生物信号检测及传感器第一节ppt课件

1、第二章第二章 传感器生物材料传感器生物材料 生物传感器的分子识别元件又称敏感元件生物传感器的分子识别元件又称敏感元件, ,主要指来主要指来源于生物体的生物活性物质包括酶、抗原、抗体和源于生物体的生物活性物质包括酶、抗原、抗体和各种功能蛋白质、核酸、微生物细胞、细胞器、动植各种功能蛋白质、核酸、微生物细胞、细胞器、动植物组织）、生物衍生材料以及或生物模拟材料等物组织）、生物衍生材料以及或生物模拟材料等. . 生物传感器的分子识别元件的生物反应原理生物传感器的分子识别元件的生物反应原理: : 酶及酶反应酶及酶反应 人工酶人工酶 微生物反应微生物反应 免疫学反应免疫学反应 分子模版高分子分子模版高分

2、子 molecular imprinting molecular imprinting polymers polymers 核酸和核酸反应核酸和核酸反应 核酸适配体核酸适配体aptamers aptamers ） 催化抗体催化抗体( (抗体酶抗体酶) ) 催化性核酸催化性核酸（一）、什么是酶？酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物分子，所以又称为生物催化剂Biocatalysts 。绝大多数的酶都是蛋白质。酶催化的生物化学反应，称为酶促反应Enzymatic reaction。在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物substrate。 1)1)结合部位结合部位 Binding siteBin

3、ding site 酶分子中与底物结合的部位或酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为结合部位。区域一般称为结合部位。 2)2)催化部位催化部位 catalytic sitecatalytic site 酶分子中促使底物发生化学变酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。化的部位称为催化部位。 通常将酶的结合部位和催化部通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的活性部位或活性位总称为酶的活性部位或活性中心。中心。 结合部位决定酶的专一性结合部位决定酶的专一性. . 催化部位决定酶所催化反应的催化部位决定酶所催化反应的性质。性质。1. 1. 酶分子的结构特点酶分子的结构特点 酶分子中存在着一些可

4、以与酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种程度的结合其他分子发生某种程度的结合的部位，从而引起酶分子空间的部位，从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑构象的变化，对酶起激活或抑制作用。制作用。3)3)调控部位调控部位 Regulatory siteRegulatory site 酶的催化作用可使反应速度提高酶的催化作用可使反应速度提高106 -1012106 -1012倍。倍。 例如：过氧化氢分解例如：过氧化氢分解 2H2O2 2H2O + O22H2O2 2H2O + O2 用用Fe+ Fe+ 催化，效率为催化，效率为6 6* *10-4 mol/mol.S10-4 mol/mol.

5、S，而用，而用过氧化氢酶催化，效率为过氧化氢酶催化，效率为6 6* *106 mol/mol.S106 mol/mol.S。 用用- -淀粉酶催化淀粉水解，淀粉酶催化淀粉水解，1 1克结晶酶在克结晶酶在6565C C条件下可催化条件下可催化2 2吨淀粉水解。吨淀粉水解。 1 1 高效性高效性 酶的专一性酶的专一性 SpecificitySpecificity，又称为特异性，是，又称为特异性，是指酶在催化生化反应时对底物的选择性指酶在催化生化反应时对底物的选择性 酶的专一性包括酶的专一性包括 (1)(1)结构专一性结构专一性 绝对专一性绝对专一性 相对专一性相对专一性 (2)(2)立体异构专一性

6、立体异构专一性 光学异构专一性光学异构专一性 几何异构专一性几何异构专一性 酶分子活性中心部位，一般都含有多个具有酶分子活性中心部位，一般都含有多个具有催化活性的手性中心，这些手性中心对底物催化活性的手性中心，这些手性中心对底物分子构型取向起着诱导和定向的作用，使反分子构型取向起着诱导和定向的作用，使反应可以按单一方向进行。应可以按单一方向进行。 酶能够区分对称分子中等价的潜手性基团。酶能够区分对称分子中等价的潜手性基团。 酶促反应一般在酶促反应一般在pH 5-8 pH 5-8 水溶液中进行，反应温度范围水溶液中进行，反应温度范围为为20-4020-40C C。 高温或其它苛刻的物理或化学条件

7、，将引起酶的失活。高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活。 如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及激素控制等。及激素控制等。5.5.某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关。子有关。 催化氧化还原反应的酶，包括氧化酶类、脱氢酶类、过催化氧化还原反应的酶，包括氧化酶类、脱氢酶类、过氧化氢酶、过氧化物酶等。氧化氢酶、过氧化物酶等。 。 （1 1氧化酶类：催化底物脱氢，并氧化生成氧化酶类：催化底物脱氢，并氧化生成H2OH2O或或H2O2 H2O2 。 例：邻苯二酚氧化酶例：邻苯二酚氧化酶EC 1.10.

