2019-2020年高中生物 专题二 细胞工程 第8课时 动物细胞融合与单克隆抗体学案 新人教版选修3.doc

2019-2020年高中生物 专题二 细胞工程 第8课时 动物细胞融合与单克隆抗体学案 新人教版选修3目标导读1.掌握动物细胞融合的原理和方法。2.结合P53图224，归纳单克隆抗体的制备过程及应用。重难点击单克隆抗体的制备和应用。1将小鼠细胞和人体细胞融合成杂交细胞后，各自的表面蛋白质平均分配到膜表面(如图)，该实验说明了细胞膜具有一定的流动性。2抗体的化学本质是免疫球蛋白，是由浆细胞分泌的，能和抗原特异性的结合。3癌细胞在体外培养的条件下，只要提供合适的营养条件就能无限增殖。课堂导入我们知道，运用植物体细胞杂交技术，可以跨越植物种属间生殖隔离的屏障，培育出新的作物类型。那么能不能也利用这种技术来培育动物新品种呢？今天我们就来学习动物细胞融合及其应用。探究点一动物细胞融合科学家经过长期的探索，也实现了让不同种动物的体细胞进行杂交。完善下图，回答问题。1动物细胞融合是指两个或者多个动物细胞结合形成一个细胞的过程，融合后形成的单核细胞，称为杂交细胞。2动物细胞融合的原理是什么？答案细胞膜的流动性。3融合方法(1)物理、化学方法：与植物体细胞杂交相同，如聚乙二醇、电激等。(2)生物方法：灭活的病毒。4杂交细胞融合成功的标志是杂交细胞进行有丝分裂。5细胞融合技术与传统的有性杂交相比，其优越性在于克服远缘杂交的障碍。归纳提炼动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较原理方法步骤诱导方法结果用途或意义动物细胞融合细胞膜具有流动性分散成单个细胞后诱导细胞融合物理方法化学方法生物方法形成杂交细胞培育杂交细胞或大量获得细胞产物植物体细胞杂交细胞膜具有流动性植物细胞具有全能性酶解法去除细胞壁后诱导原生质体融合，形成杂种细胞后培育成杂种植株物理方法化学方法形成杂种植株克服远缘杂交不亲和的障碍活学活用1如图所示为细胞融合技术的一些过程，据图回答下列问题。(1)从A细胞和B细胞到C细胞的过程中，采用的方法中与诱导植物原生质体融合不同的是_处理。(2)若A、B细胞为单倍体烟草植物的体细胞，那么这样的细胞已经用酶降解脱掉了_。这种酶可能是_、_，由此生成的细胞经培养形成的细胞团称为_。(3)若将基因型为AaBB的番茄细胞与基因型为AAbb的番茄细胞融合，由融合细胞培养成的愈伤组织细胞的基因型是_。(4)若将染色体组成为2AXX的人细胞与染色体组成为2BXX的鼠细胞融合，培育成的人鼠细胞的染色体组成是_。答案(1)用灭活的病毒处理(2)细胞壁纤维素酶果胶酶愈伤组织(3)AAAaBBbb(4)2A2B2X2X解析(1)动物细胞融合特有的方法是用灭活的病毒诱导融合。(2)植物细胞有细胞壁，若A、B细胞为单倍体烟草植物的体细胞，那么这样的细胞已经用纤维素酶和果胶酶脱掉了细胞壁；植物体细胞杂交获得的杂种细胞，经脱分化形成愈伤组织。(3)(4)细胞融合后的染色体或基因分别是两种细胞的染色体或基因累加。探究点二单克隆抗体的制备动物细胞融合技术的最重要用途是单克隆抗体的制备，阅读教材并思考：1传统抗体的获得(1)方法：向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体；从动物血清中分离所需抗体。(2)特点：产量低、纯度低、特异性差。2单克隆抗体的制备原理细胞特点B淋巴细胞能产生单一抗体，但不能无限增殖骨髓瘤细胞能无限增殖，但不能产生抗体融合细胞既能产生抗体，又能无限增殖3.