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1、细胞工程基础第1页，共38页，编辑于2022年，星期二 本章是全书的背景之时基础，重点回顾了一些重要的与细胞工程有关的理论背景知识，尤其是细胞生物学、分子生物学等方面的知识，目的是为后续细胞工程各章的学习奠定基础。第2页，共38页，编辑于2022年，星期二细胞生物学基础分子生物学基础普通生物学基础第3页，共38页，编辑于2022年，星期二一、细胞生物学基础一、细胞生物学基础细胞是一切生命活动的基本结构和功能单位。1.细胞是由膜包围的原生质团，通过质膜与周围环境进行物质和信息交流；2.是构成有机体的基本单位，具有自我复制的能力，是有机体生长发育的基础；3.是代谢与功能的基本单位，具有完整的代谢和
2、调节体系，不同的细胞执行不同的功能；4.是遗传的基本单位，具有发育的全能性。第4页，共38页，编辑于2022年，星期二（一）细胞形状（一）细胞形状细胞的形状多种多样，有球体、多面体、纺锤体、和柱状体等。如，A 草履虫；细胞水平细胞水平第5页，共38页，编辑于2022年，星期二B、精子细胞；C骨骼细胞；D神经细胞；第6页，共38页，编辑于2022年，星期二植物气孔、血红细胞第7页，共38页，编辑于2022年，星期二（二）细胞元素组成（二）细胞元素组成这些对细胞培养的营养具有指导意义这些对细胞培养的营养具有指导意义 1、水是原生质最基本的物质作用:溶解无机物、调节温度、参加酶反应、参与物质代谢和形
3、成细胞有序结构。2、无机盐盐在细胞中解离为离子，离子的浓度除具有调节渗透压和维持酸碱平衡的作用外，还有许多重要的作用。第8页，共38页，编辑于2022年，星期二3、蛋白质是细胞的主要结构成分，而且更重要的是，生物专有的催化剂酶是蛋白质，因此细胞的代谢活动离不开蛋白质。4、核酸是生物遗传信息的载体分子5、脂类6、糖类第9页，共38页，编辑于2022年，星期二I细胞水平细胞水平课堂讨论：问题一：原核生物、动物与植物细胞结构有怎样的不同？这些对细胞培养条件、设备的优化具有指导意义。（三）原核细胞、真核细胞第10页，共38页，编辑于2022年，星期二1 1、原核细胞（、原核细胞（Prokaryotic
4、 cell Prokaryotic cell）没有核膜，遗传物质集中在一个没有明确界限的低电子密度区，称为拟核(nucleoid)。第11页，共38页，编辑于2022年，星期二基本特点：A.主染色体为一个环状裸露DNA B.无核膜 C.无膜系构造细胞器 D.以无丝分裂繁殖。第12页，共38页，编辑于2022年，星期二主要代表：细菌、蓝藻等第13页，共38页，编辑于2022年，星期二2 2、真核细胞（、真核细胞（Eukaryotic cellEukaryotic cell）第14页，共38页，编辑于2022年，星期二真核细胞具具有有质质膜膜，由由膜膜围围成成的的各各种种细细胞胞器器，如如核核膜膜
5、、内内质质网网、高高尔尔基基体体、线线粒粒体体、叶叶绿绿体体、溶溶酶酶体体等等在在结结构构上上形形成成了一个连续的体系，称为内膜系统。了一个连续的体系，称为内膜系统。内内膜膜系系统统将将细细胞胞质质分分隔隔成成不不同同的的区区域域，即即所所谓谓的的区区隔隔化化(compartmentalization)(compartmentalization)。区区隔隔化化使使细细胞胞内内表表面面积积增加了数十倍，代谢能力增强。增加了数十倍，代谢能力增强。第15页，共38页，编辑于2022年，星期二（四）三大结构体系：1、生物膜系统 质膜、内膜系统（细胞器）第16页，共38页，编辑于2022年，星期二2、遗
6、传信息表达系统 染色质(体)、核糖体、mRNA、tRNA等 第17页，共38页，编辑于2022年，星期二三大结构体系：3、细胞骨架系统 胞质骨架、核骨架第18页，共38页，编辑于2022年，星期二什么是细胞全能性？什么是细胞全能性？已经分化的动物细胞可以发育成为一个动物体（五）细胞全能性（五）细胞全能性第19页，共38页，编辑于2022年，星期二细胞全能性的概念 生物体的细胞具有使后代细胞形成整个个体的生物体的细胞具有使后代细胞形成整个个体的潜潜能能，细胞的这种特性叫做细胞全能性。，细胞的这种特性叫做细胞全能性。细胞具有这种潜能是因为每个细胞都包含了这个物种的所特有的全套遗传物质，具有发育成为
7、完整个体所必需的全部基因。第20页，共38页，编辑于2022年，星期二问题二：为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化问题二：为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官？成为不同的组织、器官？基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。在个基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。官。第21页，共38页，编辑于2022年，星期二细胞表现出全能性的条件细胞表现出全