8、3.1EC ，邻苯二酚：氧氧，邻苯二酚：氧氧化酶）化酶）1 1、氧化还原酶类、氧化还原酶类oxido-reductasesoxido-reductases） 2A2H+O2 2A+2H2O A2H+O2 A+H2O2 OHOH+ O2邻邻苯苯二二酚酚氧氧化化酶酶OO2+ 2H2O2邻苯二酚邻苯醌（2脱氢酶类：直接催化底物脱氢 A2H + B A + B2H 例：乳酸脱氢酶EC 7，L-乳酸：NAD+氧化还原酶） 乳酸丙酮酸COOHC HCH3H O+ NAD+COOHCOCH3+ NADH + H+乳乳酸酸脱脱氢氢酶酶 乙醇脱氢酶催化反应时为两分子“机制”。一是锌

9、原子，它结合乙醇分子上的-OH基并定位。另一个是NAD复合因子由烟酸构成），决定催化反应的特异性 水解酶催化底物的加水分解反应。水解酶催化底物的加水分解反应。 主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。 例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化的脂的水解反应：催化的脂的水解反应：2 2、 水解酶水解酶 hydrolasehydrolaseH2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OH 乙酰胆碱酯酶存在于神经元和肌细胞之间的突触上 作用:将神经递质分子乙酰胆碱降解为乙酸和胆碱 活性中心处在一个深沟中，在沟的基部是一组由丝氨酸-组氨酸

10、-谷氨酸组成的三氨基酸序列,其大小正好可使乙酰胆碱掉入其中。 乙酰胆碱酯酶是人体中反应最快的酶之一，降解一个分子约80 微秒。蛇毒阻塞活性位点并限制酶的行动 沙林向丝氨酸转移上一个甲基磷酸酯基团通过一种药物毒化乙酰胆碱酯酶来试图扭转Alzheimer 病的症状 ( (四四) )、酶生物传感器中几个常用术语、酶生物传感器中几个常用术语 酶活性即酶促反应速度，指在规定条件下单位时间内底物的减酶活性即酶促反应速度，指在规定条件下单位时间内底物的减少量或产物的生成量。少量或产物的生成量。 底物浓度为底物浓度为S S, ,产物浓度为产物浓度为P P, ,时间为时间为t t，反应速度为，反应速度为v vv

11、 =-dS/dt 或或 v =dP/dt。注：在实际测定酶促反应速度时，以测定单位时间内产物的注：在实际测定酶促反应速度时，以测定单位时间内产物的生成量为好。生成量为好。 1、酶活性、酶活性2、酶活性单位的计算、酶活性单位的计算n步骤：步骤：运用公式进行计算。运用公式进行计算。明确测定方法的酶单位定义，按照酶单位定义确定物质明确测定方法的酶单位定义，按照酶单位定义确定物质量、体积和时间的单位，量、体积和时间的单位，n计算公式计算公式: 产物的增加量产物的增加量 每单位规定的保温时间每单位规定的保温时间 10001000mlml）酶单位酶单位/ /升升 = = 每单位规定的产物增加量每单位规定的

12、产物增加量 实际保温时间实际保温时间 实际标本用量实际标本用量mlml）分光光度法测定的公式：分光光度法测定的公式： （A A测定测定 A A对照）对照）VV总总106 106 每单位规定每单位规定的保温时间的保温时间酶单位酶单位/ /升升 = = LVLV标标 实际保温时实际保温时间间3 3、米、米- -曼氏方程：曼氏方程： VmaxSv = S+ Km 上式中上式中v v代表反应速度，代表反应速度，VmaxVmax代表最大反应速度，代表最大反应速度，S S代表底物代表底物浓度，浓度， KmKm称为米氏常数。称为米氏常数。4、米氏常数的定义、米氏常数的定义由米由米- -曼氏方程可以导出：曼氏

