2018版高中生物 第2章 細(xì)胞工程 2.2 動(dòng)物細(xì)胞工程 2.2.2 動(dòng)物細(xì)胞融合與單克隆抗體學(xué)案 新人教版選修3.doc

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2.2.2　動(dòng)物細(xì)胞融合與單克隆抗體 1．掌握動(dòng)物細(xì)胞融合技術(shù)及應(yīng)用。(重點(diǎn)) 2．簡(jiǎn)述單克隆抗體的制備。(重、難點(diǎn)) 動(dòng) 物 細(xì) 胞 融 合 1．概念：動(dòng)物細(xì)胞融合也稱細(xì)胞雜交，是指兩個(gè)或多個(gè)動(dòng)物細(xì)胞結(jié)合形成一個(gè)細(xì)胞的過程。 2．原理：細(xì)胞膜的流動(dòng)性。 3．誘導(dǎo)融合的三種方法 (1)物理法：例如電激等。 (2)化學(xué)法：例如聚乙二醇。 (3)生物法：例如滅活的病毒。 4．過程：不同DNA的兩個(gè)細(xì)胞細(xì)胞膜融合―→細(xì)胞核融合→有絲分裂→兩個(gè)完整的雜交細(xì)胞。 5．意義：突破了有性雜交方法的局限，使遠(yuǎn)緣雜交成為可能。 探討：動(dòng)物細(xì)胞融合與植物原生質(zhì)體融合所依據(jù)的原理是什么？ 提示：細(xì)胞膜的流動(dòng)性。 探討：動(dòng)物細(xì)胞完成融合的標(biāo)志是什么？ 提示：動(dòng)物細(xì)胞融合時(shí)，先是細(xì)胞膜發(fā)生融合，然后是細(xì)胞核的融合。當(dāng)兩個(gè)細(xì)胞核融合后形成具有單核的雜交細(xì)胞，則標(biāo)志著動(dòng)物細(xì)胞融合的完成。 探討：比較動(dòng)物細(xì)胞融合與植物體細(xì)胞雜交所用的促融方法的異同。 提示：二者都可以采用離心、振動(dòng)、電激等物理方法，或者使用化學(xué)試劑聚乙二醇進(jìn)行促融，除上述方法外，動(dòng)物細(xì)胞融合還可以采用滅活的病毒進(jìn)行促融。 1．操作步驟 細(xì)胞準(zhǔn)備 ↓ 細(xì)胞融合：加促融因子于待融合的細(xì)胞之中，誘導(dǎo)融合 ↓ 雜種細(xì)胞選擇：利用選擇性培養(yǎng)基等，使親本細(xì)胞死亡，而讓雜種細(xì)胞存活 ↓ 雜種細(xì)胞克?。簩?duì)選出的雜種細(xì)胞進(jìn)行克隆，經(jīng)過培養(yǎng)，就能獲得所需要的細(xì)胞 2．過程分析 細(xì)胞融合的過程包括細(xì)胞膜融合、細(xì)胞質(zhì)融合和細(xì)胞核融合，其中細(xì)胞膜融合是細(xì)胞融合的先導(dǎo)，在細(xì)胞膜融合中體現(xiàn)出細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性。 1．動(dòng)物細(xì)胞融合和植物原生質(zhì)體融合相比較，特殊性表現(xiàn)在(　　) A．融合的原因　　　　　 B．融合的優(yōu)點(diǎn) C．融合的誘導(dǎo)手段 D．融合的過程 【解析】　動(dòng)物細(xì)胞融合和植物原生質(zhì)體融合都是為了將不同物種的優(yōu)良性狀集于一體，過程都是先膜融合再質(zhì)融合，最后核融合，即融合的過程相同；動(dòng)物細(xì)胞融合可以用滅活的病毒誘導(dǎo)，而植物原生質(zhì)體融合不能用滅活的病毒誘導(dǎo)。 【答案】　C 2．如圖所示為細(xì)胞融合技術(shù)的一些過程： (1)從A、B細(xì)胞到C細(xì)胞的過程中，必須用________處理。 (2)若A、B細(xì)胞為植物細(xì)胞，那么這樣的細(xì)胞已經(jīng)用酶降解脫掉了________，這種酶可能是________酶，由此生成的A和B細(xì)胞稱為________。 (3)若A細(xì)胞為骨髓瘤細(xì)胞，B細(xì)胞為B淋巴細(xì)胞，那么D細(xì)胞稱為________細(xì)胞，由D細(xì)胞連續(xù)分裂產(chǎn)生大量細(xì)胞的過程稱為________過程。這種細(xì)胞既能無限繁殖，又能產(chǎn)生________。 (4)若A為人細(xì)胞，B為鼠細(xì)胞，并分別用紅、綠熒光染料標(biāo)記細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)，在形成C細(xì)胞時(shí)，細(xì)胞一半發(fā)紅色熒光，一半發(fā)綠色熒光。到D細(xì)胞階段，兩種顏色的熒光均勻分布，請(qǐng)解釋原因____________________________。 【解析】　此題是對(duì)植物體細(xì)胞雜交、動(dòng)物細(xì)胞融合以及細(xì)胞膜的特性比較全面的考查。植物細(xì)胞有細(xì)胞壁，阻礙植物體細(xì)胞的雜交。因此，植物體細(xì)胞雜交的第一步是去掉細(xì)胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體。細(xì)胞壁成分主要為纖維素和果膠，所以要用纖維素酶和果膠酶分解植物細(xì)胞的細(xì)胞壁。第二步就 是讓不同植物體細(xì)胞的原生質(zhì)體融合，融合必須通過一定的技術(shù)手段進(jìn)行人工誘導(dǎo)。單克隆抗體制備過程需得到化學(xué)性質(zhì)單一、特異性強(qiáng)的抗體?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，在動(dòng)物發(fā)生免疫過程中，每一個(gè)B淋巴細(xì)胞只分泌一種特異性抗體，要想獲得大量的單一抗體，必須用單個(gè)B淋巴細(xì)胞進(jìn)行克隆，形成細(xì)胞群。但在體外培養(yǎng)條件下，一個(gè)B淋巴細(xì)胞不可能無限增殖，這就需要B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞在滅活的仙臺(tái)病毒或聚乙二醇的誘導(dǎo)下融合，再篩選出雜交瘤細(xì)胞。由于雜交瘤細(xì)胞繼承了雙親細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，既能分泌特異性抗體，又能大量繁殖。最后考查了細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：具有一定的流動(dòng)性。 【答案】　(1)誘導(dǎo)劑　(2)細(xì)胞壁　纖維素酶和果膠　原生質(zhì)體　(3)雜交瘤　克隆　特異性抗體　(4)細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)是可以運(yùn)動(dòng)的 單 克 隆 抗 體 1．傳統(tǒng)抗體的制備 (1)方法 (2)缺點(diǎn)：產(chǎn)量低、純度低、特異性差。 2．單克隆抗體的制備 (2)解決思路：將B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合為雜交瘤細(xì)胞。 (3)制備過程：制備產(chǎn)生特異性抗體的B淋巴細(xì)胞：向 免疫小鼠體內(nèi)注射特定的抗原蛋白，然 后從小鼠脾臟細(xì)胞內(nèi)獲得相應(yīng)的B淋巴 細(xì)胞 獲得雜交瘤細(xì)胞 克隆化培養(yǎng)和抗體檢測(cè) 　 將雜交瘤細(xì)胞在體外培養(yǎng)或注射到小鼠腹腔內(nèi)增殖 　 提取單克隆抗體：從細(xì)胞培養(yǎng)液或小鼠腹水中提取 (4)單克隆抗體的特點(diǎn)：特異性強(qiáng)、靈敏度高，并可大量制備。 