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高中三年级生物

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    利用建立的诱导体系能够高效地诱导胚胎干细胞向胰岛B细胞的分化。据此回答有关该项研究工作的一些问题:

    (1)实验用的胚胎干细胞取自小鼠的__________,取出的干细胞要进行______________,这个过程需要向培养液中加入诱导物。两周后,镜检发现培养的细胞呈胰岛样细胞的变化,这一过程称为___________。随后,又进行了一系列实验,以检测该细胞是否具有胰岛B细胞的生理功能。
    (2)胰岛素释放实验:控制培养液中__________的浓度,检测细胞分泌的胰岛素的量,图示实验结果,据此分析干细胞诱导成功。得到此结论的依据是_________________________。本实验还可通过______技术制备抗胰岛素抗体以检测胰岛素的分泌量。
    (3)体内移植实验:将该细胞移植到___________小鼠体内,测__________含量,结果如下图所示。胰岛素移植实验是否支持胰岛素释放实验的结论?__________。在进行细胞移植时需用同一品系的小鼠,其目的是___________。

    (4)胰岛B细胞是胰岛组织中分泌胰岛素的细胞,胰岛A细胞分泌_______,在这些激素的共同作用下,维持机体内血糖浓度_____________。
    (5)本研究的意义:_______________________。
    本题信息:2011年北京期末题生物实验题难度极难 来源:姚瑶
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本试题 “利用建立的诱导体系能够高效地诱导胚胎干细胞向胰岛B细胞的分化。据此回答有关该项研究工作的一些问题:(1)实验用的胚胎干细胞取自小鼠的__________,取出的...” 主要考查您对

细胞的分化

血糖的平衡与调节

动物细胞的培养

动物细胞的核移植技术

单克隆抗体

胚胎工程的应用及前景

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细胞的分化及其意义:

1、细胞的分化的概念:在个体发育中,相同细胞的后代,在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。
2、细胞分化的基础和实质
(1)分化的基础:每个细胞都含有一套与受精卵完全相同的染色体,即携带有本物种的全部遗传信息。
(2)分化的实质:是在遗传物质的控制下合成特异性蛋白质的过程,即基因的选择性表达。
3、细胞分化的过程
(1)从细胞水平分析:细胞形态、结构和功能改变的结果。
(2)从亚显微结构水平分析:细胞器的数目及细胞质基质成分和功能改变的结果。
(3)从分子水平分析
①蛋白质角度:蛋白质种类、数量、功能改变的结果。
②基因角度:基因选择性表达的结果,这是细胞分化的根本原因。
4、细胞分化的特点
(1)持久性:细胞分化贯穿于生物体整个生命历程中,在胚胎期达到最大限度。
(2)不可逆性:一般来说,分化了的细胞将一直保持分化后的状态,直到死亡。
(3)普遍性:是生物界中普遍存在的生命现象,是生物个体发育的基础。
(4)遗传物质不变性:细胞分化是伴随着细胞分裂进行的,亲代与子代细胞的形态、结构或功能发生改变,但细胞内的遗传物质却不变。
5、细胞分化的结果:形成形态、结构和功能不同的组织和器官。
6、细胞分化的意义
(1)细胞分化是生物界普遍存在的生命现象,是生物个体发育的基础。
(2)细胞分化使多细胞生物体内的细胞趋向专门化,有利于提高各种生物功能的效率。


 


细胞增殖与细胞分化的区别分析:

细胞增殖 细胞分化
细胞变化 数量增多 细胞形态、结构、生埋功能发生了稳定性差异,且这种差异是不可逆转的
发生时间 从受精卵开始,有些部位的细胞终生保持分裂能力,有的细胞发育到一定时期停止分裂 持久性变化,胚胎时期达最大限度
在个体发育中的意义 保持了亲代和子代间遗传物质的稳定性 没有细胞分化,生物体不能进行正常发育

细胞分化与细胞全能性的区别与联系:

细胞分化 细胞全能性
原理 细胞内基因的选择性表达 含本物种全套遗传物质
特点 持久性、不可逆性、普遍性 ①高度分化的植物体细胞表达全能性需要一定的条件;②动物已分化的体细胞的全能性受到限制,但细胞核仍具有全能性
结果 形成形态、结构、生理功能不同的细胞 形成新个体
 大小比较 细胞分化程度有高低之分,如体细胞>生殖细胞>受精卵  细胞全能性有大小之分,如受精卵>生殖细胞>体细胞
关系 ①两者的遗传物质都不发生变化 ②细胞的分化程度越高,全能性越小


知识点拨:

1、过程:受精卵→增殖为多细胞→分化为组织、器官、系统→发育为生物体
2、细胞分化程度由高至低的顺序是神经组织干细胞、骨髓造血干细胞、胚胎干细胞;造血干细胞还有可能分化成为其他组织的细胞,说明动物细胞也可能具有全能性,因为每个细胞都是由受精卵发育而来的,都具有全套的遗传物质。人们对干细胞的研究,可以对某些疾病进行治疗,可以进行医学上的组织修复,还可以帮助人们了解细胞的分化机制。


知识拓展:

1、细胞的分裂是细胞分化的基础。细胞的分裂与分化往往是相伴相随的,随着细胞分化程度的加深,细胞的分裂能力逐渐下降。
2、细胞分裂结束后,细胞生活有三种状态:一是继续分裂增殖,如根尖分生区细胞;二是暂不分裂增殖,如植株上受顶芽抑制的侧芽细胞;三是不再进入细胞周期而发生分化,如人体的红细胞、神经细胞等。 3、判断细胞全能性的表达与细胞分化的依据是二者的终点不同,细胞分化的终点是组织、器官;细胞全能性表达的终点是完整个体。
4、植物细胞的全能性易表现,动物细胞的全能性受限制,但动物细胞的细胞核仍具有全能性。
5、细胞全能性高低与分化的关系:细胞全能性高低与分化程度成负相关,分化程度越大,全能性越低。
6、管家基因与奢侈基因
(1)管家基因指所有细胞均要表达的一类基因,其产物是维持细胞基本生命活动所必需的,如呼吸酶基因。
(2)奢侈基因是指不同类型细胞特异性表达的基因,其严物赋予不同细胞特异的生理功能,如血红蛋白基因、胰岛素基因。
血糖的平衡调节:

1、血糖来源和去路:
“三来”——食物吸收(主要)、糖原分解、非糖转化
“三去”——氧化分解(主要)、合成糖原、转化为非糖
2、调节血糖浓度的激素
(1)胰高血糖素
①内分泌细脆:胰岛A细胞。
②作用:作用于肝脏,主要促进肝糖原分解和非糖物质转化、升高血糖。
③这是升高血糖最重要的激素。
(2)胰岛素
①内分泌细胞:胰岛B细胞。
②作用:促进细胞对血糖的摄取、氧化分解、合成和转化,抑制肝糖原分解和非糖物质转化。总之是通过促进血糖去向,抑制血糖来源达到降低血糖的目的。
③这是唯一能降低血糖的激素。
(3)肾上腺素南肾上腺分泌的一种氨基酸类衍生物,也有升高血糖作用。
3、血糖平衡调节
(1)调节方式:神经一体液调节
(2)具体调节过程:
 
血糖的神经调节:

4、血糖平衡异常血糖的平衡对于保证人体各种组织和器官的能量供应,进而保持人体健康有重大意义。血糖的平衡失调时,可导致人体出现多种疾病症状。
(1)当血糖浓度低于0.5-0.6g/L时,出现低血糖早期症状(四肢发冷、面色苍白、出冷汗、头晕、心慌等)。
(2)当血糖浓度低于0.45g/L时,出现低血糖晚期症状(除早期症状外还出现惊厥及昏迷等)。
(3)当空腹血糖浓度高于1.3g/L时,出现高血糖症状。
(4)当血糖浓度高于1.6-1.8g/L时,出现糖尿现象。 




知识拓展:

糖尿病的发病机理及危害
(1)I型糖尿病的发病原因:胰岛B细胞受到破坏或免疫损伤导致的胰岛素绝财缺乏是I型糖尿病的发病原因。 (2)Ⅱ型糖尿病的发病原因:机体组织细胞对胰岛素敏感性降低(可能与细胞膜上胰岛素受体受损有关),而血液中的胰岛素降低并不明显。
(3)症状:“三多一少”(多尿、多饮、多食;体重减少)。
(4)治疗:调节和控制饮食,结合药物治疗。
(5)正常人血糖浓度范围0.8-1.2g/L。
①口服葡萄糖,血糖升高的原因是葡萄糖经吸收后进入血液。
②消化吸收后血糖浓度降低的原因是胰岛素分泌增加,导致血糖去路增加。
③较长时间后血糖降低到一定水平的原因是细胞的氧化分解,此时胰高血糖素分泌增加,需肝糖原分解来维持血糖平衡。
(6)胰岛素是唯一降低血糖的激素,胰高血糖素是主要的升高血糖的激素。胰岛素和胰高血糖素是相互拮抗作用,共同维持血糖含量的稳定。除胰高血糖素外,肾上腺素也具有升高血糖的作用。胰高血糖素和肾上腺素是协同作用。
动物细胞培养:

1、动物细胞的培养:动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后放在适宜的培养基中,让这些细胞生长和繁殖。
2、动物细胞培养液的成分:葡萄糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。
3、动物细胞培养液的特点:液体培养基含动物血清。
4、动物细胞培养需要满足以下条件
(1)充足的营养供给——微量元素、无机盐、糖类、氨基酸、促生长因子、血清等。
(2)适宜的温度:36.5℃±0.5℃;适宜的pH:7.2~7.4。
(3)无菌、无毒的环境:培养液应进行无菌处理。通常还要在培养液中添加一定量的抗生素,以防培养过程中的污染。此外,应定期更换培养液,防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。
(4)气体环境:95%空气+5%CO2。O2是细胞代谢所必需的,CO2的主要作用是维持培养液的pH。
5、动物细胞培养的过程:
取动物组织块(动物胚胎或幼龄动物的器官或组织)→剪碎→用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代培养。




植物组织培养和动物细胞培养:

项目 植物组织培养 动物细胞培养
理论基础 植物细胞的全能性 细胞增殖
培养基 类型 (半)固体培养基 液体培养基
成分 水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨基酸、琼脂 葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、促生长因子、动物血清等
取材 植物幼嫩部位或花药等 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织
过程
结果 新的组织或植株个体,可以体现全能性 新的细胞系或细胞株,不形成个体,不体现全能性
应用 ①植株快速繁殖
②脱毒植株的培育
③人工种子
④生产药物、杀虫剂等
⑤转基因植物的培育
①蛋白质坐物制品的生产
②皮肤移植材料的培育
③检测有毒物质
④生理、病理、药理学研究
相同点 ①两技术手段培养过程中都进行有丝分裂,都是无性繁殖,都可称克隆,都不涉及减数分裂
②均需无菌操作,需要适宜的温度、pH等条件

知识点拨:

1、细胞贴壁和接触抑制:悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。细胞数目不断增多,当贴壁细胞分裂生长到表面相互抑制时,细胞就会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的接触抑制。
2、动物细胞培养技术的应用:制备病毒疫苗、制备单克隆抗体、检测有毒物质、培养医学研究的各种细胞。
3、细胞株传至50代后,不能再传下去,但有部分存活的细胞一般能够传到40~50代,这种传代细胞叫做细胞株。
4、细胞株细胞的遗传物质没有发生改变。当细胞株传至50代以后又会出现“危机”,不能再传下去。但是有部分细胞的遗传物质发生了改变,而且带有癌变的特点,有可能在培养条件下无限制地传代下去,这种传代细胞成为细胞系。

 知识拓展:

1、动物细胞培养技术的应用
(1)生产病毒疫苗、单克隆抗体、干扰素等。
(2)利用动物细胞培养技术中的细胞贴壁生长和接触抑制的特点,可用烧伤病人自己的健康皮肤细胞培养出大量的自身薄层皮肤细胞,以供植皮所需。
(3)培养的动物细胞用于检测有毒物质,判断某种物质的毒性。
2、用胰蛋白酶处理组织块,可使细胞分散开,这样做的目的是使细胞与组织液充分接触,这也说明了细胞间的主要物质是蛋白质。
3、当动物细胞培养超过50代后,少数细胞发生突变而持续分裂成为癌变细胞。癌细胞失去了接触抑制,可以在培养瓶中形成多层细胞。
4、动物细胞培养基成分特有的动物血清含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等多种成分.
5、植物组织培养最终产生新个体,体现全能性;动物细胞培养产生大量细胞,不形成新个体,故不能体现全能性。


