生物酶与生物膜.ppt

,第二节 生物酶,(Enzymes),一、人类对酶的认识,（一）、古代人类对酶的感性认识1、最早利用酶造福于人类的产业是酿酒技术。2、3000多年前，周朝，民间就用风干磨碎的麦芽粉来制饴。3、公元10世纪左右我国已用豆类制酱。4、春秋战国时期漆已广为应用。5、古代史上有利用酶来治病的记载。,（二）、古代人类的酶学实验,1.1783年，意大利科学家斯帕朗扎尼（Spallanzani）在实验中观察到鸟的胃液能使肉类分解消化。2.1810年，药物学家帕朗奇（Planche）从植物根中分离了一种能使愈创木脂氧化变蓝的物质，该物质耐热且水溶性好。3.酶水解作用的实验证据 1814年，帕朗奇（Planche）与基希霍(Kirchhoff）几乎同时揭示了酶催化下的水解现象。,(三）、早期的酶学术语1、酶最早的名称 酵素（Ferment）作为酶的最早名称由此开始。日本、德国一直沿用至今。2、最早的酶制剂 1833年佩恩（Payen）和帕索兹（Persoz）用酒精处理麦芽提取 液，分离出了一种能溶于水和稀酒精，对热不稳定的白色无定形 粉末，取名为“淀粉酶”（diastase），它能使淀粉转化为糖，不 久用于棉布退浆。这是历史上最早的酶制剂。3、diastase来源于希腊文“分离”一词，很长一段时期作为酶的术语。,（四）、晶体酶的获得,（五）、现代生物化学证明酶的化学本质是蛋白质,紫外,热,重金属,酸、碱使酶失活。酶被蛋白酶水解酶降解而失活。对纯化后的或结晶的酶的分析证明酶由蛋白质或蛋白质+小分子（辅因子）组成 1969年知道了RNase以后，人工合成了RNase,具有催化功能，而 且与牛胰 RNase一样。,二、酶的概念,酶是一类具有催化活性的蛋白质,由生物细胞在基因指导下合成，又叫生物催化剂。,注：绝大多数的酶都是蛋白质,三、酶的分子组成,1.各部分在催化反应中的作用,四、酶的结构与功能 酶的一级结构是决定其催化功能最重要的化学结构，是酶发挥催化功能的结构基础。,有相同催化功能的同一类酶，其活性中心的一些氨基酸序列有极大的同源性。如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶均属于胰蛋白酶家族，这三种酶活性中心的氨基酸残基有25%的同源性，甚至二硫键的位置亦相同。,酶一级结构的差别也决定了催化性质的不同，如胰蛋白酶、胰糜蛋白酶和弹性蛋白酶三种蛋白酶的活性中心Ser残基附近都有一个在立体结构上的“口袋”状结构。由于三种蛋白酶的口袋”状结构不同，决定其与不同底物结合即有不同特异性。酶的特异的三维空间结构是酶催化功能的基础。酶的二、三级结构是维持酶的活性中心空间构象的必需结构。,五、酶反应的特点,酶是生物催化剂，具一般催化剂的共性通过降低反应活化能而使反应速率加快酶的催化效率极高高度的专一性,只能加快反应速度，不能改变反应的平衡点；反应前后质和量没有变化。,活化能,活化能：分子由常态转变为活化状态所需的能量。,H2O2 H2O+O2 的 Ea=75 kJ/mol 胶体铂催化该反应:Ea=49 kJ/mol 过氧化氢酶催化时:Ea=8 kJ/mol,过氧化氢酶,四、酶对于生命体的重要性,新陈代谢是生命现象的基本特征,包含物质代谢和能量代谢.