浙科版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第三节 通过细胞融合可产生具有新特性的细胞学案设计

这是一份浙科版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第三节 通过细胞融合可产生具有新特性的细胞学案设计，共10页。
一、两个或多个动物细胞经诱导可融合形成一个细胞
1．细胞融合：在一些融合因子的作用下，将两个或两个以上的细胞合并成一个细胞的技术。
2．诱导因素：聚乙二醇处理、电流刺激或病毒诱导等。
3．细胞融合现象或技术应用
(1)细胞融合现象
①早在19世纪被发现。
②1838年在肿瘤中观察到了细胞融合后产生的多核细胞。
③1875年首次观察到了脊椎动物(蛙类)血液细胞的融合现象。
(2)细胞融合技术的探索及应用
①20世纪50年代末，日本学者冈田善雄发现仙台病毒可以促进腹水癌细胞进行细胞融合。
②1965年，研究证实了灭活的病毒在适当条件下确实可以诱导动物细胞融合。
③1970年，开始利用融合细胞作为实验材料系统绘制人类基因图。
④1975年，细胞融合技术被应用于免疫学领域，利用淋巴细胞和癌细胞的融合，培育单克隆抗体。
二、细胞融合技术是制备单克隆抗体的基础
1．传统获得抗体的方法：给动物注射相应抗原后从其血清中进行分离提取。
2．单克隆抗体：由一个B淋巴细胞增殖形成的细胞群所产生的单一型抗体分子就称为单克隆抗体。
3．单克隆抗体的制备
(1)制备原理
①B淋巴细胞的特点：每一种B淋巴细胞只产生一种特异的抗体，B淋巴细胞在体外不能(填“能”或“不能”)无限增殖。
②骨髓瘤细胞的特点：具有无限繁殖的能力。
③杂交瘤细胞的特点：既能大量增殖，又能产生特异性抗体。
(2)制备的基本方法：用外界抗原刺激动物(如小鼠、兔子等)，使其发生免疫反应，使B淋巴细胞产生抗体；利用仙台病毒或聚乙二醇等融合因子进行诱导，使能产生抗体的B淋巴细胞与可以无限传代的骨髓瘤细胞融合；经过筛选，获得既能产生特异性抗体，又能无限增殖的杂交瘤细胞；通过对杂交瘤细胞的克隆培养，获得单克隆抗体。
4．单克隆抗体的最大优点是：纯度高，可大量制备，在应用时具有特异性强、灵敏度高的特点。
5．单克隆抗体的应用
(1)作为特异性的探针，研究相应抗原蛋白的结构、细胞学分布及功能。
(2)成为解决生物学和医学等许多重大问题的有效手段：用单克隆抗体可以快捷、准确地诊断和治疗一些疾病。
(3)如果将抗癌药物连接到专门识别某种肿瘤细胞的单克隆抗体上，单克隆抗体就会像“生物导弹”一样携带抗癌药物准确地聚集到肿瘤细胞，专一地杀死肿瘤细胞，这样就避免了抗癌药物在消灭肿瘤细胞的同时对人体正常细胞的损伤。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．动物细胞融合过程中既有细胞膜融合也有核的融合。(√)
2．与植物原生质体融合相比，动物细胞融合特有的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒。(×)
提示：动物细胞融合特有的诱导因素为灭活的病毒。
3．用特定的抗原对小鼠进行免疫后，从小鼠脾脏中只能得到一种B淋巴细胞。(×)
提示：免疫后的小鼠从脾脏中获取的是多种B淋巴细胞。
4．单克隆抗体是单个B淋巴细胞增殖并产生的抗体。(×)
提示：单克隆抗体是杂交瘤细胞产生的抗体。
5．杂交瘤细胞既能产生特异性抗体，又能在正常培养条件下进行无限增殖。(√)
两个或多个动物细胞经诱导可融合形成一个细胞
动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较
1．动物细胞融合的结构基础是什么？融合处理后的细胞是否可以直接用于培养？为什么？(生命观念)
提示：细胞膜的流动性。不可以。因为诱导融合的手段只是促使细胞间的融合，不能保证所有细胞都发生融合，形成的融合细胞也有多种，因此需要筛选。
2．动物细胞之间或动物与人细胞之间都可以进行融合，产生的融合细胞有多少种？(只考虑两两融合)(生命观念)
提示：3种。
1．与植物体细胞杂交技术中的原生质体融合类似，动物细胞工程中也包括细胞融合技术，下列说法错误的是( )
A．动物细胞融合需要一些特殊的诱导因素，如聚乙二醇处理
B．在诱导因素的作用下，细胞膜会发生一定程度的损伤
C．1965年，研究证实了灭活的病毒在适当条件下确实可以诱导动物细胞融合
D．1967年，发现人鼠融合细胞中，鼠的染色体优先丢失现象
D [1967年，发现人鼠融合细胞中，优先丢失的是人的染色体。]
2．下列有关动物细胞融合与植物体细胞杂交比较的叙述，错误的是( )
A．它们的原理都涉及细胞膜的流动性
B．都可以用电融合法或PEG融合法诱导融合
C．融合前都需用纤维素酶或果胶酶处理细胞
D．前者主要为了获得细胞产品，后者主要为了获得杂种植株
C [动物细胞融合前需要用胰蛋白酶和胶原蛋白酶处理形成单个细胞。]