动物细胞的核移植技术:

1.原理:动物细胞核的全能性和细胞膜具一定的流动性。
2.种类:动物核移植技术可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,前者比较容易。
3.材料
(1)供体细胞一般选优良动物的传代培养10代以内的细胞。
(2)受体细胞一般为减数第二次分裂中期的次级卵母细胞:①卵母细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质;②卵母细胞体积大,便于操作;③卵黄多,营养物质丰富。
4.过程


体细胞核移植的大致过程是:
高产奶牛(提供体细胞)进行细胞培养;同时采集卵母细胞,在体外培养到减二分裂中期的卵母细胞,去核(显微操作) ;将供体细胞注入去核卵母细胞;通过电刺激使两细胞融合,供体核进入受体卵母细胞,构建重组胚胎;将胚胎移入受体(代孕)母牛体内;生出与供体奶牛遗传基因相同的犊牛。
5、体细胞核移植技术的应用:
①加速家畜遗传改良进程,促进良畜群繁育;
②保护濒危物种,增大存活数量;
③生产珍贵的医用蛋白;
④作为异种移植的供体;
⑤用于组织器官的移植等。

知识点拨:

选用去核卵(母)细胞的原因:卵(母)细胞比较大,容易操作;卵(母)细胞细胞质多,营养丰富; 细胞质不会抑制细胞核全能性的表达。
知识拓展:

1、体细胞核移植技术存在的问题:克隆动物存在着健康问题、表现出遗传和生理缺陷等。
2、细胞核移植技术中注入去核卵母细胞中的不是供体细胞核,而是整个细胞,佯随着两细胞融合,体现细胞膜的结构特点:具有一定的流动性。
3、核移植时,一般先用电刺激使供受体细胞融合,再用物理或化学方法激活受体细胞,使其完成细胞分裂和发育进程。
4、克隆动物的性状与核供体生物的性状基本相同,而不是完全相同,因为克隆动物的细胞质遗传物质来自于受体卵母细胞;生物的性状不仅与遗传物质有关,还受环境的影响。
5、克隆属于无性繁殖,产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。
单克隆抗体:

1、抗体:一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。从血清中分离出的抗体产量低、纯度低、特异性差。
2、单克隆抗体的制备
(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,然后从小鼠脾内获得相应的B淋巴细胞
(2)获得杂交瘤细胞
①将鼠的骨髓瘤细胞与脾细胞中形成的B淋巴细胞融合;
②用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞,该杂种细胞既能够增殖又能产生抗体。
(3)克隆化培养和抗体检测
(4)将杂交瘤细胞在体外培养或注射到小鼠腹腔内增殖
(5)提取单克隆抗体:从细胞培养液或小鼠的腹水中提取
3、单克隆抗体的应用
(1)作为诊断试剂,具有准确、高效、简易、快速的优点。
(2)用于治疗疾病和运载药物。


血清抗体与单克隆抗体的比较:

名称 产生 特点
血清抗体 由B淋巴 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

知识点拨:

1、融合的结果是有很多不符合要求的;如有2个B淋巴细胞融合的细胞等,所以要进行筛选。
2、筛选出能够分泌所需抗体的杂种细胞。
3、杂交瘤细胞的特点:既能大量繁殖,又能产生专一的抗体。
4、单克隆抗体的优点:特异性强,灵敏度高,并能大量制备。
5、单克隆抗体的作用:作为诊断试剂:准确识别各种抗原物质的细微差异,并跟一定抗原发生特异性结合,具有准确、高效、简易、快速的优点。用于治疗疾病和运载药物:主要用于治疗癌症治疗,可制成“生物导弹”,也有少量用于治疗其它疾病。
知识拓展:

制备单克隆抗体过程中的筛选:筛选是将未融合的B淋巴细胞、骨髓瘤细胞以及BB融合、瘤瘤融合的细胞通过选择培养基淘汰,筛选出B瘤融合的细胞。筛选是将产生特定抗体的B瘤细胞通过细胞培养用相应抗原检测的办法筛选出来。因为从体内取免疫过的B淋巴细胞时取出很多种,形成的杂交瘤细胞有很多种,所以需筛选出产生特定抗体的杂交瘤细胞。

胚胎工程的应用及前景:

1、胚胎移植
(1)概念:是指将雌性动物的早期胚胎,或者通过体外受精及其它方式得到的胚胎,移植到同种的、生理状态相同的其它雌性动物的体内,使之继续发育为新个体的技术。其中提供胚胎的个体称为“供体”,接受胚胎的个体称为“受体”。  
(2)基本程序主要包括:
①对供、受体的选择和处理。选择遗传特性和生产性能优秀的供体,有健康的体质和正常繁殖能力的受体,供体和受体是同一物种。并用激素进行同期发情处理,用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理。
②配种或人工授精。
③对胚胎的收集、检查、培养或保存。配种或输精后第7天,用特制的冲卵装置,把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来(也叫冲卵)。对胚胎进行质量检查,此时的胚胎应发育到桑椹或胚囊胚阶段。直接向受体移植或放入-196℃的液氮中保存。
④对胚胎进行移植。
⑤移植后的检查。对受体母牛进行是否妊娠的检查。
(3)胚胎移植的意义:大大缩短了供体本身的繁殖周期,充分发挥雌性优良个体的繁殖能力。
(4)胚胎移植的生理学基础:
①动物发情排卵后,同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的。这就为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。
②早期胚胎在一定时间内处于游离状态。这就为胚胎的收集提供了可能。
③受体对移入子宫的外来胚胎不发生免疫排斥反应。这为胚胎在受体的存活提供了可能。
④供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响。
2、胚胎分割
(1)概念:是指采用机械方法将早期胚胎切割2等份、4等份等,经移植获得同卵双胎或多胎的技术。
(2)材料:发育良好,形态正常的桑椹胚或囊胚。(桑椹胚至囊胚的发育过程中,细胞开始分化,但其全能性仍很高,也可用于胚胎分割)
(3)理论基础:细胞的全能性。
(4)所用仪器设备:实体显微镜和显微操作仪。
(5)操作过程:选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚,移人盛有操作液的培养皿中,然后用分割针或分割刀进行分割。
(6) 意义:加快繁殖速度。
3、胚胎干细胞
(1)哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞,来源于早期胚胎或从原始性腺中分离出来。
(2)具有胚胎细胞的特性,在形态上表现为体积小,细胞核大,核仁明显;在功能上,具有发育的全能性,可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。另外,在体外培养的条件下,可以增殖而不发生分化,可进行冷冻保存,也可进行遗传改造。
(3)胚胎干细胞的主要用途是:
①可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律;
②是在体外条件下研究细胞分化的理想材料,在培养液中加入分化诱导因子,如牛黄酸等化学物质时,就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化,这为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段;
③可以用于治疗人类的某些顽疾,如帕金森综合症、少年糖尿病等;
④利用可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性,移植ES细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能;
⑤随着组织工程技术的发展,通过ES细胞体外诱导分化,定向培育出人造组织器官,用于器官移植,解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。
知识点拨:

1、供体为优良品种,作为受体的雌性动物应为常见或存量大的且身体健康有良好的生育能力的品种。
2、地位:如转基因、核移植,或体外受精等任何一项胚胎工程技术所生产的胚胎,都必须经过胚胎移植技术才能获得后代,是胚胎工程的最后一道“工序”。
3、胚胎分割要求:对囊胚阶段的胚胎分割时,要将内细胞团均等分割,否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
4、来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质,属于无性繁殖。
5、实质:是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转换,而胚胎本身的遗传物质并不发生改变,因此各种性状能保持其原来的优良特性。
6、优势:充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,从而大大缩短了供体本身的繁殖周期,大大推动了畜牧业的发展。
发现相似题
与“利用建立的诱导体系能够高效地诱导胚胎干细胞向胰岛B细胞的分...”考查相似的试题有: