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文檔簡介
生物酶與生物膜第1頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一一、人類對酶的認識(一)、古代人類對酶的感性認識1、最早利用酶造福于人類的產業(yè)是釀酒技術。2、3000多年前,周朝,民間就用風干磨碎的麥芽粉來制飴。3、公元10世紀左右我國已用豆類制醬。4、春秋戰(zhàn)國時期漆已廣為應用。5、古代史上有利用酶來治病的記載。
第2頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一(二)、古代人類的酶學實驗1.1783年,意大利科學家斯帕朗扎尼(Spallanzani)在實驗中觀察到鳥的胃液能使肉類分解消化。2.1810年,藥物學家帕朗奇(Planche)從植物根中分離了一種能使愈創(chuàng)木脂氧化變藍的物質,該物質耐熱且水溶性好。
3.酶水解作用的實驗證據1814年,帕朗奇(Planche)與基?;?Kirchhoff)幾乎同時揭示了酶催化下的水解現(xiàn)象。
第3頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一(三)、
早期的酶學術語1、酶最早的名稱酵素(Ferment)作為酶的最早名稱由此開始。
日本、德國一直沿用至今。2、最早的酶制劑
1833年佩恩(Payen)和帕索茲(Persoz)用酒精處理麥芽提取液,分離出了一種能溶于水和稀酒精,對熱不穩(wěn)定的白色無定形粉末,取名為“淀粉酶”(diastase),它能使淀粉轉化為糖,不久用于棉布退漿。這是歷史上最早的酶制劑。3、diastase來源于希臘文“分離”一詞,很長一段時期作為酶的術語。
第4頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一(四)、晶體酶的獲得第5頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一第6頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一第7頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一(五)、現(xiàn)代生物化學證明酶的化學本質是蛋白質紫外,熱,重金屬,酸、堿使酶失活。酶被蛋白酶水解酶降解而失活。對純化后的或結晶的酶的分析證明酶由蛋白質或蛋白質+小分子(輔因子)組成1969年知道了RNase以后,人工合成了RNase,具有催化功能,而且與牛胰RNase一樣。第8頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一什么是酶呢??二、酶的概念
酶是一類具有催化活性的蛋白質,由生物細胞在基因指導下合成,又叫生物催化劑。注:絕大多數的酶都是蛋白質第9頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一三、酶的分子組成第10頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一1.各部分在催化反應中的作用第11頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一第12頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一
四、酶的結構與功能
酶的一級結構是決定其催化功能最重要的化學結構,是酶發(fā)揮催化功能的結構基礎。
有相同催化功能的同一類酶,其活性中心的一些氨基酸序列有極大的同源性。如胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶均屬于胰蛋白酶家族,這三種酶活性中心的氨基酸殘基有25%的同源性,甚至二硫鍵的位置亦相同。第13頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一
酶一級結構的差別也決定了催化性質的不同,如胰蛋白酶、胰糜蛋白酶和彈性蛋白酶三種蛋白酶的活性中心Ser殘基附近都有一個在立體結構上的“口袋”狀結構。由于三種蛋白酶的口袋”狀結構不同,決定其與不同底物結合即有不同特異性。酶的特異的三維空間結構是酶催化功能的基礎。酶的二、三級結構是維持酶的活性中心空間構象的必需結構。第14頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一第15頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一五、酶反應的特點酶是生物催化劑,具一般催化劑的共性通過降低反應活化能而使反應速率加快酶的催化效率極高高度的專一性只能加快反應速度,不能改變反應的平衡點;反應前后質和量沒有變化。第16頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一活化能活化能:分子由常態(tài)轉變?yōu)榛罨癄顟B(tài)所需的能量。第17頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一第18頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一H2O2H2O+O2的Ea=75kJ/mol膠體鉑催化該反應:Ea=49kJ/mol過氧化氫酶催化時:Ea=8kJ/mol過氧化氫酶第19頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一四、酶對于生命體的重要性新陳代謝是生命現(xiàn)象的基本特征,包含物質代謝和能量代謝.