生物酶与生物膜ppt课件

1、第二节第二节 生物酶生物酶(Enzymes)一、人类对酶的认识一、人类对酶的认识一、古代人类对酶的感性认识一、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。、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多年前，周朝，民间就用风干磨碎的麦芽粉来制饴。麦芽粉来制饴。3、公元、公元10世纪左右我国已用豆类制酱。世纪左右我国已用豆类制酱。4、春秋战国时期漆已广为运用。、春秋战国时期漆已广为运用。5、古代史上有利用酶来治病的记载。、古代史上有利用酶来治病的记载。 二、古代人类的酶学实验二、古代人类的酶学实验1.17831.1783年，意大利科学家斯

2、帕朗扎尼年，意大利科学家斯帕朗扎尼SpallanzaniSpallanzani在实验中察看到鸟的胃液能使肉类分解消化。在实验中察看到鸟的胃液能使肉类分解消化。2.18102.1810年，药物学家帕朗奇年，药物学家帕朗奇PlanchePlanche从植物根中分从植物根中分别了一种能使愈创木脂氧化变蓝的物质，该物质耐热别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。且水溶性好。 3.3.酶水解作用的实验证据酶水解作用的实验证据 18141814年，帕朗奇年，帕朗奇PlanchePlanche与基希霍与基希霍(Kirchhoff(Kirchhoff几乎同时提示了酶催化下的水解景象。几乎同时

3、提示了酶催化下的水解景象。 ( (三、三、 早期的酶学术语早期的酶学术语1 1、酶最早的称号、酶最早的称号 酵素酵素FermentFerment作为酶的最早称号由此开场。作为酶的最早称号由此开场。 日本、德国不断沿用至今。日本、德国不断沿用至今。2 2、最早的酶制剂、最早的酶制剂 18331833年佩恩年佩恩PayenPayen和帕索兹和帕索兹PersozPersoz用用酒精处置麦芽提取酒精处置麦芽提取 液，分别出了一种能溶于水和稀酒精，对热液，分别出了一种能溶于水和稀酒精，对热不稳定的白色无定形不稳定的白色无定形 粉末，取名为粉末，取名为“淀粉酶淀粉酶diastasediastase，它，它

4、能使淀粉转化为糖，不能使淀粉转化为糖，不 久用于棉布退浆。这是历史上最早的酶制剂。久用于棉布退浆。这是历史上最早的酶制剂。3 3、diastasediastase来源于希腊文来源于希腊文“分别分别一词，很长一词，很长一段时期作为酶的术语。一段时期作为酶的术语。 四、晶体酶的获得UreaseUrease crystals crystals ( X 728)( X 728)Sumner, J. B. (1926) Sumner, J. B. (1926) “ The isolation and The isolation and crystallization of the crystalliza

5、tion of the enzyme enzyme ureaseurease”J. Biol. J. Biol. Chem.Chem.69:43569:435- -441.441.Pepsin crystalsPepsin crystals(X90)(X90)Northrop, Northrop, 1930)1930)Northrop, J. H. (1930)Northrop, J. H. (1930)“CrystallinCrystallin pepsin, 1: pepsin, 1: Isolation and tests of Isolation and tests of purity

6、purity”J. Gen . J. Gen . PhysiolPhysiol. .13:73913:739- -766.766.The Nobel Prize in Chemistry 1946for their preparation of enzymes andvirus proteins in a pure form“ for his discovery that enzymes can be crystallized19041904- -1971197118911891- -1987198718871887- -19551955Rockefeller Institute for Me

7、dical Rockefeller Institute for Medical Research Research Princeton, NJ, USA Princeton, NJ, USA Rockefeller Institute for Medical Rockefeller Institute for Medical Research Research Princeton, NJ, USA Princeton, NJ, USA Cornell University Cornell University Ithaca, NY, USAIthaca, NY, USA1/4 1/4 of t

8、he prize of the prize 1/4 1/4 of the prize of the prize 1/2 1/2 of the prize of the prize Wendell Meredith StanleyJohn Howard NorthropJames BatchellerSumner五、现代生物化学证明酶的化学本质是蛋白质 紫外紫外, ,热热, ,重金属重金属, ,酸、碱使酶失活。酸、碱使酶失活。 酶被蛋白酶水解酶降解而失活。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

9、子组成小分子辅因子组成 19691969年知道了年知道了RNaseRNase以后，人工合成了以后，人工合成了RNase,RNase,具有催化功具有催化功能，而能，而 且与牛胰且与牛胰 RNaseRNase一样。一样。什么是酶呢？什么是酶呢？二、酶的概念酶是一类具有催化活性的蛋白质酶是一类具有催化活性的蛋白质,由生物细胞在基因指点下合成，又叫生物催化剂。由生物细胞在基因指点下合成，又叫生物催化剂。注：绝大多数的酶都是蛋白质注：绝大多数的酶都是蛋白质三、酶的分子组成1.各部分在催化反响中的作用 四、酶的构造与功能四、酶的构造与功能 酶的一级构造是决议其催化功能最重要酶的一级构造是决议其催化功能最重