单克隆抗体的制备过程(1)制备产生特异性抗体的B淋巴细胞：向免疫小鼠体内注射特定的抗原蛋白，然后从小鼠体内获得相应的B淋巴细胞。(2)细胞融合：融合的方法常用聚乙二醇、灭活的病毒、电激等，这时得到的融合细胞除了杂交瘤细胞，还有B淋巴细胞相互融合的细胞和骨髓瘤细胞相互融合的细胞。(3)筛选：用特定的选择性培养基筛选出杂交瘤细胞。这时候的杂交瘤细胞既能分泌抗体同时又能大量增殖。(4)克隆化培养和抗体检测：从杂交瘤细胞群中选出能产生专一抗体的特异性杂交瘤细胞。(5)培养杂交瘤细胞获得单克隆抗体：将杂交瘤细胞在体外条件下做大规模培养或注射到小鼠腹腔内增殖，从细胞培养液或小鼠的腹水中提取单克隆抗体。4由上述抗体的产生过程我们可将单克隆抗体的定义归纳为：由杂交瘤细胞大量繁殖所产生的、化学性质单一、高度特异性的抗体。5单克隆抗体的应用(1)优点：特异性强、灵敏度高、产量大。(2)应用作为诊断试剂，具有准确、高效、简易、快速的优点。用于治疗疾病和运载药物。归纳提炼单克隆抗体制备过程中的二次筛选(1)第一次筛选是在B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合之后，因为有三种融合情况：B淋巴细胞与B淋巴细胞融合、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合、B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，而只有B淋巴细胞与骨髓瘤细胞的融合细胞才是需要的杂种细胞。(2)第二次筛选需先在多孔培养皿上培养，在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始培养，然后再筛选出能产生特异性抗体的细胞群。由于该细胞群是由单个杂交瘤细胞克隆来的，所以产生的抗体一定是化学性质单一、特异性强的单克隆抗体。活学活用2如图表示用生物工程技术制备人抗A抗体的过程，请回答下列问题：(1)人的红细胞膜表面有被称为凝集原的特异_；从免疫学角度看，这种凝集原是_。(2)图中细胞1是小鼠体内注入人A型血红细胞后获得的_细胞，这种细胞具有产生_的特点，但难以在体外培养。甲培养皿中培养的细胞2是从患骨髓瘤的小鼠体内获取的骨髓瘤细胞，这种细胞在体外培养时能_，但不会产生抗体。(3)为了能充分发挥上述两种细胞各自的特点，经特殊处理，在促细胞融合因子的作用下，使两种细胞发生融合，形成图中的细胞3，这种细胞称为_。把它在乙培养皿中进行培养，则能产生大量的细胞群。(4)过程的主要目的是_。通过过程或的培养方法能产生大量_抗体。答案(1)糖蛋白抗原(2)B淋巴单一的抗A抗体(或单一的特异性抗体)快速大量增殖(3)杂交瘤细胞(4)筛选出能产生单一抗A抗体的杂交瘤细胞抗A单克隆解析(1)红细胞表面的凝集原与细胞识别有关，其化学本质是糖蛋白。从免疫学角度看是抗原。(2)小鼠受到抗原刺激后能产生B淋巴细胞，这种细胞能产生单一抗体，但不能增殖，骨髓瘤细胞能无限增殖但不能产生抗体。(3)通过动物细胞融合的方式可以获得杂交瘤细胞，产生单克隆抗体。(4)过程的目的是筛选出能产生单一抗A抗体的杂交瘤细胞，通过或可大量产生抗A单克隆抗体。1动物细胞融合中使用的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，失去感染力答案D解析灭活的仙台病毒不具有生物活性，不具有侵染细胞的能力，但具有抗原性，能够促进动物细胞融合。2单克隆抗体是指()A单个骨髓瘤细胞增殖产生的抗体B单个B淋巴细胞增殖产生的抗体C单个杂交瘤细胞增殖产生的高度单一的抗体D单个抗体通过克隆化产生大量抗体答案C解析单克隆抗体的制备过程是：将一种抗原注入小鼠体内，获得能产生抗体的B淋巴细胞，然后将B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞同时培养，在聚乙二醇的诱导下，促使B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，得到杂交瘤细胞。从中选出能产生抗体的细胞群，即可得到单克隆抗体。单克隆抗体是利用B淋巴细胞能产生抗体的能力，骨髓瘤细胞能无限增殖的特点，制备出的抗体。骨髓瘤细胞自身不能产生抗体，则A项错误。而一个细胞产生的抗体是非常有限的，不能应用于生产和实践。所以单个B淋巴细胞也不能产生大量的抗体，B项错误。抗体本身很难克隆，而单个杂交瘤细胞通过无性繁殖能产生大量的相同的杂交瘤细胞，产生的抗体专一，特异性强。3如图是单克隆抗体制备过程示意图，其中1过程注射的物质和A细胞的名称分别是()A抗体、T淋巴细胞 B抗原、T淋巴细胞C抗体、B淋巴细胞 D抗原、B淋巴细胞答案D解析单克隆抗体技术首先应该获得能产生单一抗体的B淋巴细胞，所以应该向小鼠注射单一抗原，刺激小鼠产生相应的B淋巴细胞，由B淋巴细胞产生单一抗体。然后利用动物细胞融合技术使B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合获得杂交瘤细胞。然后在体外进行培养或在体内培养获得大量的单一抗体。4甲流(H1N1)在世界各地大面积蔓延，有些国家还出现了死亡病例。科学家已分离出H1N1病毒(一种RNA病毒)。某制药厂根据下面流程图生产预防和治疗甲流的抗体，请据图回答有关问题。(1)若A细胞是小鼠骨髓瘤细胞，则B细胞是取自感染病毒的人体内的_细胞，促进d过程的常用诱导剂是_。(2)假设仅考虑某两个细胞的融合，则可形成_种类型的C细胞，因此需用培养基筛选出_(填特点)的D细胞用于培养。D细胞的名称是_。(3)理论上，注射了该抗体的人群不能长期对甲流有免疫作用，试分析原因。_。(4)不同种动物的体细胞融合，相比诱变育种和杂交育种方法，具有_等突出的优点。(5)请说明单克隆抗体的主要作用。_。答案(1)B淋巴聚乙二醇(PEG)(灭活的病毒)(2)3既能无限增殖又能产生特异性抗体杂交瘤细胞(杂交细胞)(3)引起甲流的病毒不断发生变异(4)目的性强；克服远缘杂交不亲和性(其他合理答案亦可)(5)作为诊断试剂；用于治疗疾病和运载药物等(其他合理答案亦可)解析若A细胞是小鼠骨髓瘤细胞，则B细胞是取自感染病毒的人体内的B淋巴细胞，二者在聚乙二醇诱导剂的作用下融合。在细胞融合的过程中，可能有的能融合，有的不能融合。如果仅考虑两个细胞的融合，则可能有A细胞与A细胞、A细胞与B细胞、B细胞与B细胞三种融合方式，所以需要筛选出既能无限增殖又能产生特异性抗体(即A细胞与B细胞融合)的D细胞(杂交瘤细胞)。注射了该抗体的人群不能长期对甲流有防疫作用的原因可能是甲流病毒不断产生变异，因而原抗体对变异的甲流不起作用，或者是抗体已经消失等。诱变育种和杂交育种只能发生在同种生物之间，而动物体细胞融合可以发生在不同种生物之间，因而可以克服远缘杂交不亲和的障碍。单克隆抗体可作为诊断试剂，可用于治疗疾病和运载药物等。基础过关知识点一动物细胞融合1与植物体细胞杂交相比，动物细胞融合的原理及其特有的诱导因子分别是()A细胞膜的流动性、离心B细胞膜的流动性、灭活的病毒C细胞的全能性、电激D细胞的全能性、灭活的病毒答案B解析植物体细胞杂交的原理是细胞膜的流动性、植物细胞的全能性，动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性；动物细胞融合的常用诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒、电激等，其中灭活的病毒是其特有的诱导因子，而聚乙二醇、电激均可用于诱导植物体细胞杂交。2关于动物细胞融合的说法，不正确的是()A动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程B动物细胞融合后形成的具有原来两个或多个动物细胞遗传信息的单核细胞称为杂交细胞C常用的诱导动物细胞融合的因素有：聚乙二醇、灭活的病毒、电激、紫外线照射D细胞融合技术突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能答案C解析紫外线照射常用做人工诱变，可诱发基因突变，而不是诱导细胞融合的因素。3灭活的病毒可诱导细胞融合，克隆技术可以克服异体组织或器官的排斥，这些都依赖于细胞的识别功能。这种细胞识别功能的物质基础是()A磷脂分子 B氨基酸C核酸 D糖蛋白答案D4目前，动物细胞融合的用途中最重要的是()A克服远缘杂交不亲和 B制备单克隆抗体C培育新物种 D生产杂交细胞答案B解析动物细胞融合不像植物体细胞杂交那样主要是为了克服远缘杂交不亲和的障碍，以培育新品种。另外，植物体细胞杂交还应用了植物体细胞的全能性，动物细胞作为整体，它的全能性受到限制，目前只见到高度分化的细胞核在去核卵母细胞中表现出全能性，还未见到融合细胞核表现出全能性的例子，因此动物细胞融合不能用来培育新物种。生产杂交细胞，不是细胞融合的主要目的，杂交细胞只是细胞融合完成后所形成的结构名称。知识点二单克隆抗体的制备5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，其特点是()A单克隆抗体特异性强、纯度低、灵敏度高、产量高B单克隆抗体特异性强、纯度高、灵敏度低、产量高C单克隆抗体特异性强、纯度高、灵敏度高、产量低D单克隆抗体特异性强、纯度高、灵敏度高、产量高答案D解析单克隆抗体与常规抗体相比，特异性强、灵敏度高、纯度高、产量高。6科学家用小鼠骨髓瘤细胞与某种细胞融合，得到杂交细胞，经培养可产生大量的单克隆抗体。与骨髓瘤细胞融合的是()A经过免疫的B淋巴细胞B不经过免疫的T淋巴细胞C经过免疫的T淋巴细胞D不经过免疫的B淋巴细胞答案A解析单克隆抗体的产生是利用了细胞工程中的细胞融合技术。小鼠的骨髓瘤细胞与经过免疫的B淋巴细胞融合成杂交瘤细胞，在体外培养的条件下无限繁殖，产生特异性的单一抗体。7制备单克隆抗体所采用的细胞工程技术包括()细胞培养细胞融合胚胎移植细胞核移植A B C D答案A解析制备单克隆抗体时，首先采用细胞融合技术得到杂交瘤细胞，再采用动物细胞培养技术获得能产生所需抗体的细胞群。8要想获得大量的单克隆抗体就必须用单个的B淋巴细胞进行无性繁殖，形成细胞群。其原因是()A在体外培养条件下B淋巴细胞可以无限增殖B在动物体内，每个B淋巴细胞可产生多种抗体C每一个B淋巴细胞都参与特异性免疫反应D每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体但不能大量增殖答案D解析B淋巴细胞寿命短，它能够参与特异性免疫，但不一定都参与；B淋巴细胞的免疫具有特异性，即每一个B淋巴细胞只能产生一种与特定抗原结合的抗体。能力提升9下列关于动物细胞融合和植物体细胞杂交的比较中，正确的是()A诱导融合的方法完全相同B所用的技术手段完全相同C所采用的原理完全相同D都能形成杂种细胞答案D解析解答此题需要从如下几方面入手分析：首先，两种细胞工程技术都要进行细胞融合，且融合的技术基本相同；第二，诱导的方法，除动物细胞的融合常用灭活的病毒作诱导剂外，其他的方法基本相同；第三，二者采用的原理不同，动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性，最终形成的是杂交细胞，植物体细胞杂交依据的原理是细胞膜的流动性和细胞的全能性，最终杂种细胞形成的是杂种植株。10以绵羊红细胞刺激小鼠脾脏B淋巴细胞，再将后者与小鼠骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞克隆群，由此筛选出的单克隆杂交瘤细胞所产生的抗体()A能识别绵羊整个红细胞B只识别绵羊红细胞表面的特定分子C能识别绵羊所有体细胞D只识别绵羊所有体细胞表面的特定分子答案B解析单克隆抗体具有特异性强的特点，只能针对特定的抗原。本题中的抗原是绵羊红细胞表面的特定分子，并非整个红细胞，也非其他体细胞。11下列关于单克隆抗体制备过程的叙述，正确的是()A制备过程中不需要动物细胞培养技术B杂交瘤细胞具有B淋巴细胞与癌细胞的所有特点C经选择培养基筛选出来的杂交瘤细胞可用于单克隆抗体的生产D单克隆抗体最广泛的用途是用做体外诊断试剂答案D解析单克隆抗体的制备是将骨髓瘤细胞与B淋巴细胞结合得到杂交瘤细胞，经过选择培养基的筛选并经单一抗体检测后，培养能产生特定抗体的杂交瘤细胞，杂交瘤细胞能无限增殖但不具有癌细胞的转移能力。12关于单克隆抗体的生产和应用，错误的是()A对小动物注射特定抗原以获取所需的B淋巴细胞B融合并筛选特定的杂交瘤细胞，原代培养发生遗传物质改变后才能进行传代培养C特定的单克隆抗体可制成试剂，用于检测人体是否受某种抗原的感染D治疗癌症的“生物导弹”原理之一是利用单克隆抗体的特异性识别癌细胞答案B解析单克隆抗体的制备是用骨髓瘤细胞和经过免疫的B淋巴细胞融合后得到杂交瘤细胞，杂交瘤细胞既具有骨髓瘤细胞无限增殖的能力，又具有B淋巴细胞产生抗体的特点，所以不需经过遗传物质的改变便能无限增殖；单克隆抗体最广泛的应用是作为诊断试剂；如果把抗癌细胞的单克隆抗体与放射性同位素、化学药物或细胞毒素相结合，制成“生物导弹”，注入体内，借助单克隆抗体的导向作用，将药物带到癌细胞所在位置，便可将癌细胞杀死。13下图是单克隆抗体制备流程阶段示意图。(1)_技术是单克隆抗体技术的基础。(2)根据培养基的用途分类，图中HAT培养基属于_培养基。(3)单克隆抗体与常规的血清抗体相比，最大的优越性是_。(4)动物细胞融合除了采用植物细胞原生质体融合常用的诱导剂外，还可以采用_。(5)选出的杂交瘤细胞既具备骨髓瘤细胞_的特点，又具备淋巴细胞_的特点。答案(1)动物细胞培养(2)选择(3)特异性强，灵敏度高(4)灭活的病毒(5)在体外大量增殖分泌特异性抗体解析单克隆抗体是通过细胞融合、动物细胞培养制备的，其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。由图示信息可知：图中所用的培养基是选择性培养基，目的是筛选出杂交瘤细胞，并将杂交瘤细胞分开，筛选之后进行扩大培养，从而获得大量抗体。单克隆抗体与常规抗体相比，特异性强，灵敏度高，可被广泛应用到疾病诊断、治疗和预防等方面。动物细胞融合除了使用离心、振动、电激等物理方法和聚乙二醇等化学方法诱导外，通常还采用灭活的病毒诱导融合。抗体是由已免疫的B淋巴细胞分泌的，每一种B淋巴细胞只能分泌一种特异性抗体，要想得到大量的单一抗体，必须将同一种B淋巴细胞大量克隆，但在体外培养的条件下，一个B淋巴细胞不能无限增殖，而骨髓瘤细胞可以在体外无限增殖，因此，通过细胞融合，得到既能分泌抗体，又能无限增殖的杂交瘤细胞。14右图为细胞融合过程示意图，请据图回答：(1)若A、B是植物细胞，则其融合形成的D细胞培养成植株，还要应用_技术。(2)若A、B是动物细胞，则一般取自_或幼龄动物器官、组织，然后用胰蛋白酶使其分散开来。A、B到C的过程中，常用的不同于植物细胞工程的方法是用_诱导细胞融合。(3)若该过程用于制备干扰素，A为小鼠_细胞，在获得此细胞之前，应给小鼠注射相应的抗原，此时的B为_细胞。(4)从A、B到C的过程中，可形成_种类型的C细胞(仅考虑两个细胞间的融合)。若该过程用于制备单克隆抗体，应筛选出符合要求的D细胞，方法是用特定的_培养基培养，筛选出的D细胞称为_；常用的培养方法有体外培养和体内培养两种，前者是在_培养基中培养，后者是在_内增殖。答案(1)植物组织培养(2)胚胎灭活的病毒(3)效应T骨髓瘤(4)3选择杂交瘤细胞液体动物的腹腔解析若A、B是植物细胞，则D代表杂种植株，若A、B是动物细胞，进行细胞培养时首先要用胰蛋白酶将器官、组织块分散成单个细胞，选用的材料一般为胚胎、幼龄动物的器官或组织，是因为这些部位的细胞代谢旺盛，细胞分裂能力强；如欲通过杂交细胞产生干扰素，类比“单克隆抗体的制备”方法，应融合效应T细胞和骨髓瘤细胞；能够产生单克隆抗体的是杂交瘤细胞，需用特定的选择培养基进行筛选，经抗体专一检测后大量克隆，以便进行体内或体外的单抗生产。个性拓展15自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼虫，这说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活。某同学提出问题：“动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？”他尝试设计出下列具体的实验方案。结合实验方案回答：实验原理：根据眼虫的特点，动物细胞和植物细胞之间在理论上是可以实现杂交的。实验步骤如下：(1)中选的植物材料细胞中，必须有的细胞器是_。(2)过程所用的酶是_。(3)过程除了用电激之外，还可以用_、_等作为诱导因素。(4)过程动物细胞体外培养需要满足的条件是_、_、_、_。(5)在整个实验过程中，要强调所用的器械的灭菌和无菌操作，原因是各种杂菌可以在培养基上迅速生长，培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和_争夺营养，而且这些杂菌生长的过程中会生成大量_，导致培养物迅速死亡。(6)在过程中，通常要添加血清，原因是_。答案(1)叶绿体(2)纤维素酶和果胶酶(3)灭活的病毒聚乙二醇振动离心(任写两种)(4)无菌、无毒的环境合适的营养适宜的温度、pH气体环境(5)培养物对培养物有害的物质(6)人们对细胞所需的营养物质还没有完全搞清楚，因此，在使用合成培养基时通常要加入血清、血浆等一些天然成分解析(1)根据题意可知，所选植物材料中必须含有叶绿体。(2)图中是去除植物细胞细胞壁的过程，所应用的酶是纤维素酶和果胶酶。(3)诱导细胞融合的因素除了电激外，还有振动、离心、聚乙二醇、灭活的病毒等。(4)图中是动物胚胎细胞培养，此过程需要满足以下条件：无菌、无毒的环境，合适的营养，适宜的温度和pH以及气体环境。(5)整个实验过程中，都是严格无菌的，否则各种杂菌会在培养基中生长，与所培养的细胞争夺营养，同时杂菌代谢也可能会产生出对培养物有毒的物质，导致培养物死亡。(6)动物细胞培养过程中需要加入血清或血浆，因为动物细胞生长过程中需要一些未知成分，而血清、血浆中含有一些天然成分。