细胞与细胞工程.ppt

,细胞与细胞工程,刘富林,20世纪后半叶，生物膜、细胞骨架、细胞增殖、细胞分化、细胞调亡与衰老、染色体结构和功能、细胞信号转导、细胞工程等领域的研究取得了振奋人心的成就。,本章学习生物膜和细胞工程,细胞是生物体结构和功能的基本单位,植物和动物都是由细胞构成的。细胞就像一台复杂而精巧的机器，各部件虽然作用不同，却衔接得非常巧妙，保证整台机器能灵活高效地运转。,细胞膜、核膜、内质网、高尔基体、线粒体等细胞器都属于这台机器的部件。它们都由膜构成，而且膜的成分都相似，结构也大致相同，因而统称为“生物膜”。,哪些细胞器是单层膜构成的，哪些细胞器是双层膜构成的？,第一节 细胞的生物膜系统,知识结构,细胞的 生物膜系统,各种生物膜在结构上的联系（理解） 各种生物膜在功能上的联系（理解） 生物膜系统的概念（理解） 研究生物膜的重要意义（知道）,细胞中各种生物膜不仅在结构上相互关联，它们的化学组成也大致相同。,细胞膜是由什么组成的呢？,蛋白、脂类、少量的糖类。,不同的生物膜中也主要由这三种物质构成，但是含量是有差别的。,细胞内的各种膜在结构上存在着直接或间接的联系。,内质网与核膜外层相连,内质网腔与两层核膜之间的腔相通,内质网与细胞膜相连,一、各种生物膜在结构上的联系,细胞内的各种膜在结构上存在着直接或间接的联系。,一、各种生物膜在结构上的联系,高尔基体膜的厚度和化学成分介于内质网膜与细胞膜之间。在活细胞中，这三种膜可以互相转变。,内质网以类似于“出芽”的形式形成具有膜的小泡，小泡离开内质网，移动到高尔基体与高尔基体融合，成为高尔基体的一部分。 高尔基体又以“出芽”方式形成小泡，移动到细胞膜与细胞膜融合，成为细胞膜的一部分。,细胞内的生物膜在结构上具有一定的连续性。,二、各种生物膜在功能上的联系,3分钟后标记的氨基酸出现在附有核糖体的内质网中。,科学家用标记亮氨酸供给豚鼠的胰腺细胞以合成蛋白质。,17分钟后，标记的氨基 酸出现在高尔基体中。,117分钟后，标记的氨基酸出现在细胞膜内运输蛋白质的小泡及细胞外的分泌物中。,科学家的实验表明，腺体细胞在核糖体上合成的分泌蛋白，首先进入内质网腔内，加工形成比较成熟的蛋白质。然后内质网以出芽方式形成具膜的小泡将它运输到高尔基体进行进一步的加工。经高尔基体加工成熟的蛋白质再形成分泌小泡，通过细胞膜排出细胞外面。,在这个过程中，内质网膜可通过小泡转化成高尔基体膜，高尔基体膜又可通过分泌小泡形成细胞膜。,在蛋白质的合成、运输与分泌过程中还需要能量，这些能量主要是由线粒体通过有氧呼吸合成的ATP提供的。线粒体的内膜上有进行有氧呼吸所需的各种酶。,由此可见，细胞内的各种生物膜不但在结构上互相连系，在功能上也是既有分工又相互联系的。各种生物膜的分工合作、相互配合是细胞生命活动协调进行的结构与功能的基础。,核糖体翻译的蛋白质,分泌蛋白合成与分泌,折叠、组装、 加上一些糖基团,进一步加工,细胞膜,细胞内的动力站线粒体,比较成熟的蛋白质,高尔基体,内 质 网 腔,小结,三、生物膜系统的概念,细胞各种由膜组成的结构上的膜构成了生物的生物膜系统,2、功能,细胞的生物膜系统最少有以下三方面的功能：,1：使细胞具有一个相对稳定的内部环境。在物质的运输与交换及信息传递中起决定性作用。,2：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。,3：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。,四、研究生物膜的重要意义,1、生命基础理论研究,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、细胞内各种有机物的合成各运输等。,四、研究生物膜的重要意义,2、实践上仿生学,海水净化装置：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。,农业上农作物的抗寒、抗旱、耐盐等，均可从膜的结构上找到解决的方法。,如，现已广泛使用的透析型人工肾当人的血液通过人工肾时，能将血液中的尿素等废物透析出来，然后让“干净”的血液返回人的体内。有效地解决了肾脏衰竭的病人体内废物排出的问题，延长了肾衰病人的寿命。,医学上根据生物膜的结构、功能原理，可以研制出许多种代用的人体组织与器官。,第二节 细胞工程简介,植物组织培养（知道） 植物体细胞杂交（知道）,知识结构,动物组织培养（知道） 动物体细胞杂交（知道）,植物细胞工程,动物细胞工程,细胞的全能性（理解）,指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，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科学技术。,细胞工程,根据细胞类型的不同，可以把细胞工程分为植物细胞工程和动物细胞工程两大类。,植物细胞工程通常采用的技术手段有植物组织培养和植物体细胞杂交等。这些技术的理论基础是植物细胞的全能性。,一 植物细胞工程,细胞的全能性,生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。,生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能。,原理,条件,当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。,概念,细胞的全能性 植物细胞全能性动物细胞全能性 植物细胞中 受精卵生殖细胞具有分化能力的细胞成熟的体细胞,生姜是药食两用的经济作物，具有栽培容易、产量高、价格高等特点，近年在各地发展很快。但是生姜在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%50%。,案例一,脱分化,再分化,一、植物组织培养的过程,（分化）,（未分化）,（分化）,幼芽或幼根？,条件？,优点？,特点？,繁殖速度快 不受季节限制 工厂化生产 幼苗无毒 保持优良性状,适宜温度、光照、 pH和无菌环境。 无机物、有机物和植物激素（生长素，细胞分裂素）,无定形状态 薄壁细胞 高度液泡化 排列疏松、无规则,分化程度低去分化较易,植物组织培养的应用,植物快速繁殖（珍稀、濒危物种） 转基因植物的培育 无性繁殖植物脱毒幼苗的培养 次生代谢物的生产（药物、食品添加剂、香料、色素、杀虫剂等） 制成人工种子，解决有些植物结子困难、发芽率低、繁殖困难等问题,胚芽,胚根,胚乳或子叶,小结,植物组织培养,1、原理,再分化,脱分化,愈伤组织,外植体,试管苗,植株,2、过程,细胞的全能性,3、概念,由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物组织的脱分化（去分化）。即：是指已经分化的细胞失去其特有的结构和功能变成具有未分化细胞特征的过程。,脱分化,是指已去分化的愈伤组织在某种诱导因素的激活下，再出现分化。,再分化,植物体细胞的组织培养是一种无性生殖,如何培育出上结大豆、下结花生的新品种？,请你们讨论后设计,案例二,二、植物体细胞杂交过程,植物细胞 A（大豆）,植物细胞 B（花生）,原生质体 A,原生质体 B,再生出细胞壁,方法？,促融方法？,类型？,遗传物质？ 优点？,去除细胞壁,原生质体融合,杂种植株(大豆花生),细胞分裂,愈伤组织,杂种细胞,植物体细胞杂交的过程：,小 结,D.筛选和组织培养。,C. 植物细胞A和植物细胞B杂交时，产生了AB和AA、BB型融合细胞。,B.诱导融合：注意物理方法的类型和化学方法的药剂聚乙二醇。,A.制备原生质体：用纤维素酶、果胶酶分解细胞壁。,乙型脑炎是严重的中枢神经系统损伤为主要表现的急性病毒性传染病，至今无特效治疗方法，病死率约10-15，至残率约15-50。亚太地区年发病人数在10万左右，我国约2-3万，造成社会、经济上的极大损失。乙型脑炎单克隆抗体可有效阻止病毒对神经细胞的攻击，为乙脑特效治疗开辟新的途径，可减少病死率及致残率，不仅有较大的社会效益，也有较高的经济效益。,案例三,骨髓瘤细胞？,选出能产特定抗体细胞群、继续培养,体外培养,从培养液中获取,促融方法？,三、单克隆抗体制备过程,抗原？,淋巴细胞？,体内培养,从腹水中提取,单克隆抗体,细胞融合、筛选,杂交瘤细胞,细胞培养,设想： 用单个效应B淋巴细胞进行无性繁殖，也就是通过克隆，形成细胞群，这样的细胞群就有可能产生出化学性质单一、特异性强的抗体单克隆抗体。,单克隆抗体的应用 单克隆抗体的实验成功，不仅在生物学基础理论的研究中具有重要意义，而且在实践上也有很高的实用价值。单克隆抗体在疾病的诊断、治疗和预防方面，与常规抗体相比，特异性强，灵敏度高，优越性非常明显。国内外已有多种单克隆抗体实现商品化，制成单抗诊断盒，有的已投放市场。人们正在研究用单克隆抗体治疗癌症，就是在单抗上连接抗癌药物，制成“生物导弹”，将药物定向带到癌细胞所在部位，既消灭了癌细胞，又不会伤害健康细胞。,概念汇总,1、动物细胞培养 细胞培养按细胞的来源不同可以分为原代培养和 传代培养。,1.为什么将组织取出后，要用胰蛋白酶处理分散成单个细胞？,2.细胞株和细胞系的区别,B. 传代培养 细胞在培养容器的表面长满后，可以用胰蛋白酶把细胞消化下来，使其分散为悬浮的单个细胞，用培养液稀释后，重新接种于新的培养容器中继续培养。传代细胞分为细胞株和细胞系两大类。,A. 原代培养 培养的细胞直接来源于动物的组织叫原代培养。动物的组织可以取自胚胎，幼小的动物或成年的动物，可以是病理性的，特别是肿瘤组织。具体做法是：先将组织尽量剪碎，然后用胰蛋白酶液消化成分散的细胞，过滤除去纤维类物质，再把细胞放到培养液中培养。,植物细胞和动物细胞培养的比较,2、动物细胞融合 细胞融合是指两个或两个以上的细胞融合为一体的现象。它可以是自然发生的或人工诱导的。自然界中细胞融合是经常发生的，有性生殖中精卵结合是其中的例子。人工诱导的细胞融合是利用诱导剂使细胞或原生质体融合在一起。动物细胞融合要求掌握的情况与植物相似。如过程、方法、诱导条件（剂）、结果等。,植物体细胞杂交和动物细胞融合得比较,这只老鼠身上的“人耳”是由我国科学家曹谊林教授利用细胞工程技术复制出来的。,动物细胞培养技术应用 克隆器官：皮肤、耳朵 检测有毒物质 细胞治