细胞与细胞工程课件.ppt

1、生命科学与生物技术导论生命科学与生物技术导论王绍明石河子大学生命科学学院2019年3月细胞与细胞工程细胞与细胞工程细胞的特征细胞的特征动物细胞工程动物细胞工程植物细胞工程植物细胞工程 中间神经元细胞肠上皮黏膜细胞肠上皮黏膜细胞红细胞和中性粒细胞（电镜）肌肉细胞肌肉细胞口腔上皮细胞口腔上皮细胞卵及精细胞卵及精细胞骨髓干细胞骨髓干细胞心肌细胞心肌细胞人人-T细胞细胞干细胞干细胞巨噬细胞巨噬细胞攻击大肠杆菌攻击大肠杆菌细胞细胞(cell)是组成生物体的基本结构单位和功能单位是组成生物体的基本结构单位和功能单位细胞工程细胞工程 是细胞学与工程是细胞学与工程学相结合的产物，是学相结合的产物，是运用细胞生

2、物学知识运用细胞生物学知识所设计的一种巧妙的所设计的一种巧妙的生物学方法，是定向生物学方法，是定向改造生物的一种先进改造生物的一种先进技术。技术。第一节第一节 细胞的特征细胞的特征一、细胞的结构一、细胞的结构 原核细胞模式图原核细胞模式图原核细胞原核细胞形态模式图形态模式图大肠杆菌大肠杆菌动物细胞动物细胞植物细胞植物细胞真核细胞结构真核细胞结构细胞膜细胞膜粗面内质网粗面内质网细胞核细胞核高尔基体高尔基体线粒体线粒体细胞质细胞质溶酶体溶酶体中心体中心体光面内质网光面内质网核糖体核糖体植物细胞植物细胞液泡液泡叶绿体叶绿体细胞壁细胞壁运输载体酶运输载体酶受体蛋白受体蛋白连接蛋白连接蛋白位置功能位置功

3、能物质运输物质运输双层磷脂层分子双层磷脂层分子蛋白质蛋白质流动性流动性细胞膜的结构与功能细胞膜的结构与功能脂双层脂双层蛋白质蛋白质粗粗面面内内质质网网光光面面内内质质网网蛋白质的合成蛋白质的合成脂质的合成脂质的合成蛋白质的修饰蛋白质的修饰新生多肽的折叠与组装新生多肽的折叠与组装信号肽信号肽信号肽信号肽停靠蛋白停靠蛋白内质网腔内质网腔合成多肽合成多肽核糖体核糖体mRNA内质网的信号假说内质网的信号假说高尔基体高尔基体形成面形成面成熟面成熟面空腔空腔分泌小泡分泌小泡蛋白质修饰与加工（糖基化等）蛋白质修饰与加工（糖基化等）蛋白质的分选蛋白质的分选蛋白质和脂质的运输蛋白质和脂质的运输蛋白质分泌等蛋白质

4、分泌等溶溶酶酶体体溶酶体的标志酶是溶酶体的标志酶是酸性水解酶酸性水解酶 消化细胞内吞的食物，为细胞提供营养消化细胞内吞的食物，为细胞提供营养 清除衰老的细胞器清除衰老的细胞器 防御功能防御功能 三羧酸循环三羧酸循环 氧化磷酸化氧化磷酸化 参与脂肪酸代谢参与脂肪酸代谢线粒体线粒体能量转换器能量转换器 是细胞进行氧化呼是细胞进行氧化呼吸，产生能量的地方。吸，产生能量的地方。叶绿体叶绿体能量转换器能量转换器基粒基粒类囊体类囊体内膜内膜外膜外膜 光合作用光合作用核糖体核糖体是合成蛋白质的细胞器是合成蛋白质的细胞器主要成分：蛋白质和主要成分：蛋白质和RNA功能：按照功能：按照mRNA 的指令的指令合成多

5、肽链合成多肽链细胞核细胞核是遗传信息的贮藏场所是遗传信息的贮藏场所染色质染色质核仁核仁核基质核基质核孔核孔核膜核膜细胞连接细胞连接桥粒桥粒小肠小肠相邻小肠相邻小肠细胞细胞质膜质膜桥粒桥粒细胞连接细胞连接紧密连接紧密连接膀胱膀胱相邻膀胱相邻膀胱细胞细胞质膜质膜紧密连接紧密连接细胞连接细胞连接通道连接通道连接肝脏肝脏相邻肝相邻肝细胞细胞质膜质膜通道连接通道连接细胞连接细胞连接胞间连丝胞间连丝根根相邻根细胞相邻根细胞胞间连丝胞间连丝质膜质膜细胞壁细胞壁二、细胞的生长与发育二、细胞的生长与发育（一）细胞的分裂（一）细胞的分裂 细细胞胞的的有有丝丝分分裂裂 细胞的有丝分裂过程中的染色体细胞的有丝分裂过程

6、中的染色体 细胞周期细胞周期 受精卵早期卵裂受精卵早期卵裂（通过有丝分裂完成）（通过有丝分裂完成）早期胚胎细胞的分裂早期胚胎细胞的分裂爪蟾受精卵爪蟾受精卵Fission yeast细胞周期细胞周期budding yeast细胞周期细胞周期脊椎动物配子发生过程脊椎动物配子发生过程减数分裂减数分裂（二）细胞的分化（二）细胞的分化 植物的细胞分化植物的细胞分化（二）细胞的分化（二）细胞的分化 细胞具有全能性细胞具有全能性:携有完整的遗传信息；携有完整的遗传信息；具有分化成其它细胞的潜力具有分化成其它细胞的潜力.人的胚胎发育人的胚胎发育细胞分化细胞分化造血干细胞分化产生多种血细胞造血干细胞分化产生多种

7、血细胞（三）癌细胞（三）癌细胞 癌癌(cancer(cancer cell)cell)上皮组织的上皮组织的恶性肿瘤恶性肿瘤肿瘤细胞肿瘤细胞(tumor cell):(tumor cell):动物体内细胞分裂调节失动物体内细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞控而无限增殖的细胞恶性肿瘤（恶性肿瘤（malignancymalignancy）具有转移能力的肿瘤具有转移能力的肿瘤THE TUMOR CELLmalignancymalignancy癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病癌细胞具有的典型特征癌细胞具有的典型特征 无限增殖能力无限增殖能力癌细胞的细胞间粘着性下降癌

8、细胞的细胞间粘着性下降在分化程度上癌细胞低于良在分化程度上癌细胞低于良性肿瘤细胞，且失去了许多性肿瘤细胞，且失去了许多原组织细胞的结构和功能原组织细胞的结构和功能Cancer cellNormal live cell癌细胞具有的典型特征癌细胞具有的典型特征 侵润性和扩散性侵润性和扩散性癌细胞具有的典型特征癌细胞具有的典型特征 染色体非整倍性染色体非整倍性癌细胞的发生癌细胞的发生 环境因素环境因素 遗传因素遗传因素 例：例：居里夫人居里夫人白血病白血病 1945年，日本广岛和长崎年，日本广岛和长崎白血病患者白血病患者肿瘤的遗传易患性肿瘤的遗传易患性肿瘤发生具有家族聚集现象肿瘤发生具有家族聚集现象

9、诱癌因素诱癌因素电离辐射和紫外线电离辐射和紫外线白血病，皮肤癌白血病，皮肤癌芳香烃类化合物芳香烃类化合物皮肤癌皮肤癌亚硝酸胺亚硝酸胺肝癌，食道癌，鼻咽癌肝癌，食道癌，鼻咽癌黄曲霉素黄曲霉素肝癌肝癌某些病毒某些病毒Rous肉瘤肉瘤刺激因素：局部炎症，溃疡，热和烫，刺激因素：局部炎症，溃疡，热和烫，刺激性食物，息肉，囊肿等刺激性食物，息肉，囊肿等精神因素：心理创伤，精神刺激等精神因素：心理创伤，精神刺激等肿瘤的预防肿瘤的预防致癌因素的预防致癌因素的预防酒精与癌症酒精与癌症吸烟与癌症吸烟与癌症精神因素与癌症精神因素与癌症饮食与癌症饮食与癌症第二节第二节 动物细胞工程动物细胞工程一、单细胞克隆抗体技术

10、一、单细胞克隆抗体技术 细胞克隆细胞克隆 由一个细胞繁殖出许多细胞的过程。由一个细胞繁殖出许多细胞的过程。单克隆抗体（单克隆抗体（monoclonal antibody）由单一克隆出的细胞其遗传性质高度一致，它们由单一克隆出的细胞其遗传性质高度一致，它们分泌的抗体纯合性很高，称为单克隆抗体。分泌的抗体纯合性很高，称为单克隆抗体。淋巴细胞杂交瘤技术淋巴细胞杂交瘤技术 B淋巴细胞可以产生抗体，但在体外不能无限分裂淋巴细胞可以产生抗体，但在体外不能无限分裂繁殖，很难获得足够多的单一细胞群体，从而获得大量繁殖，很难获得足够多的单一细胞群体，从而获得大量的单一抗体。的单一抗体。肿瘤细胞具有无限分裂能力，

11、却不能产生抗体。肿瘤细胞具有无限分裂能力，却不能产生抗体。B淋巴细胞淋巴细胞肿瘤细胞肿瘤细胞融合融合杂交细胞杂交细胞选择选择淋巴细胞淋巴细胞杂交瘤杂交瘤单克隆抗体技术的应用单克隆抗体技术的应用（1）有关传染性疾病，尤其是病毒性疾病的治疗）有关传染性疾病，尤其是病毒性疾病的治疗 日本乙型脑炎的治疗日本乙型脑炎的治疗（2）肿瘤的诊断和治疗）肿瘤的诊断和治疗（3）食品卫生检验）食品卫生检验 检验食品的成分；食品生产和加工过程中的安全性检检验食品的成分；食品生产和加工过程中的安全性检验；食品成分在加工前后的分子水平上的变化；乳品中病验；食品成分在加工前后的分子水平上的变化；乳品中病原微生物的检测；发酵

12、菌种的检测；肉类污染病原微生物原微生物的检测；发酵菌种的检测；肉类污染病原微生物的检测的检测二、动物克隆二、动物克隆 非洲瓜蟾非洲瓜蟾（Xenopus laevis）的核移植的核移植童鱼童鱼世界上第一条没有父母的鱼世界上第一条没有父母的鱼“鲫鲤核质杂交鱼鲫鲤核质杂交鱼”鲤鱼鲤鱼鲫鱼鲫鱼Dolly羊羊克隆猴克隆猴三、干细胞技术三、干细胞技术 干细胞（干细胞（stem cell）是动物（包括人）胚胎及某些器官中具有自我更是动物（包括人）胚胎及某些器官中具有自我更新与增殖以及多向分化潜能的原始细胞，是重建、修新与增殖以及多向分化潜能的原始细胞，是重建、修复病损或衰老组织、器官功能的理想种子细胞。复病

13、损或衰老组织、器官功能的理想种子细胞。干细胞的分类干细胞的分类（按分化潜能大小来分）（按分化潜能大小来分）（1 1）全能性干细胞：具有形成完整个体的分化潜能）全能性干细胞：具有形成完整个体的分化潜能 如：胚胎干细胞（如：胚胎干细胞（ESCESC），可分化成为），可分化成为200200多种细胞类型多种细胞类型（2 2）多能性干细胞）多能性干细胞 ：具有分化多种组织细胞的分化潜能：具有分化多种组织细胞的分化潜能 如：造血干细胞（如：造血干细胞（HSCHSC），可分化出至少），可分化出至少1212种血细胞种血细胞（3 3）单能性干细胞）单能性干细胞 ：只能向一种类型或密切相关的两种：只能向一种类型或

14、密切相关的两种类型的细胞分化类型的细胞分化 如：上皮组织基底层干细胞、成骨干细胞、视网膜干细胞、内如：上皮组织基底层干细胞、成骨干细胞、视网膜干细胞、内胚层干细胞等胚层干细胞等干细胞的显著特点干细胞的显著特点具有无限增殖分裂的潜能具有无限增殖分裂的潜能具有分化成其他细胞的可能性具有分化成其他细胞的可能性可连续分裂几代，或长时处于静止状态可连续分裂几代，或长时处于静止状态对称或不对称方式生长对称或不对称方式生长干细胞的应用干细胞的应用组织坏死性疾病的治疗（缺血引起的心肌坏死）组织坏死性疾病的治疗（缺血引起的心肌坏死）退行性病变（帕金森综合症）退行性病变（帕金森综合症）自体免疫性疾病（胰岛素依赖型

15、糖尿病）自体免疫性疾病（胰岛素依赖型糖尿病）器官移植器官移植造血干细胞的血液供应造血干细胞的血液供应美国科学家马里奥卡佩基和奥利弗史密斯、以及英国科学家马丁埃文斯。三位科学家“在涉及胚胎干细胞和哺乳动物重组方面胚胎干细胞和哺乳动物重组方面有着一系列突破性发现”，为“基因靶向”技术的发展奠定了基础。在“基因靶向”技术的帮助下，科学家可以使小鼠体内的特定基因丧失功能。此类“基因敲除”试验可以帮助人们了解基因在胚胎发育等多种现象中发挥何种作用。“基因靶向基因靶向”技术为阐明人类疾病的发生机理方面发挥了至关重要的作用。第三节第三节 植物细胞工程植物细胞工程 一、植物细胞培养一、植物细胞培养胡胡萝萝卜卜

16、叶肉组织叶肉组织愈伤组织愈伤组织新植株新植株试试管管开开花花新疆紫草高产（色素）细胞系新疆紫草高产（色素）细胞系红豆杉与紫杉醇红豆杉与紫杉醇光滑的红茎代表坦荡与高贵光滑的红茎代表坦荡与高贵常绿的针叶表达坚毅与永恒常绿的针叶表达坚毅与永恒酷似酷似“相思豆相思豆”的红豆彰现了爱心与思念的红豆彰现了爱心与思念组培人工种子组培人工种子二、植物细胞杂交二、植物细胞杂交细胞融合细胞融合三、细胞育种三、细胞育种 诱导突变，筛选新品系、新品种诱导突变，筛选新品系、新品种突变与突变体筛选突变与突变体筛选思考题思考题 1 1、原核细胞与真核细胞有哪些主要区别？、原核细胞与真核细胞有哪些主要区别？2 2、动物细胞与植物细胞有哪些主要区别？、动物细胞与植物细胞有哪些主要区别？3 3、癌细胞有哪些特征？如何预防癌细胞的发生？、癌细胞有哪些特征？如何预防癌细胞的发生？4 4、什么是单细胞克隆抗体技术？产生单克隆抗体的、什么是单细胞克隆抗体技术？产生单克隆抗体的细胞有什么特点？细胞有什么特点？5 5、什么是干细胞？干细胞能做什么？、什么是干细胞？干细胞能做什么？6 6、植物体细胞杂交与动物克隆有什么区别？、植物体细胞杂交与动物克隆有什么区别？