13、方程可以导出： （Vmax-v）SKm = v当当v = 1/2Vmaxv = 1/2Vmax时，时，Km =Km =S S。因此。因此KmKm值为反应速度相当于值为反应速度相当于最大反应速度一半时的底物浓度。最大反应速度一半时的底物浓度。KmKm值是酶的特征常数，具有重值是酶的特征常数，具有重要的应用价值。要的应用价值。Km值的应用值的应用1).鉴定酶的种类鉴定酶的种类 Km值是酶的特征常数，在反应条件一定时，只与酶的种类值是酶的特征常数，在反应条件一定时，只与酶的种类和底物的性质有关，与酶的浓度无关。不同种类的酶其和底物的性质有关，与酶的浓度无关。不同种类的酶其Km值不值不同，对于一种未知

14、的酶，可在规定的条件下测定其同，对于一种未知的酶，可在规定的条件下测定其Km值加以鉴值加以鉴定。定。 表表7-1 7-1 某些酶的某些酶的KmKm值值 酶酶 底物底物 Km(mmol/L)乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 丙酮酸丙酮酸 0.017己糖激酶己糖激酶 D-葡萄糖葡萄糖 0.05 D-果糖果糖 1.5-半乳糖苷酶半乳糖苷酶 D-乳糖乳糖 4.0碳酸酐酶碳酸酐酶 H2CO3 9.0过氧化氢酶过氧化氢酶 H2O2 25蔗糖酶蔗糖酶 蔗糖蔗糖 28糜蛋白酶糜蛋白酶 甘氨酰酪氨酰甘氨酸甘氨酰酪氨酰甘氨酸 1082).2).反映酶与底物的亲合力反映酶与底物的亲合力 KmKm值越大，酶与底物亲合力越小，值越

15、大，酶与底物亲合力越小，KmKm值越小，酶与底物亲合力越大。值越小，酶与底物亲合力越大。 3).3).选择酶的最适底物选择酶的最适底物 Km Km值取决于酶的种类和底物的性质，在酶一定时，不同底物值取决于酶的种类和底物的性质，在酶一定时，不同底物有不同的有不同的KmKm值。酶活力测定时，应优先选择酶的最适底物，使酶值。酶活力测定时，应优先选择酶的最适底物，使酶促反应容易进行，并节省底物用量。促反应容易进行，并节省底物用量。 4).4).计算不同底物浓度时酶促反应速度相当于最大反应速度的比率计算不同底物浓度时酶促反应速度相当于最大反应速度的比率 根据米根据米- -曼氏方程可以计算曼氏方程可以计算

16、 5).5).设计适宜的底物浓度设计适宜的底物浓度 酶促反应进程曲线表明，只有初速度才能真正代表酶活性，一酶促反应进程曲线表明，只有初速度才能真正代表酶活性，一般要求初速度达到最大速度的般要求初速度达到最大速度的90%90%95%95%、底物消耗率为、底物消耗率为1%1%5%5%。这。这样既可以近似地表示酶活性，又不致于使底物浓度过高而造成浪费。样既可以近似地表示酶活性，又不致于使底物浓度过高而造成浪费。 1 1）. .底物浓度底物浓度 在低底物浓度时在低底物浓度时, , 反应速度反应速度与底物浓度成正比，表现为与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。一级反应特征。 当底物浓度达到一定值，几当底

17、物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值反应速度达到最大值VmaxVmax），此时再增加底物），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。表现为零级反应。2 2）.pH.pH在一定的在一定的pH pH 下下, , 酶具有最大的酶具有最大的催化活性催化活性, ,通常称此通常称此pHpH为最适为最适pHpH。3 3）. .温度温度一方面是温度升高一方面是温度升高, ,酶促反应速酶促反应速度加快。度加快。另一方面另一方面, ,温度升高温度升高, ,酶的高级酶的高级结构将发生变化或变性，导致结构将发生变化或变性，导致

18、酶活性降低甚至丧失。酶活性降低甚至丧失。 因此大多数酶都有一个最适温因此大多数酶都有一个最适温度。度。 在最适温度条件下在最适温度条件下, ,反应反应速度最大。速度最大。102030405060708090020406080100Temperature OCRelative Activity (%)2.2.基于抑制原理的酶生物传感器基于抑制原理的酶生物传感器能够和酶的必需基团结合，改变必需基团的结构和性质，能够和酶的必需基团结合，改变必需基团的结构和性质，从而引起酶活性的下降，甚至使酶的活性完全丧失的从而引起酶活性的下降，甚至使酶的活性完全丧失的现象称酶的抑制作用。现象称酶的抑制作用。能引起抑