10、要的化学构造，是酶发扬催化功能的构造根的化学构造，是酶发扬催化功能的构造根底。底。 有一样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一样 。 酶一级构造的差别也决议了催化性质的不同，酶一级构造的差别也决议了催化性质的不同，如胰蛋白酶、如胰蛋白酶、 胰糜蛋白酶和弹性蛋白酶三种蛋白胰糜蛋白酶和弹性蛋白酶三种蛋白酶的活性中心酶的活性中心SerSer残基附近都有一个在立体构造上残基附近都有一个在立体构造上的的“口袋口袋状构造。由于三种蛋白酶的口袋状构造。由于三种蛋白酶

11、的口袋状构状构造不同，决议其与不同底物结合即有不同特异性。造不同，决议其与不同底物结合即有不同特异性。 酶的特异的三维空间构造是酶催化功能的酶的特异的三维空间构造是酶催化功能的根底。酶的二、三级构造是维持酶的活性中心空间根底。酶的二、三级构造是维持酶的活性中心空间构象的必需构造。构象的必需构造。五、酶反响的特点 酶是生物催化剂，具普通催化剂的共性酶是生物催化剂，具普通催化剂的共性 经过降低反响活化能而使反响速率加快经过降低反响活化能而使反响速率加快 酶的催化效率极高酶的催化效率极高 高度的专注性高度的专注性只能加快反响速度，不能只能加快反响速度，不能改动反响的平衡点；改动反响的平衡点；反响前后

12、质和量没有变化。反响前后质和量没有变化。 活化能活化能活化能：分子由常态转变为活化形状所需的能量。活化能：分子由常态转变为活化形状所需的能量。 H2O2 H2O+O2 的的 Ea = 75 kJ/mol 胶体铂催化该反响胶体铂催化该反响: Ea = 49 kJ/mol 过氧化氢酶催化时过氧化氢酶催化时: Ea = 8 kJ/mol过氧化氢酶过氧化氢酶 四、酶对于生命体的重要性 新陈代谢是生命景象的根本特征新陈代谢是生命景象的根本特征, ,包含物质代谢和能包含物质代谢和能量代谢量代谢. . 物质代谢是生物体与外界不断进展物质交换物质代谢是生物体与外界不断进展物质交换( (吸收营吸收营养排出废物养

13、排出废物) )的过程的过程 生物体经过物质的氧化获得能量并以高能键储存在体生物体经过物质的氧化获得能量并以高能键储存在体中中, ,需求时再释放能量的过程称为能量代谢需求时再释放能量的过程称为能量代谢 酶催化体系保证各种代谢过程有规律的进展酶催化体系保证各种代谢过程有规律的进展, ,维持生维持生命的延续命的延续. .五、几种酶的认识固氮酶超氧化物歧化酶一、固氮酶一、固氮酶 植物所吸收的氮素主要是无机态氮，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即铵态氮和硝态氮，也可以吸收利用有机态氮，如尿素等。态氮，如尿素等。 工业固氮；工业固氮； 自然合成；自然合成； 生物固氮生物

14、固氮( (主要方式主要方式) ) 1、工业上合成氨223HN 32NH正反响放热正反响放热反响条件：反响条件：在消费实践中，通常采用的压强是在消费实践中，通常采用的压强是20M Pa20M Pa50M 50M PaPa，采用，采用500500左右适宜温度。左右适宜温度。催化剂：采用铁触媒为主体的催化剂催化剂：采用铁触媒为主体的催化剂结合固氮结合固氮N2+8H+8e+16Mg-ATP2NH3+H2+16MgADP +16Pi 常温常压常温常压固氮酶固氮酶二、超氧化物歧化酶二、超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶Cu-Zn SOD)的空间构造1 1、 超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶SODSOD SOD是一种

15、广泛存在于生物体内，能催化超氧阴离子发生歧化反响的金属酶。 1969年初次从牛血红细胞中发现并分别出来的一种专门去除超氧自在基并命名为超氧化物岐化酶。O22. 种类：种类：Cu.ZnSOD MnSOD FeSOD 自在基与衰老自在基与衰老脂褐素在皮肤细胞中积聚脂褐素在皮肤细胞中积聚老人斑老人斑脂褐素在脑细胞中堆积脂褐素在脑细胞中堆积记忆衰退、智障记忆衰退、智障晶状体蛋白质交联晶状体蛋白质交联白内障；白内障； 视网膜损伤视网膜损伤老年黄斑病变老年黄斑病变胶原蛋白交联聚合胶原蛋白交联聚合( (水合性、弹性水合性、弹性)、透明质酸与弹性、透明质酸与弹性纤维降解导致皮肤保水性能、弹性、柔软性下降纤维降

16、解导致皮肤保水性能、弹性、柔软性下降皮肤皮肤干、皱，老化干、皱，老化生物大分子的降解、交联聚合：机体衰老的表征生物大分子的降解、交联聚合：机体衰老的表征 自在基与疾病自在基与疾病自在基与心血管疾病自在基与心血管疾病自在基与癌症自在基与癌症自在基与肺气肿自在基与肺气肿自在基与缺血后再灌注损伤自在基与缺血后再灌注损伤自在基与眼病自在基与眼病自在基与炎症自在基与炎症自在基与贫血自在基与贫血3.3.超氧化物歧化酶的生理功能超氧化物歧化酶的生理功能1、延缓由于自在基损害引起的衰老景象2、治疗由自在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：源于其对生物学功能：源于其对O2去除作用

17、去除作用 加强机体对外界环境的顺应才干：加强机体对外界环境的顺应才干： 烟雾、辐射、化学有害物等烟雾、辐射、化学有害物等 加强机体对疾病的抵抗力：加强机体对疾病的抵抗力： 自在基损伤诱发一系列的疾病自在基损伤诱发一系列的疾病 调血脂、延缓衰老：调血脂、延缓衰老： 脂质过氧化脂质过氧化生物大分子损伤生物大分子损伤免疫功能免疫功能机体衰老机体衰老 其它：如美容、护肤其它：如美容、护肤4. 机体自在基去除机制：机体自在基去除机制： 生理情况下，自在基的生成与去除处于动态平衡；生理情况下，自在基的生成与去除处于动态平衡；假设自在基生成过多或机体抗氧化才干缺乏，均可呵假设自在基生成过多或机体抗氧化才干缺

18、乏，均可呵斥组织细胞损伤斥组织细胞损伤1 1酶类自在基去除剂酶类自在基去除剂超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶SODSOD：去除：去除 O2O2 2O22O2 + 2H+ SOD H2O2 + O2 + 2H+ SOD H2O2 + O2 H2O2 H2O+O2过氧化氢酶过氧化氢酶2 2 非酶类自在基去除剂非酶类自在基去除剂脂溶性：脂溶性：VEVE、类胡萝卜素、胆红素等、类胡萝卜素、胆红素等 脂溶性：脂溶性：VCVC、白蛋白、金属结合蛋白、谷光甘肽等、白蛋白、金属结合蛋白、谷光甘肽等SOD的加工制备：的加工制备： 原料：目前主要利用动物血液原料：目前主要利用动物血液 提取工艺：蛋白酶制备工艺提取工艺

19、：蛋白酶制备工艺 制剂：胶囊、片剂：混合制剂：胶囊、片剂：混合造粒造粒枯燥枯燥装胶囊或压片装胶囊或压片 包衣包衣运用：医药、食品、日用化工运用：医药、食品、日用化工北京大宝化装品北京大宝化装品 2019 2019年年9 9月月1 1日，获国日，获国家质检总局授予的家质检总局授予的“中国中国名牌产品名牌产品称号称号第三节 生物膜生物膜：为生物体中具有特殊构造和功能选生物膜：为生物体中具有特殊构造和功能选择性的通透膜，如：择性的通透膜，如： 细胞膜、核膜等。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。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议生物膜的功能膜内所含蛋

20、白质的性质决议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、生物膜的构造 1972年S.J.Singer 液态镶嵌模型膜磷脂陈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,可以从双侧外表嵌入或穿透双分子层细胞膜的构造模型细胞膜的构造模型膜构造的液态镶嵌模型膜构造的液态镶嵌模型三、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信息识别与传送识别抗原的

21、受体l 区隔化或房室化compartmentalization内膜构造将细胞分隔成假设干独立空间。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。l 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在混合，又要维持各区间物质有控制地交流。l 能量转换energy conversiona. 线粒体 b. 叶绿体c.“c.“能势膜能势膜 例例如如脂双层脂双层细胞外细胞外细胞内细胞内葡萄糖的协同运送系统葡萄糖的协同运送系统l 信息识别与传送信息识别与传送l 如味觉如味觉,嗅觉等有味物质与膜受嗅觉等有味物质与膜受体结合引起膜电位改

22、动体结合引起膜电位改动,该信息再该信息再经味神经传送至中枢经味神经传送至中枢.成纤维细胞成纤维细胞膜受体识别并与胰岛素结合可导膜受体识别并与胰岛素结合可导致细胞分裂等致细胞分裂等.5.识别抗原的受体免疫球蛋白(抗体)四、生物膜的运用-仿生学1、海水净化安装：模拟生物膜选择性透过、海水净化安装：模拟生物膜选择性透过原理，对海水、污水进展净化获得纯真淡原理，对海水、污水进展净化获得纯真淡水。水。2 2农业上农作物的抗寒、抗旱、耐盐等。农业上农作物的抗寒、抗旱、耐盐等。3 3医学上根据生物膜的构造、功能原理，可医学上根据生物膜的构造、功能原理，可以研制出许多种代用的人体组织与器官。以研制出许多种代用的人体组织与器官。人工肾能部分替代真正肾脏起作用如下图患者的血液中人工肾能部分替代真正肾脏起作用如下图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、废物经过血纤维外向相反方向流动。血液中的水分子、废物经过血液透析膜中空纤维壁进入透析液中。液