物質代謝是生物體與外界不斷進行物質交換(吸收營養(yǎng)排出廢物)的過程生物體通過物質的氧化獲得能量并以高能鍵貯存在體中,需要時再釋放能量的過程稱為能量代謝酶催化體系保障各種代謝過程有規(guī)律的進行,維持生命的延續(xù).第20頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一五、幾種酶的認識固氮酶超氧化物歧化酶第21頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一(一)、固氮酶第22頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一氮素吸收的形式:植物所吸收的氮素主要是無機態(tài)氮,即銨態(tài)氮和硝態(tài)氮,也可以吸收利用有機態(tài)氮,如尿素等。吸收態(tài)氮的形成:工業(yè)固氮;自然合成;
生物固氮(主要方式)第23頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一1、工業(yè)上合成氨(正反應放熱)反應條件:在生產實際中,通常采用的壓強是20MPa~50MPa,采用500℃左右適宜溫度。催化劑:采用鐵觸媒為主體的催化劑第24頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一第25頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一2、生物固氮什么叫做生物固氮?固氮微生物將大氣中的N2還原為NH3。共生固氮微生物自生固氮微生物根瘤菌→豆科植物放線菌→非豆科植物藍藻(如魚腥藻)→水生蕨類等圓褐固氮菌(好氧)梭菌(厭氧)固氮微生物有哪些種類?聯(lián)合固氮第26頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一指與一些綠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為例:概念:根瘤菌舉例:根瘤菌固定的氮素占自然界生物固氮總量的絕大部分第27頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一1)根瘤菌只有侵入豆科植物根內才能固氮。2)不同的根瘤菌各自只能侵入特定種類的豆科植物。(特異性)根瘤菌的固氮特點:第28頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一互利共生關系根瘤菌與豆科植物的關系是什么?提供可直接利用的氮素提供有機養(yǎng)料和生活環(huán)境二者的互利共生關系具體表現(xiàn)在?根瘤菌→豆科植物豆科植物→根瘤菌第29頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一根瘤菌在豆科植物中的分布大豆的根瘤豌豆的根瘤第30頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一第31頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一N2+8H++8e+16Mg-ATP2NH3+H2+16MgADP+16Pi
常溫常壓固氮酶第32頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一(二)、超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶(Cu-ZnSOD)的空間結構第33頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一1、超氧化物歧化酶(SOD)SOD是一種廣泛存在于生物體內,能催化超氧陰離子發(fā)生歧化反應的金屬酶。1969年首次從牛血紅細胞中發(fā)現(xiàn)并分離出來的一種專門清除超氧自由基并命名為超氧化物岐化酶。O2·第34頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一2.種類:Cu.Zn—SODMn—SODFe—SOD
第35頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一自由基與衰老脂褐素在皮膚細胞中積聚→老人斑脂褐素在腦細胞中堆積→記憶衰退、智障晶狀體蛋白質交聯(lián)→白內障;視網膜損傷→老年黃斑病變膠原蛋白交聯(lián)聚合(水合性、彈性↓)、透明質酸與彈性纖維降解導致皮膚保水性能、彈性、柔軟性下降→皮膚干、皺,老化生物大分子的降解、交聯(lián)聚合:機體衰老的表征第36頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一自由基與疾病自由基與心血管疾病自由基與癌癥自由基與肺氣腫自由基與缺血后再灌注損傷自由基與眼病自由基與炎癥自由基與貧血第37頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一3.超氧化物歧化酶的生理功能1、延緩由于自由基侵害引起的衰老現(xiàn)象2、治療由自由基損傷而誘發(fā)的疾病3、消除肌肉疲勞4、提高人體的抵抗力第38頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一生物學功能:源于其對O2·-清除作用
增強機體對外界環(huán)境的適應能力:煙霧、輻射、化學有害物等增強機體對疾病的抵抗力:
自由基損傷誘發(fā)一系列的疾病
調血脂、延緩衰老:
脂質過氧化→生物大分子損傷→免疫功能↓→機體衰老其它:如美容、護膚第39頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一4.機體自由基清除機制:生理情況下,自由基的生成與清除處于動態(tài)平衡;如果自由基生成過多或機體抗氧化能力不足,均可造成組織細胞損傷(1)酶類自由基清除劑超氧化物歧化酶(SOD):清除O2·-
2O2·-
+2H+
SODH2O2+O2H2O2H2O+O2過氧化氫酶第40頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一(2)非酶類自由基清除劑脂溶性:VE、類胡蘿卜素、膽紅素等脂溶性:VC、白蛋白、金屬結合蛋白、谷光甘肽等第41頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一SOD的加工制備:
原料:目前主要利用動物血液提取工藝:蛋白酶制備工藝制劑:膠囊、片劑:混合→造?!稍铩b膠囊或壓片包衣應用:醫(yī)藥、食品、日用化工北京大寶化妝品有限公司2003年9月1日,獲國家質檢總局授予的“中國名牌產品”稱號第42頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一第三節(jié)生物膜第43頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一生物膜:為生物體中具有特殊結構和功能選擇性的通透膜,如:細胞膜、核膜等。細胞膜以及各種細胞器的外膜通稱為生物膜。膜內所含蛋白質的性質決定生物膜的功能第44頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一顯微鏡下的生物膜。第45頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一一、生物膜的組成
生物膜都是由蛋白質、脂類和少量的糖組成。但不同的生物膜,三種成分的含量不同。第46頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一二、生物膜的結構
1972年S.J.Singer液態(tài)鑲嵌模型膜磷脂排列成雙分子層構成膜基質雙分子層的膜基質具有流動性、柔韌性、高電阻性及對高極性分子的不通透性膜蛋白為球蛋白,包埋于基質中,可以從雙側表面嵌入或穿透雙分子層第47頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一細胞膜的結構模型第48頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一膜結構的液態(tài)鑲嵌模型第49頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一三、生物膜的功能區(qū)隔化或房室化(compartmentalization)物質的跨膜運輸(transport)能量轉換(energyconversion)信息識別與傳遞識別抗原的受體
……第50頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一區(qū)隔化或房室化(compartmentalization)內膜結構將細胞分隔成若干獨立空間。在每一個膜包裹的空間聚集著特定種類的生物大分子,共同完成著某一項特定的生命活動。第51頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一物質的跨膜運輸(transport)生物膜既要防止細胞與環(huán)境之間以及細胞內各房室之間的物質自由混合,又要維持各區(qū)間物質有控制地交流。第52頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一能量轉換(energyconversion)a.線粒體b.葉綠體”第53頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一c.“能勢膜”示例脂雙層細胞外細胞內葡萄糖的協(xié)同運送系統(tǒng)第54頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一信息識別與傳遞
如味覺,嗅覺等有味物質與膜受體結合引起膜電位改變,該信息再經味神經傳遞至中樞.成纖維細胞膜受體識別并與胰島素結合可導致細胞分裂等.第55頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一5.識別抗原的受體—免疫球蛋白(抗體)第56頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一四、生物膜的應用------(仿生學)
1、海水凈化裝置:模擬生物膜選擇性透過原理,對海水、污水進行凈化獲得純凈淡水。第57頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一2)農業(yè)上農作物的抗寒、抗旱、耐鹽等。3)醫(yī)學上根據生物膜的結構、功能原理,可以研制出許多種代用的人體組織與器官。第58頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一人工腎能部分代替真正腎臟起作用如圖所示患者的血液中在中空纖維中向一側流動,稱為透析液的水溶液在中空纖維外向相反方向流動。血液中的水分子、廢物通過血液透析膜(中空纖維壁)進入透析液中。第59頁,共65頁,2023年,2月20日,星期一人工制成血液透析膜具有選擇透過性當
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