探討：仔細(xì)觀察教材P53圖224，探討下列問題： (1)制備單克隆抗體過程中的幾種細(xì)胞有何特點(diǎn)？ 提示：①免疫的B淋巴細(xì)胞：能產(chǎn)生單一抗體，但不能無限增殖。②骨髓瘤細(xì)胞：能無限增殖，不能產(chǎn)生抗體。③雜交瘤細(xì)胞：既能產(chǎn)生特定的抗體，又能在組織培養(yǎng)條件下進(jìn)行無限增殖。 (2)單克隆抗體制備過程中有兩次篩選，其目的分別是什么？ 提示：第一次篩選是在B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合之后，篩選出只有B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合的雜種細(xì)胞。第二次篩選需先在多孔培養(yǎng)皿上培養(yǎng)，在每個(gè)孔只有一個(gè)雜交瘤細(xì)胞的情況下開始培養(yǎng)，然后再篩選出能產(chǎn)生特異性抗體的細(xì)胞群。 探討：用單克隆抗體及相關(guān)物質(zhì)制成的“生物導(dǎo)彈”中真正起治療作用的物質(zhì)是什么？是單克隆抗體嗎？ 提示：“生物導(dǎo)彈”中真正發(fā)揮治療作用的物質(zhì)是相關(guān)“藥物”，單克隆抗體所起的作用在于將藥物定向帶到靶細(xì)胞所在位置，借助其導(dǎo)向作用，在原位殺死癌細(xì)胞，這樣既不損傷正常細(xì)胞，又減少了用藥劑量。因此，“生物導(dǎo)彈”可作為一種療效高、毒副作用小的新型藥物。 探討：若不采用動(dòng)物細(xì)胞融合的方法，能否生產(chǎn)出單克隆抗體？試簡(jiǎn)要說明。 提示：能?？蓮慕?jīng)免疫的B淋巴細(xì)胞中獲取決定所需抗體的基因(目的基因)，導(dǎo)入骨髓瘤細(xì)胞，然后培養(yǎng)骨髓瘤細(xì)胞并從培養(yǎng)液中提取分泌物，便可得到單克隆抗體。 1．技術(shù)手段：人工免疫、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、動(dòng)物細(xì)胞融合。 2．制備流程： 3．兩種抗體的比較： 名稱 產(chǎn)生 特點(diǎn) 血清抗體 由漿細(xì)胞分泌 一般從血清中分離，產(chǎn)量低、純度低、特異性差 單克隆 抗體 由雜交瘤細(xì)胞分泌 特異性強(qiáng)，靈敏度高，能大量制備 4.三種細(xì)胞的比較： 細(xì)胞類型 來源 特點(diǎn) 漿細(xì)胞 由B淋巴細(xì)胞受抗原刺激后增殖分化而來 能產(chǎn)生單一抗體，但不能無限增殖 骨髓瘤細(xì)胞 從骨髓腫瘤中提取 能無限增殖，但不能產(chǎn)生抗體 雜交瘤細(xì)胞 漿細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合而成 既能產(chǎn)生抗體，又能無限增殖 5.單克隆抗體制備過程中的篩選及原因 (1)第一次篩選是在B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合之后，篩選出雜交瘤細(xì)胞，淘汰未融合細(xì)胞和同種細(xì)胞融合而成的細(xì)胞。 (2)第二次篩選需先在多孔培養(yǎng)板上培養(yǎng)，在每個(gè)孔只有一個(gè)雜交瘤細(xì)胞的情況下開始培養(yǎng)，然后再篩選出能產(chǎn)生特異性抗體的細(xì)胞群。由于該細(xì)胞群是由單個(gè)雜交瘤細(xì)胞克隆來的，所以產(chǎn)生的抗體一定是化學(xué)性質(zhì)單一、特異性強(qiáng)的單克隆抗體。 1．下圖是單克隆抗體制備過程示意圖，其中①過程注射的物質(zhì)和A細(xì)胞的名稱分別是(　　) A．抗體、T淋巴細(xì)胞 B．抗原、T淋巴細(xì)胞 C．抗體、B淋巴細(xì)胞 D．抗原、B淋巴細(xì)胞 【解析】?、龠^程注射的物質(zhì)是特定的抗原，A細(xì)胞為免疫過的B淋巴細(xì)胞。 【答案】　D 2．下圖表示用生物工程制備人抗A抗體的過程。請(qǐng)回答下列問題。 (1)人的紅細(xì)胞膜表面有被稱為凝集原的特異________；從免疫學(xué)角度看，這種凝集原是________。 (2)圖中細(xì)胞1是小鼠體內(nèi)注入人A型血紅細(xì)胞后而獲得的________細(xì)胞，這種細(xì)胞具有產(chǎn)生___________________________________________________ ________的特點(diǎn)，但難以在體外培養(yǎng)。甲培養(yǎng)皿中培養(yǎng)的細(xì)胞2是從患骨髓瘤的小鼠體內(nèi)獲取的骨髓瘤細(xì)胞，這種細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)能____________，但不會(huì)產(chǎn)生抗體。 (3)為了能充分發(fā)揮上述兩種細(xì)胞各自的特點(diǎn)，經(jīng)特殊處理，在促細(xì)胞融合因子的作用下，使兩種細(xì)胞發(fā)生融合，形成圖中的細(xì)胞3，這種細(xì)胞稱為____________。把它在乙培養(yǎng)皿中進(jìn)行培養(yǎng)，則能產(chǎn)生大量的細(xì)胞群，這種方法稱為________。 (4)過程①的主要目的是____________________________________。通過過程②或③的培養(yǎng)方法能產(chǎn)生大量__________抗體。 【解析】　(1)紅細(xì)胞表面的凝集原與細(xì)胞識(shí)別有關(guān)，其化學(xué)本質(zhì)是糖蛋白。從免疫學(xué)角度看是抗原。 (2)小鼠受到抗原刺激后能產(chǎn)生B淋巴細(xì)胞，這種細(xì)胞能產(chǎn)生單一抗體，但不能增殖，骨髓瘤細(xì)胞能無限增殖但不能產(chǎn)生抗體。 (3)通過動(dòng)物細(xì)胞融合的方式可以獲得雜交瘤細(xì)胞，產(chǎn)生單克隆抗體。 (4)過程①的目的是篩選出能產(chǎn)生單一抗A抗體的雜交瘤細(xì)胞，通過②或③可大量產(chǎn)生抗A單克隆抗體。 【答案】　(1)糖蛋白　抗原 (2)B淋巴　單一的抗A抗體(或單一的特異性抗體)　快速大量增殖 (3)雜交瘤細(xì)胞　單克隆 (4)篩選出能產(chǎn)生單一抗A抗體的雜交瘤細(xì)胞　抗A單克隆 1．下列關(guān)于動(dòng)物細(xì)胞融合的說法，錯(cuò)誤的是(　　) A．動(dòng)物細(xì)胞融合也稱細(xì)胞雜交，是指兩個(gè)或多個(gè)動(dòng)物細(xì)胞結(jié)合形成一個(gè)細(xì)胞的過程 B．動(dòng)物細(xì)胞融合需要用纖維素酶處理 C．動(dòng)物細(xì)胞融合時(shí)需要人工誘導(dǎo) D．常用的誘導(dǎo)動(dòng)物細(xì)胞融合的因素有：聚乙二醇、滅活的病毒、電激等 【解析】　動(dòng)物細(xì)胞融合是指兩個(gè)或多個(gè)動(dòng)物細(xì)胞結(jié)合形成一個(gè)細(xì)胞的過程。動(dòng)物細(xì)胞無細(xì)胞壁，所以誘導(dǎo)融合前不需要用纖維素酶處理。動(dòng)物細(xì)胞融合需要人工誘導(dǎo)融合，誘導(dǎo)因素包括聚乙二醇、滅活的病毒、電激等。 【答案】　B 2．關(guān)于單克隆抗體制備過程的敘述，正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：72240025】 A．可直接從動(dòng)物體內(nèi)獲取B淋巴細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng) B．雜交瘤細(xì)胞具有B淋巴細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞的雙重特點(diǎn) C．用滅活病毒誘導(dǎo)融合后形成的融合細(xì)胞即可產(chǎn)生單克隆抗體 D．經(jīng)選擇培養(yǎng)基篩選出來的雜交瘤細(xì)胞即可用于單克隆抗體的生產(chǎn) 【解析】　將骨髓瘤細(xì)胞與免疫后的B淋巴細(xì)胞融合，經(jīng)過選擇培養(yǎng)基的篩選得到雜交瘤細(xì)胞，并經(jīng)專一抗體檢測(cè)后，培養(yǎng)能產(chǎn)生特定抗體的雜交瘤細(xì)胞，即可得到單克隆抗體。雜交瘤細(xì)胞具有骨髓瘤細(xì)胞無限增殖的特點(diǎn)和B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生特異性抗體的特點(diǎn)。誘導(dǎo)融合后可能會(huì)形成三種融合細(xì)胞，即同種細(xì)胞融合(B—B融合細(xì)胞、瘤—瘤融合細(xì)胞)、不同種細(xì)胞融合(B—瘤融合細(xì)胞)，故需要進(jìn)一步篩選。 【答案】　B 3．利用細(xì)胞工程方法，以埃博拉病毒核衣殼蛋白為抗原制備出單克隆抗體。下列有關(guān)單克隆抗體的敘述，正確的是(　　) A．用純化的核衣殼蛋白反復(fù)注射到小鼠體內(nèi)，產(chǎn)生的血清抗體為單克隆抗體 B．體外培養(yǎng)單個(gè)漿細(xì)胞可以獲得大量針對(duì)埃博拉病毒的單克隆抗體 C．將等量漿細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞混合，經(jīng)PEG誘導(dǎo)融合后的細(xì)胞均為雜交瘤細(xì)胞 D．利用該單克隆抗體與埃博拉病毒核衣殼蛋白特異性結(jié)合的方法可診斷出埃博拉病毒感染者 【解析】　由于血清抗體不是單一抗原刺激B淋巴細(xì)胞增殖分化的漿細(xì)胞產(chǎn)生和分泌的，故純度低，特異性差，不是單克隆抗體，故A錯(cuò)誤；由于漿細(xì)胞不增殖，故培養(yǎng)單個(gè)漿細(xì)胞不能獲得大量的單克隆抗體，B錯(cuò)誤；將等量漿細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞混合后，誘導(dǎo)融合的細(xì)胞不一定為雜交瘤細(xì)胞，還有漿細(xì)胞和瘤細(xì)胞自身融合的細(xì)胞，故C錯(cuò)誤；單克隆抗體可用于診斷疾病，原理是抗原—抗體雜交的方法，D正確。 【答案】　D 4．下圖為細(xì)胞融合的簡(jiǎn)略過程(只考慮兩個(gè)細(xì)胞的融合)，請(qǐng)據(jù)圖回答： Ⅰ.若A、B是基因型分別為rrHH、RRhh兩個(gè)煙草品種細(xì)胞的花粉，且這兩對(duì)基因位于非同源染色體上，由于一對(duì)隱性純合基因(rr或hh)的作用，在光照強(qiáng)度大于800勒克斯時(shí)，都不能生長(zhǎng)。 (1)實(shí)驗(yàn)開始時(shí)必須用________________除去不利于原生質(zhì)體融合的物質(zhì)。 (2)實(shí)驗(yàn)中除獲得雜種細(xì)胞外，還有基因型為________________的融合細(xì)胞。 (3)設(shè)計(jì)一方法(不考慮機(jī)械方法)，從培養(yǎng)液中分離出雜種細(xì)胞，方法：___________________________________________________________________。 (4)將雜種細(xì)胞培養(yǎng)成雜種植株依據(jù)的理論基礎(chǔ)是________。 Ⅱ.若該過程是制備治療人禽流感的單克隆抗體，A為人漿細(xì)胞(染色體組成為2A＋XX＝46)，B為鼠骨髓瘤細(xì)胞(染色體組成為2A＋XX＝40)。 (5)用單克隆抗體制成“生物導(dǎo)彈”主要利用了抗體的__________________________特性。 (6)A細(xì)胞來自________，雜種細(xì)胞C共有________個(gè)染色體組，________對(duì)同源染色體。 (7)雜交瘤細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)與植物組織培養(yǎng)的主要區(qū)別是培養(yǎng)基要用________培養(yǎng)基，培養(yǎng)基中除了添加必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外還需加入含天然成分的________。 【解析】　(1)植物細(xì)胞具有細(xì)胞壁，無法直接融合，需要用纖維素酶和果膠酶將細(xì)胞壁分解后形成原生質(zhì)體才可以實(shí)現(xiàn)融合。 (2)花粉細(xì)胞的基因型有兩種rH、Rh，所以兩兩融合的細(xì)胞有三種基因型rrHH、RRhh、RrHh，其中RrHh為雜種細(xì)胞。 (3)據(jù)題意可知，融合細(xì)胞rrHH、RRhh在大于800勒克斯光照下不能生長(zhǎng)，只有雜種細(xì)胞RrHh能在大于800勒克斯光照下培養(yǎng)，會(huì)增殖、分化。 (4)利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以將植物雜種細(xì)胞培養(yǎng)到雜種植株，其理論基礎(chǔ)是植物細(xì)胞的全能性。 (5)利用單克隆抗體的特異性強(qiáng)、靈敏度高的特點(diǎn)，將藥物與單克隆抗體結(jié)合，制成“生物導(dǎo)彈”，可以直接把藥物送達(dá)病灶。 (6)在禽流感患者體內(nèi)存在禽流感抗體，可以從患者脾臟內(nèi)提取漿細(xì)胞。雜種細(xì)胞C是細(xì)胞A和細(xì)胞B融合而來，所以會(huì)具有4個(gè)染色體組(人的2個(gè)＋鼠的2個(gè))，43對(duì)同源染色體(人的23對(duì)＋鼠的20對(duì))。 (7)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)用的是液體培養(yǎng)基，而植物組織培養(yǎng)用的是固體培養(yǎng)基。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)基中除各種營(yíng)養(yǎng)成分外，還要加入特有的天然成分——?jiǎng)游镅?、血漿。 【答案】　(1)纖維素酶和果膠酶　(2)rrHH、RRhh　(3)置于大于800勒克斯光照下培養(yǎng)，收集分化的細(xì)胞團(tuán)　(4)植物細(xì)胞的全能性　(5)特異性強(qiáng)、靈敏度高　(6)禽流感患者　4　43　(7)液體　動(dòng)物血清、血漿 課堂小結(jié)： 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 核心回扣 1.動(dòng)物細(xì)胞融合也稱細(xì)胞雜交，是兩個(gè)或多個(gè)動(dòng)物細(xì)胞結(jié)合形成一個(gè)細(xì)胞的過程。 2．動(dòng)物細(xì)胞融合突破了有性雜交的局限，使遠(yuǎn)緣雜交成為可能。 3．傳統(tǒng)抗體的特點(diǎn)是產(chǎn)量低、純度低、特異性差。 4．雜交瘤細(xì)胞的特點(diǎn)是無限增殖、產(chǎn)生單克隆抗體；單克隆抗體的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、特異性強(qiáng)、產(chǎn)量大。 5．單克隆抗體與化學(xué)藥物結(jié)合制成“生物導(dǎo)彈”，主要用于治療癌癥，也有少量用于其他疾病的治療。