8、能性的条件:1、离体状态2、具有一定营养物质、激素和其他外界条件第22页，共38页，编辑于2022年，星期二IIII染色体水平染色体水平问题三：染色质与染色体是怎样区分的？染色质和染色体是同一种物质在细胞周期不同时间的不同形式。第23页，共38页，编辑于2022年，星期二从DNA到染色体要经过4级包装，总共压缩了8400倍。染色体工程就是以染色体操作为基础的。因此了解染色体对于更好地理解和掌握这些技术具有重要作用。第24页，共38页，编辑于2022年，星期二问题五：什么是细胞周期？IIIIII细胞分裂细胞分裂第25页，共38页，编辑于2022年，星期二问题四：细胞分裂的方式有几种，分别是什么？
9、无丝分裂(amitosis)：又称直接分裂，由Remark（1841）发现于鸡胚血细胞，不涉及纺锤体形成及染色体变化。有丝分裂(mitosis)：又称为间接分裂，由Fleming(1882)年首次发现于动物，Strasburger(1880)发现于植物。减数分裂(meiosis）：染色体复制一次，细胞连续分裂两次。第26页，共38页，编辑于2022年，星期二问题五：细胞分裂间期主要完成哪些任务？前、中、后、末期都有哪些变化？间期：完成组成染色体的DNA分子的复制和有关蛋白质的合成；前期：出现染色体、核膜解体、核仁消失、形成方垂体；中期：染色体排列到赤道面上。后期：姐妹染色体单体分开并移向两极的
10、时期末期：从子染色体到达两极，至形成两个新细胞为止有丝分裂有丝分裂第27页，共38页，编辑于2022年，星期二减数分裂第28页，共38页，编辑于2022年，星期二问题六：有丝分裂与减数分裂各自特点是怎样的？有怎样的区别？减数分裂染色体经过复制一次后，要 经过两次分裂，形成四个细胞，结果子细胞的染色体数目比亲代细胞减少了一半。第29页，共38页，编辑于2022年，星期二二、分子生物学引论二、分子生物学引论 遗传性状改良，制造新物种遗传性状改良，制造新物种证据1：细菌转化实验证据2：噬菌体感染大肠杆菌实验。基因的化学本质是DNA（一段片段），而不是蛋白质。基本单位是脱氧核苷酸DNA模型与电子衍射图
11、象1953沃森与克里克第30页，共38页，编辑于2022年，星期二（三）（三）DNADNA复制复制基因与蛋白质的关系 中心法则问题：基因就是DNA，对吗？碱基序列决定氨基酸序列3个碱基，1个遗传密码第31页，共38页，编辑于2022年，星期二基因工程的两个关键基础基因工程的两个关键基础所以生物的DNA的基本结构都是一致的，因此两种生命形态的基因可以融合为一体。密码子与氨基酸之间的关系是同样的，即：遗传密码是通用的。基因决定性状（一）青霉菌能产生对人类有用的抗生素青霉素基因决定性状（二）家蚕能够吐出蚕丝为人类利用基因决定性状（三）豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮第32页，共38页，编辑于2022
12、年，星期二定向基因改造设想定向基因改造设想能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？能否让细菌“吐出”蚕丝？能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物 经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术基因工程。第33页，共38页，编辑于2022年，星期二什么是基因工程？什么是基因工程？在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出所需要的基因产物。基因操作的工具基因操作的工具基因的剪刀限制性内切酶；基因的针线DNA连接酶；基因的运输工具运载体第34页，共38页，编
13、辑于2022年，星期二三、普通生物学基础三、普通生物学基础组织培养、胚胎工程组织培养、胚胎工程1、细胞与组织、细胞与组织动物组织可分：上皮组织、结缔组织、肌肉组织和神经组织。第35页，共38页，编辑于2022年，星期二3 3、生殖与发育、生殖与发育（1）无性生殖）无性生殖 一切不涉及性别、没有配子参与、没有受精过程的生殖。裂殖（单细胞）、出芽（以酵母为代表）、孢子生殖（真菌和藻类产生孢子）、再生作用（生物自身修复损伤）。第36页，共38页，编辑于2022年，星期二（2）有性生殖）有性生殖 两个性细胞融合为一，成为合子或受精卵，再发育成为新一代个体。分：高等植物的生殖和发育和高等动物的生殖和发育高等动物的生殖和发育高等动物的生殖和发育动物受精卵的早期发育一般都要经过囊胚、原肠胚和中胚层发生等阶段。第37页，共38页，编辑于2022年，星期二4 4、遗传与育种、遗传与育种培养动植物优良品种可以采用以下方法：根据细胞融合、杂交等理论建立新品种；人工诱发突变，即用辐射或化学诱变剂等手段改变遗传形状，诱导新品种的产生；采用多倍体诱导等染色体工程技术；通过转基因技术转入外源基因再体内表达，制造新物种；通过组织培养、胚胎移植、克隆等技术手段实现快速育种。第38页，共38页，编辑于2022年，星期二