19、制作用的化合物则称为抑制剂。酶的抑制剂一能引起抑制作用的化合物则称为抑制剂。酶的抑制剂一般具备两个方面的特点：般具备两个方面的特点：a.a.在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态相似。相似。b.b.能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比较能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合体或结合物。稳定的复合体或结合物。 抑制剂与酶反应中心的活性基团抑制剂与酶反应中心的活性基团以共价形式结合，引起酶的永久以共价形式结合，引起酶的永久性失活。如有机磷毒剂二异丙基性失活。如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯。氟磷酸酯。 A. 非专一性不可逆

20、抑制非专一性不可逆抑制 抑制剂与酶分子中一类或几类基团作用，不论是必抑制剂与酶分子中一类或几类基团作用，不论是必需基团与否，皆可共价结合，由于其中必需基团也需基团与否，皆可共价结合，由于其中必需基团也被抑制剂结合，从而导致酶的失活被抑制剂结合，从而导致酶的失活 举例举例: 巯基酶的抑制巯基酶的抑制 巯基酶巯基酶: 半胱氨酸残基侧链上的巯基（半胱氨酸残基侧链上的巯基（-SH为必需为必需基团的一类酶。基团的一类酶。 重金属离子重金属离子Hg2+、Ag+、Pb2+）及）及As3+可与活性可与活性巯基不可逆结合，使酶活性被抑制。此类抑制剂所巯基不可逆结合，使酶活性被抑制。此类抑制剂所结合的巯基不局限于

21、必需基团，故又称为非专一性结合的巯基不局限于必需基团，故又称为非专一性抑制剂。抑制剂。 二巯基丙醇二巯基丙醇BAL或二巯基丁二酸钠治疗巯基酶或二巯基丁二酸钠治疗巯基酶中毒中毒 B. 专一性不可逆抑制专一性不可逆抑制 抑制剂专一地作用于酶的活性中心或其必需基团，进行共抑制剂专一地作用于酶的活性中心或其必需基团，进行共价结合，从而抑制酶的活性价结合，从而抑制酶的活性 举例举例: 羟基酶的抑制羟基酶的抑制 羟基酶羟基酶: 以丝氨酸侧链上的羟基以丝氨酸侧链上的羟基(OH)为必需基团的一类为必需基团的一类酶。酶。 有机磷杀虫剂敌敌畏、敌百虫）、二战时使用过的毒气有机磷杀虫剂敌敌畏、敌百虫）、二战时使用过

22、的毒气DFP等有机磷化合物能专一地与丝氨酸残基上的羟基结合，等有机磷化合物能专一地与丝氨酸残基上的羟基结合，这类具有专一作用的抑制剂常称为专一性抑制剂。这类具有专一作用的抑制剂常称为专一性抑制剂。 催化乙酰胆碱水解的胆碱脂酶是羟基酶。有机磷中毒时此催化乙酰胆碱水解的胆碱脂酶是羟基酶。有机磷中毒时此酶活性受抑制酶活性受抑制 临床上用解磷定来治疗有机磷中毒。可夺取已经和胆碱脂临床上用解磷定来治疗有机磷中毒。可夺取已经和胆碱脂酶结合的磷酰基，使酶复活。酶结合的磷酰基，使酶复活。基于抑制原理的酶传感基于抑制原理的酶传感器的影响因素：器的影响因素：1.底物浓度底物浓度2.pH3.反应温度反应温度1 1、

23、 酶催化反应只能得到一种构型酶催化反应只能得到一种构型L-L-型或型或D-D-型的光学产物；型的光学产物；2 2、酶常常存在着底物或产物抑制现象，造成反应转化率降低，、酶常常存在着底物或产物抑制现象，造成反应转化率降低，生产能力低等问题；生产能力低等问题；3 3、极端的、极端的pHpH、较高的温度和高盐浓度的反应体系都可能使酶、较高的温度和高盐浓度的反应体系都可能使酶钝化，失去部分甚至大部分催化活性；钝化，失去部分甚至大部分催化活性；4 4、大量的氧化还原酶、转氨酶等需要等计量反应物的辅因子、大量的氧化还原酶、转氨酶等需要等计量反应物的辅因子存在才能表现催化活性，从而限制了它们在许多有机合成存

24、在才能表现催化活性，从而限制了它们在许多有机合成反应中的应用；反应中的应用；5 5、酶通常在水溶液中实施其催化活性，对于大多数有机化学、酶通常在水溶液中实施其催化活性，对于大多数有机化学反应来说，使用的溶剂是非水溶性的有机溶剂。反应来说，使用的溶剂是非水溶性的有机溶剂。 ( (五五) )酶催化反应的某些缺点酶催化反应的某些缺点 人工合成的具有酶活性位点的有机分子人工合成的具有酶活性位点的有机分子 包括结合底物的基团和进行催化的功能性基团包括结合底物的基团和进行催化的功能性基团 由于需要结合分子，因此人工酶是在宿主分子，由于需要结合分子，因此人工酶是在宿主分子，如环糊精、冠醚、杯芳烃等环状分子的

