品纯度低。脂肪酶 作为一种天然生物催化剂, 可在温和条件下 催化合成上述生物表面活性剂, 能耗低且产 品纯度高。 3、医药生产用酶：青霉素酰化酶