物质代谢是生物体与外界不断进行物质交换(吸收营养排出废物)的过程生物体通过物质的氧化获得能量并以高能键贮存在体中,需要时再释放能量的过程称为能量代谢酶催化体系保障各种代谢过程有规律的进行,维持生命的延续.,五、几种酶的认识,固氮酶超氧化物歧化酶,（一）、固氮酶,氮素吸收的形式：,植物所吸收的氮素主要是无机态氮，即铵态氮和硝态氮，也可以吸收利用有机态氮，如尿素等。,吸收态氮的形成：,工业固氮；自然合成；生物固氮(主要方式),1、工业上合成氨,（正反应放热）,反应条件：在生产实际中，通常采用的压强是20M Pa50M Pa，采用500左右适宜温度。催化剂：采用铁触媒为主体的催化剂,2、生物固氮,什么叫做生物固氮？,固氮微生物将大气中的N2还原为NH3。,固氮微生物有哪些种类？,联合固氮,指与一些绿色植物互利共生的固氮微生物。,以共生固氮微生物的生物固氮为例：,概念：,根瘤菌,举例：,根瘤菌固定的氮素占自然界生物固氮总量的绝大部分,1）根瘤菌只有侵入豆科植物根内才能固氮。2）不同的根瘤菌各自只能侵入特定种类的豆科植物。（特异性）,根瘤菌的固氮特点：,互利共生关系,根瘤菌与豆科植物的关系是什么？,提供可直接利用的氮素提供有机养料和生活环境,二者的互利共生关系具体表现在？,根瘤菌豆科植物豆科植物根瘤菌,根瘤菌在豆科植物中的分布,大豆的根瘤,豌豆的根瘤,N2+8H+8e+16Mg-ATP2NH3+H2+16MgADP+16Pi,（二）、超氧化物歧化酶,超氧化物歧化酶（Cu-Zn SOD)的空间结构,1、超氧化物歧化酶（SOD）,SOD是一种广泛存在于生物体内，能催化超氧阴离子发生歧化反应的金属酶。1969年首次从牛血红细胞中发现并分离出来的一种专门清除超氧自由基并命名为超氧化物岐化酶。,O2,2.种类：Cu.ZnSOD MnSOD FeSOD,自由基与衰老,脂褐素在皮肤细胞中积聚老人斑脂褐素在脑细胞中堆积记忆衰退、智障晶状体蛋白质交联白内障；视网膜损伤老年黄斑病变胶原蛋白交联聚合(水合性、弹性)、透明质酸与弹性纤维降解导致皮肤保水性能、弹性、柔软性下降皮肤干、皱，老化,生物大分子的降解、交联聚合：机体衰老的表征,自由基与疾病,自由基与心血管疾病自由基与癌症自由基与肺气肿自由基与缺血后再灌注损伤自由基与眼病自由基与炎症自由基与贫血,3.超氧化物歧化酶的生理功能,1、延缓由于自由基侵害引起的衰老现象2、治疗由自由基损伤而诱发的疾病3、消除肌肉疲劳4、提高人体的抵抗力,生物学功能：源于其对O2清除作用 增强机体对外界环境的适应能力：烟雾、辐射、化学有害物等 增强机体对疾病的抵抗力：自由基损伤诱发一系列的疾病 调血脂、延缓衰老：脂质过氧化生物大分子损伤免疫功能机体衰老 其它：如美容、护肤,4.机体自由基清除机制：,生理情况下，自由基的生成与清除处于动态平衡；如果自由基生成过多或机体抗氧化能力不足，均可造成组织细胞损伤,（1）酶类自由基清除剂,超氧化物歧化酶（SOD）：清除 O2 2O2+2H+SOD H2O2+O2,H2O2 H2O+O2,过氧化氢酶,（2）非酶类自由基清除剂,脂溶性：VE、类胡萝卜素、胆红素等 脂溶性：VC、白蛋白、金属结合蛋白、谷光甘肽等,SOD的加工制备：原料：目前主要利用动物血液 提取工艺：蛋白酶制备工艺 制剂：胶囊、片剂：混合造粒干燥装胶囊或压片 包衣应用：医药、食品、日用化工,北京大宝化妆品有限公司,2003年9月1日，获国家质检总局授予的“中国名牌产品”称号,第三节 生物膜,生物膜：为生物体中具有特殊结构和功能选择性的通透膜，如：细胞膜、核膜等。细胞膜以及各种细胞器的外膜通称为生物膜。膜内所含蛋白质的性质决定生物膜的功能,显微镜下的生物膜。,一、生物膜的组成,生物膜都是由蛋白质、脂类和少量的糖组成。但不同的生物膜，三种成分的含量不同。,二、生物膜的结构,1972年S.J.Singer 液态镶嵌模型膜磷脂排列成双分子层构成膜基质双分子层的膜基质具有流动性、柔韧性、高电阻性及对高极性分子的不通透性膜蛋白为球蛋白,包埋于基质中,可以从双侧表面嵌入或穿透双分子层,细胞膜的结构模型,膜结构的液态镶嵌模型,三、生物膜的功能,区隔化或房室化（compartmentalization）物质的跨膜运输（transport）能量转换（energy conversion）信息识别与传递识别抗原的受体,区隔化或房室化（compartmentalization）,内膜结构将细胞分隔成若干独立空间。在每一个膜包裹的空间聚集着特定种类的生物大分子，共同完成着某一项特定的生命活动。,物质的跨膜运输（transport）,生物膜既要防止细胞与环境之间以及细胞内各房室之间的物质自由混合，又要维持各区间物质有控制地交流。,能量转换（energy conversion）,a.线粒体 b.叶绿体”,c.“能势膜”示例,葡萄糖的协同运送系统,信息识别与传递 如味觉,嗅觉等有味物质与膜受体结合引起膜电位改变,该信息再经味神经传递至中枢.成纤维细胞膜受体识别并与胰岛素结合可导致细胞分裂等.,5.识别抗原的受体免疫球蛋白(抗体),四、生物膜的应用-（仿生学）,1、海水净化装置：模拟生物膜选择性透过原理，对海水、污水进行净化获得纯净淡水。,2）农业上农作物的抗寒、抗旱、耐盐等。,3）医学上根据生物膜的结构、功能原理，可以研制出许多种代用的人体组织与器官。,人工肾能部分代替真正肾脏起作用如图所示患者的血液中在中空纤维中向一侧流动，称为透析液的水溶液在中空纤维外向相反方向流动。血液中的水分子、废物通过血液透析膜（中空纤维壁）进入透析液中。,人工制成血液透析膜具有选择透过性当病人的血液流过人工肾时，能把病人血液中的代谢废物透析掉，然后让 新鲜 的血液返回到病人体内。,1.简述DNA的结构、功能及其与基因、蛋白质、遗传等的关系。2.简述转基因与杂交的区别。3.什么是酶？其催化反应有何特点?4.简述生物膜的基本结构及功能5.谈谈你对克隆人的看法,1.简述DNA的结构、功能及其与基因、蛋白质、遗传等的关系。答：DNA具有双螺旋结构，是生物遗传信息的携带者，而蛋白质是生命活动的执行者。基因是具有遗传功能的单元，一个基因是DNA片段中核苷酸碱基特定的序列，此序列载有某特定蛋白质的遗传信息、基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位，是有遗传效应的DNA片段。,2.简述转基因与杂交的区别。,答：转基因和杂交是完全不同的概念。杂交只能在同类之间发生，如圆皮豌豆和皱皮豌豆的杂交。而转基因则可以提取不同种类植物甚至动物的基因，将其移植到植物上。,3.什么是酶？其催化反应有何特点?,答：酶是一类具有催化活性的蛋白质,由生物细胞在基因指导下合成，又叫生物催化剂。绝大多数酶都是蛋白质。催化反应的特点：（1）酶是生物催化剂，具一般催化剂的共性（2）通过降低反应活化能而使反应速率加快（3）酶的催化效率极高（4）高度的专一性,4.简述生物膜的基本结构及功能,