25、基础上进如环糊精、冠醚、杯芳烃等环状分子的基础上进行设计的行设计的人工磷酸化酶人工磷酸化酶 (一) 、微生物反应的特点微生物反应过程是利用微生物进行生物化学反应的过程.酶在微生物反应中起最基本的催化反应共同特点共同特点: :同属生化反应同属生化反应, ,都在温和条件下都在温和条件下进行进行; ;凡是酶能催化的反应凡是酶能催化的反应, ,微生物也微生物也可以催化可以催化; ;催化速度接近催化速度接近, ,反应动力学模式反应动力学模式近似近似. .不同点不同点:微生物细胞的膜系统为酶反应微生物细胞的膜系统为酶反应提供了天然的适宜环境提供了天然的适宜环境在多底物反应时在多底物反应时,微生物更适微生物

26、更适宜宜细胞本身能提供所需的各种辅细胞本身能提供所需的各种辅助因子和能量助因子和能量更方便更方便,更廉价更廉价微生物反应和酶促反应的比较微生物反应和酶促反应的比较缺陷缺陷: : 标准难建立标准难建立, ,反应途径繁反应途径繁多多, ,易受环境干扰易受环境干扰l1 1、根据细菌的营养类型分类、根据细菌的营养类型分类自养菌以简单的无机物为原料，合成菌体成分异养菌以多种有机物为原料，合成菌体成分并获能量2 2、根据微生物反应对氧的需求与否、根据微生物反应对氧的需求与否好气性微生物好气性微生物- -必须在有空气的环境才易生长繁殖必须在有空气的环境才易生长繁殖的微生物的微生物厌气性微生物厌气性微生物-

27、-必须在无分子氧的环境才易生长繁必须在无分子氧的环境才易生长繁殖的微生物殖的微生物兼性微生物兼性微生物- -既能好氧生长既能好氧生长, ,又能厌氧生长又能厌氧生长发酵糖酵解）发酵糖酵解）- -厌氧菌获取能量的唯一途径，产厌氧菌获取能量的唯一途径，产生的能量较少。生的能量较少。好氧呼吸好氧呼吸需氧菌和兼性厌氧菌的主要获能方式，需氧菌和兼性厌氧菌的主要获能方式，产生能量较多。产生能量较多。厌氧呼吸厌氧呼吸专性厌氧菌的一类产能效率极低的特专性厌氧菌的一类产能效率极低的特殊呼吸方式。殊呼吸方式。 定义定义: :是利用微生物完成定量分析任务的学科是利用微生物完成定量分析任务的学科. . 在有些情况下在有

28、些情况下, ,微生物测定法比化学方法更专一和灵微生物测定法比化学方法更专一和灵敏敏, ,效率亦更高效率亦更高常用的微生物测定法常用的微生物测定法 细胞增殖法细胞增殖法: :某些菌体的增殖速度与必需营养物质的某些菌体的增殖速度与必需营养物质的浓度成正相关浓度成正相关, ,而抗生素能抑制菌体生长而抗生素能抑制菌体生长, ,因此可以根因此可以根据菌体增殖速度可以测定抗生素类的浓度据菌体增殖速度可以测定抗生素类的浓度. . 呼吸法呼吸法: :根据菌体在同化底物或被抑制生长时的根据菌体在同化底物或被抑制生长时的CO2CO2释释放或放或O2O2的消耗进行测定的消耗进行测定菌种 有氧 30C, 20小时培养

29、 6000 n/min 离心、0.1 g 湿细胞 + 1.8 g 胶原纤维，混匀，滴于四氟乙烯膜上，室温晾干,浸于戊二醛中1分钟，4C干燥，装在氧电极外套上测定原理及过程：响应参数和条件：35C, pH 7, 10-410-5mol/L,30 D底物葡萄糖果糖半乳糖蔗糖麦芽糖甘氨酸谷氨酸相对值100494040BOD概念传感器原理：细菌在同化有机物时，消耗氧，其程度与同化作用的强弱，即有机物的浓度成正比。（一基本概念（一基本概念1. Immunity：免除疫病、抵抗疾：免除疫病、抵抗疾病病2. 免疫系统：免疫系统：免疫器官：免疫器官： (淋巴器官淋巴器官)免疫细胞免疫细胞:参与免疫应答或与免疫

30、参与免疫应答或与免疫应答有关的细胞应答有关的细胞淋巴细胞淋巴细胞T T 细胞细胞抗原受体抗原受体识别抗原识别抗原B B 细胞细胞杀伤性淋巴细胞杀伤性淋巴细胞 (K(K细胞细胞) ) （killer lymphocytekiller lymphocyte）自然杀伤细胞自然杀伤细胞NKNK细胞）（细胞）（natural killer cellnatural killer cell） 3.免疫分子免疫分子 本质：免疫细胞分泌或表达的多肽、蛋本质：免疫细胞分泌或表达的多肽、蛋白质白质 功能：免疫识别、免疫调节、免疫效应功能：免疫识别、免疫调节、免疫效应抗体、补体抗体、补体细胞因子细胞因子 分化抗原分化

31、抗原T 细胞抗原受体细胞抗原受体TCR）B 细胞抗原受体细胞抗原受体BCR）组织相容性复合体组织相容性复合体 (MHC分子分子) 免疫系统的基本功能：免疫防御、免疫免疫系统的基本功能：免疫防御、免疫监视监视 自身耐受、免疫调节自身耐受、免疫调节1）. 固有免疫应答先天性、非特异性）固有免疫应答先天性、非特异性）组成：固有免疫细胞介导组成：固有免疫细胞介导 Toll样受体样受体TLR）生理屏障：皮肤、粘膜生理屏障：皮肤、粘膜吞噬细胞：吞噬细胞：特点：先天具有，无特异性，无记忆性特点：先天具有，无特异性，无记忆性2）. 适应性免疫应答获得性、特异性）适应性免疫应答获得性、特异性）组成：组成： T、

32、B淋巴细胞介导淋巴细胞介导 特异性抗原受体特异性抗原受体TCR、BCR）特点：后天获得，特异性，记忆性特点：后天获得，特异性，记忆性5、抗原、抗原(Antigen, Ag)：能够引起机体产生免疫应答的物质。能够引起机体产生免疫应答的物质。1 1、两种特性、两种特性 immunogenecityimmunogenecity免免疫原性：指一种物质疫原性：指一种物质能刺激肌体产生免疫能刺激肌体产生免疫应答的特性，即物质应答的特性，即物质产生抗体或激活淋巴产生抗体或激活淋巴细胞产生免疫应答的细胞产生免疫应答的能力。能力。Activated B cellantibodyantigenecity抗原性：指

33、能与抗体特异性抗原性：指能与抗体特异性结合的能力。结合的能力。具有免疫原性的物质一定具有抗原性，而具有具有免疫原性的物质一定具有抗原性，而具有抗原性的物质不一定具有免疫原性。抗原性的物质不一定具有免疫原性。 定义定义: :机体受抗原刺激后机体受抗原刺激后, ,由免疫活性细胞产生的一由免疫活性细胞产生的一类能与抗原发生特异性结合的球蛋白。类能与抗原发生特异性结合的球蛋白。 免疫球蛋白免疫球蛋白 Immunoglobulins (Ig):Immunoglobulins (Ig):将具有将具有AbAb活性及活性及化学结构与抗体相似的球蛋白统称为免疫球蛋白。化学结构与抗体相似的球蛋白统称为免疫球蛋白。

34、 但并非所有的免疫球蛋白但并非所有的免疫球蛋白 是抗体是抗体 如骨髓瘤蛋白和本周蛋白如骨髓瘤蛋白和本周蛋白VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabHinge regionFcCOONH3+可变区可变区(V)1. 二硫键连接的四条肽链。二硫键连接的四条肽链。2. Y形对称结构，形对称结构， 二对链重链，轻链）二对链重链，轻链）3. 二端，二端， NH2末端末端, -COOH末端末端4. 可变区、恒定区可变区、恒定区恒定区恒定区(C)重链和轻链重链和轻链Heavy & light chainsHeavy & light chains）1) 1)重链重链Heavy chain :

35、HHeavy chain : H链）链） 大约大约500 a.a, 500 a.a, 糖基糖基(+)(+) 类别类别Class Class ）: : H H链：链：, , , , , , , , . . (Ig) IgA, IgG, IgM IgD, IgE (Ig) IgA, IgG, IgM IgD, IgE2) 2)轻链轻链light chain:Llight chain:L链）链） 大约大约214 a.a,214 a.a,糖基糖基(-)(-) 型别（型别（ typetype）: : , ,IgG分子由两条分子由两条H链和两链和两条条L链共价结合而成。链共价结合而成。轻链包括轻链包括VL

36、和和CL两个两个结构域，结构域，重链含有重链含有1个个VH和和3个个CH 结构域。结构域。VH和和VL共共同组成抗原结合部位。同组成抗原结合部位。Ig分子中线对称，具有分子中线对称，具有两个相同的抗原结合部两个相同的抗原结合部位。位。VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabFcCOONH3+C C区区: : 1 1、固定补体、固定补体 2.2.结合组织细胞结合组织细胞 调理作用调理作用 介导介导ADCCADCC 介导介导I I型超敏反型超敏反应应 3.3.穿越胎盘和黏穿越胎盘和黏膜膜 V区区:特异性结合抗原特异性结合抗原 中和作用病毒、毒素）中和作用病毒、毒素） 凝集细菌凝集细菌 阻止黏附阻

37、止黏附抗体分子的生物学活性抗体分子的生物学活性VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabHinge regionFcCOONH3+特点：特点：1) 极富弹性极富弹性2) 富含脯氨酸富含脯氨酸功能功能:1) 有利于有利于 Ab 与与Ag的结合的结合2) 有利于有利于 Ab 与补体的结合与补体的结合IgGIgG分子结合抗原前后的构象变化分子结合抗原前后的构象变化Fab段段Fc段段C1q 结结合位点合位点被屏障被屏障结合抗原之前结合抗原之前 CH1 CH2暴露的暴露的C1q结结合位点合位点结合抗原之后结合抗原之后IgM CH3区，区，IgG CH2区区当可溶性抗体与其相应的抗原在液相中相互接触,将发

38、生凝聚、沉淀、溶解反应和促进吞噬抗原颗粒的作用.抗体和抗原的特异性结合位点位于Fab L链及H链的高变区 免疫学分析特点：利用抗原、抗体所具有的高灵敏度、高选择性的结合做为分子识别手段进行分析。 免疫学分析方法分类： 1.沉淀法:灵敏度水平为g/ml 2.放射免疫测定法:即利用放射性同位素示踪技术和免疫化学技术结合起来的方法. 优点:灵敏度高,特异性强,准确度佳,重复性好 缺陷:有一定的危害 3.免疫荧光测定法:将抗体或抗原标记上荧光素与相应的抗原或抗体后,在荧光显微镜下呈现特异性荧光.4. 酶联免疫分析酶联免疫分析ELISA将酶作为标记物质，将酶作为标记物质，使之和抗原或抗体使之和抗原或抗体

39、结合形成酶与抗原结合形成酶与抗原或抗体复合物，或抗体复合物，然后再根据待测抗体然后再根据待测抗体或抗原与复合物或抗原与复合物专一且定量的结合关专一且定量的结合关系，通过测定待测抗系，通过测定待测抗体或抗原结合的体或抗原结合的标记酶活力，从而计标记酶活力，从而计算出抗原或抗体的量算出抗原或抗体的量。酶标免疫分析示意图酶标免疫分析示意图（1） 直接法测定抗原A. 将抗原吸附在载体表面；B. 加酶标抗体，形成抗原抗体复合物；C. 加底物。底物的降解量抗原量。 ELISA最常用的四种方法：直接法测定抗原；间接法测定抗体；最常用的四种方法：直接法测定抗原；间接法测定抗体；双抗体夹心法测定抗原；竞争法测定

40、抗原。双抗体夹心法测定抗原；竞争法测定抗原。（2间接法测定抗体A. 将抗原吸附于固相载体表面；B. 加抗体, 形成抗原-抗体复合物; C. 加酶标抗体；D. 加底物。 测定底物的降解量抗体量。 （3双抗体夹心法测定抗原A. 将抗体吸附于固相表面; B. 加抗原，形成抗原-抗体复合物; C. 加酶标抗体; E. 加底物。底物的降解量抗原量。 （4竞争法测定抗原A. 将抗体吸附在固相载体表面; B. 加入酶标抗原和待测抗原，竞争结合抗体； 对照只加入酶标抗原； C. 加底物。对照孔与样品孔底物降解量的差未知抗原量。 Molecular imprinting is making an artific

41、ial tiny lock for a specific molecule that serve as miniature key 共价型共价型 : :模板分子和单体通过可逆模板分子和单体通过可逆的共价作用的共价作用( (如形成可逆的硼酸酯如形成可逆的硼酸酯和席夫碱和席夫碱) )形成复合物形成复合物 非共价型非共价型 : :模板分子和单体则通过模板分子和单体则通过氢键、偶极、离子、金属螯合、电氢键、偶极、离子、金属螯合、电荷转移、疏水乃至范德华力相互作荷转移、疏水乃至范德华力相互作用形成复合物用形成复合物, ,非共价型的分子烙非共价型的分子烙印是一种分子自组装的过程。印是一种分子自组装的过程。

42、 （一）、核酸的种类、分布和含量 1. 种类 脱氧核糖核酸DNA） 核糖核酸RNA）：ribosome RNA(rRNA)、transfer RNA(tRNA)、messenger RNA(mRNA) 2.分布 DNA RNA 核（%） 98 90 3. 含量 DNA恒定，RNA与细胞生长状态有关。（三）、核酸的功能（三）、核酸的功能R DNA(脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸)和和RNA(核糖核酸核糖核酸)，分别执行不同，分别执行不同的功能的功能 DNA-遗传、遗传、RNA-参与蛋白质合成。参与蛋白质合成。(一一). 概念概念 是一种具有催化功能的抗体分子，在其可变区赋予是一种具有催化功能的抗体分子

43、，在其可变区赋予了酶的属性。了酶的属性。n酶与抗体的差别：酶是能与反应过渡态选择结合的催化性物质，抗体是和基态分子结合的催化性物质。n1酰基转移反应 a.光聚合反应二聚作用） l1 1、与天然酶相比抗体酶的特点、与天然酶相比抗体酶的特点l 能催化一些天然酶不能催化的反应能催化一些天然酶不能催化的反应l 有更强的专一性和稳定性有更强的专一性和稳定性l 催化作用机制不同催化作用机制不同l2 2、抗体酶和非催化性抗体作用的比较、抗体酶和非催化性抗体作用的比较l 更高的反应特异性更高的反应特异性l 反应的可逆性反应的可逆性l 反应的量效性反应的量效性l 反应过程反应过程l1 1、过渡态理论与抗体酶、过

44、渡态理论与抗体酶l2 2、抗体酶催化的三种重要反应机制、抗体酶催化的三种重要反应机制l 水解作用机制水解作用机制l 基团转移基团转移l 连续反应机制连续反应机制l3 3、抗体酶催化反应的介质效应、抗体酶催化反应的介质效应l 酯解反应中介质效应：酯解反应中介质效应： 抗体酶在有机溶剂中具稳定性。抗体酶在有机溶剂中具稳定性。l 脱羧反应中介质效应脱羧反应中介质效应: :有机溶剂引起脱羧反应速率增加。有机溶剂引起脱羧反应速率增加。l 酰基转移反应中介质效应：在疏水溶剂中，活性较高。酰基转移反应中介质效应：在疏水溶剂中，活性较高。n80年代初期，美国科罗拉多大学博尔德分校的Thomas Cech和美国

45、耶鲁大学的Sidnery Altan各自独立地发现RNA具有生物催化功能.从而改变了生物催化剂的传统概念。 n1982年Cech等发现四膜虫细胞大核期间26SrRNA前体具有自我剪接功能，并于1986年证明其内含子L-19IVS具有多种催化功能。1984年Altman等发现RNaseP的核酸组分M1RNA具有该酶的活性，而该酶的蛋白质部分C5蛋白并无酶活性。n为此，T.Cech和S.Altman共同获得了1989年度诺贝尔化学奖。n某些RNA分子也具有生物催化功能，被称为Ribozyme。核酶作用的特点核酶作用的特点化学本质化学本质 RNARNA底物底物 RNA RNA 肽键肽键 -葡聚糖分支

46、葡聚糖分支酶酶反应特异性反应特异性( (专一性碱专一性碱基基催化效率催化效率 低低产物产物n自然界存在催化分子内反应incis的ribozyme(自我剪接型和自我剪切型)和催化分子间反应(in trans)的ribozyme。 剪接型核酶的作用机制是通过既剪有接的方式除去剪接型核酶的作用机制是通过既剪有接的方式除去内含子内含子Intron).Intron). 自我剪接自我剪接ribozymeribozyme可分为两类：可分为两类： 型型IVSIVS：均与四膜虫大核：均与四膜虫大核rRNArRNA前体的前体的IVSIVS结构相似、结构相似、催化自我剪接需鸟苷或催化自我剪接需鸟苷或55鸟苷酸和鸟苷酸和Mg2+