细胞融合技术是制备单克隆抗体的基础
1．血清抗体与单克隆抗体的比较
2.三种细胞的比较
3.制备过程
4．制备单克隆抗体过程中的两次筛选
细胞内DNA的合成一般有两条途径，主要途径是在细胞内由糖和氨基酸合成核苷酸，进而合成DNA，而氨基喋呤可以阻断此途径。辅助途径是在次黄嘌呤和胸腺嘧啶核苷存在的情况下，经酶的催化作用合成DNA，而骨髓瘤细胞的DNA合成没有此辅助途径。如何利用DNA合成途径不同的特点配制培养基筛选出杂交瘤细胞？请说明原理。
提示：在培养基中加氨基喋呤就可以筛选出杂交瘤细胞。因为培养基中加入氨基喋呤后，骨髓瘤细胞和两两融合的骨髓瘤细胞由于其唯一的DNA合成途径被抑制而不能增殖。B淋巴细胞本身不增殖，两两融合的B淋巴细胞也不增殖，只有杂交瘤细胞通过辅助途径合成DNA进行增殖。
3．甘草酸是中药甘草中的主要活性成分，为了快速检测甘草酸，科研人员利用细胞工程技术制备了抗甘草酸的单克隆抗体，其基本操作过程如图所示，下列相关叙述正确的是( )
A．过程①注射相应抗原后应立即从小鼠脾脏中提取细胞甲
B．过程②诱导细胞融合，利用了细胞膜的选择透过性
C．过程③④的筛选方法相同，细胞丙、丁遗传物质相同
D．过程⑤无论在体内还是体外进行，细胞丁都可大量增殖
D [过程①注射相应抗原后，需要机体进行免疫，产生具有免疫能力的B淋巴细胞后，才可以从小鼠脾脏中提取细胞甲，选项A错误；过程②诱导细胞融合，利用了细胞膜的流动性，选项B错误；过程③用选择培养基获得杂交瘤细胞，过程④用抗体检测和克隆培养得到能产生特定抗体的杂交瘤细胞，选项C错误；杂种细胞既能够增殖又能产生抗体，过程⑤无论在体内还是体外进行，细胞丁都可大量增殖，选项D正确。]
4．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( )
A．B淋巴细胞可产生抗体，但不能无限增殖；骨髓瘤细胞不产生抗体，但能无限增殖
B．B淋巴细胞和骨髓瘤细胞都能进行体外培养
C．B淋巴细胞既能无限增殖，也可以产生抗体
D．骨髓瘤细胞只有与B淋巴细胞融合，才能产生抗体
A [用杂交瘤细胞生产单克隆抗体，依据的原理是B淋巴细胞可产生抗体，但不能无限增殖；骨髓瘤细胞不产生抗体，但能无限增殖。]
为研制抗病毒A的单克隆抗体，某同学以小鼠甲为实验材料设计了以下实验流程。
本案例考查学生模型与建模、演绎与推理的科学思维能力及实验方案实施的能力。
(1)实验前对小鼠甲应做怎样的处理？处理的目的是什么？(科学思维)
提示：实验前对小鼠甲应注射病毒A，目的是诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞。
(2)怎样以小鼠甲的脾脏为材料制备单细胞悬液的？(科学思维)
提示：取小鼠甲脾脏剪碎，用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞，加入培养液制成单细胞悬液。
(3)图中筛选1从融合细胞中筛选出杂交瘤细胞的方法是什么？(科学思维)
提示：使用只能让杂交瘤细胞生长的选择培养基培养细胞。
(4)图中筛选2含多次筛选，筛选所依据的基本原理是什么？(生命观念)
提示：抗原与抗体的反应具有特异性。
(5)若要使能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖，可采用哪些方法？(科学思维)
提示：将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖或将杂交瘤细胞在体外培养。
[课堂小结]
1．动物细胞融合的原理是( )
A．细胞膜的流动性 B．细胞膜的选择透过性
C．细胞质的流动性 D．细胞质酶的活性
A [细胞能融合的原理是细胞膜具有流动性。]
2．下列关于动物细胞融合与植物体细胞杂交技术的说法，正确的是( )
A．基本原理相同
B．诱导细胞融合的方法相同
C．细胞融合前的处理过程相同
D．融合后都需要进行筛选
D [植物体细胞杂交的原理为细胞膜的流动性、植物细胞的全能性，而动物细胞融合利用的是细胞膜的流动性和细胞增殖；动物细胞融合常用灭活的病毒诱导，而植物体细胞杂交不能；动物细胞融合前需用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散开，植物体细胞杂交常用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁；诱导融合后会形成多种融合细胞，还有未融合细胞，因此要进行筛选。]
3．在单克隆抗体制备过程中，对骨髓瘤细胞和B淋巴细胞诱导融合后，要用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞。在这种培养基上不能存活、增殖的细胞是( )
①B淋巴细胞 ②骨髓瘤细胞 ③B淋巴细胞自身融合细胞 ④骨髓瘤细胞自身融合细胞 ⑤杂交瘤细胞
A．①②③④ B．①③⑤
C．②④ D．①③
A [在题中所述特定的选择培养基上，能够存活、增殖的细胞只有杂交瘤细胞。]
4．运用细胞工程技术获得单克隆抗体时，下列操作不必要的是( )
A．对小动物注射抗原B．融合并筛选杂交瘤细胞
C．培养杂交瘤细胞 D．将胰蛋白酶注入小鼠腹腔
D [胰蛋白酶在动物细胞培养时用到，是加到培养基中用于分离细胞的。]
5．下图表示单克隆抗体的制备过程，请据图回答下列问题。
(1)据图可知，________________技术是动物细胞工程技术的基础，而________技术突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。
(2)图中过程①常用的诱导因素是________，过程②常在________培养基中完成。
(3)A细胞为________细胞，其特点是________________________________
________________________________________________________________。
(4)合成的单克隆抗体最终可以从________和________中提取。
[解析] (1)动物细胞工程技术的基础是动物细胞培养，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。(2)过程①中诱导细胞融合的方法很多，如用灭活的病毒、聚乙二醇(PEG)等。过程②是单克隆抗体技术的筛选过程，是在特定的选择性培养基上进行的。(3)A细胞为杂交瘤细胞，杂交瘤细胞具有既能迅速大量增殖，又能产生特定抗体的特点。(4)杂交瘤细胞的培养一般有体外培养和体内培养两种方式，体外培养是在液体培养基中培养，培养后从培养液中提取单克隆抗体；体内培养是在小鼠腹腔中培养，培养后从小鼠腹水中提取单克隆抗体。
[答案] (1)动物细胞培养 细胞融合 (2)灭活的病毒(或聚乙二醇) 选择性 (3)杂交瘤 既能迅速大量增殖，又能产生特定抗体 (4)培养液 小鼠腹水课标内容要求
核心素养对接
1.阐明动物细胞融合是指通过物理、化学或生物学等手段，使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。
2.概述细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术。
1.生命观念——运用结构与功能观，理解动物细胞融合的原理和过程。
2.科学思维——结合具体实例，以流程图的形式表示单克隆抗体的制备过程。
3.社会责任——说明单克隆抗体的特点及应用。
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
在诱导因素的作用下，细胞膜会发生一定程度的损伤，细胞就可以实现相互粘连而融合在一起了
聚乙二醇处理、电流刺激或病毒诱导等
形成杂交细胞
培养杂交细胞或大量获得细胞产物
植物体细胞杂交
①细胞膜具有流动性；
②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
电刺激、离心、振荡、聚乙二醇等
形成杂种植株
克服远缘杂交不亲和的障碍
名称
产生
特点
血清抗体
由B淋巴(浆)细胞分泌
一般从血清中分离，产量低、纯度低、特异性差
单克隆抗体
由杂交瘤细胞分泌
特异性强、灵敏度高，能大量制备
细胞类型
来源
特点
已免疫的B
淋巴细胞
由B淋巴细胞受抗原刺激后增殖分化而来
能产生单一抗体，但不能无限增殖
骨髓瘤细胞
从骨髓肿瘤中提取
能无限增殖，但不能产生抗体
杂交瘤细胞
浆细胞与骨髓瘤细胞融合而成
既能产生单一抗体，又能无限增殖
项目
第一次筛选
第二次筛选
筛选原因
诱导融合后得到多种杂交细胞，另外还有未融合的细胞
从小鼠体内提取的B淋巴细胞有很多种，形成的杂交瘤细胞也有很多种
筛选方法
用特定的选择培养基筛选：未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞才能生长
用多孔培养皿培养，在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始克隆化培养和抗体检测，经多次筛选得到能产生特异性抗体的细胞群
筛选目的
得到杂交瘤细胞
得到能分泌所需抗体的杂交瘤细胞
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 背 诵
1.细胞融合就是在一些融合因子的作用下，将两个或两个以上的细胞合并成一个细胞的技术。
2.1970年，开始利用融合细胞作为实验材料系统绘制人类基因图。
3.由一个B淋巴细胞增殖形成的细胞群所产生的单一型抗体分子就称为单克隆抗体。
4.杂交瘤细胞既能产生特异性抗体，又能在正常培养条件下进行无限增殖。
5.单克隆抗体的最大优点是：纯度高，可大量制备，在应用时具有特异性强、灵敏度高的特点。