生物酶與生物膜ppt課件

1、第二節(jié)第二節(jié) 生物酶生物酶(Enzymes)一、人類對酶的認(rèn)識一、人類對酶的認(rèn)識一、古代人類對酶的感性認(rèn)識一、古代人類對酶的感性認(rèn)識1、最早利用酶造福于人類的產(chǎn)業(yè)是釀酒技術(shù)。、最早利用酶造福于人類的產(chǎn)業(yè)是釀酒技術(shù)。2、3000多年前，周朝，民間就用風(fēng)干磨碎的多年前，周朝，民間就用風(fēng)干磨碎的麥芽粉來制飴。麥芽粉來制飴。3、公元、公元10世紀(jì)左右我國已用豆類制醬。世紀(jì)左右我國已用豆類制醬。4、春秋戰(zhàn)國時期漆已廣為運用。、春秋戰(zhàn)國時期漆已廣為運用。5、古代史上有利用酶來治病的記載。、古代史上有利用酶來治病的記載。 二、古代人類的酶學(xué)實驗二、古代人類的酶學(xué)實驗1.17831.1783年，意大利科學(xué)家斯

2、帕朗扎尼年，意大利科學(xué)家斯帕朗扎尼SpallanzaniSpallanzani在實驗中察看到鳥的胃液能使肉類分解消化。在實驗中察看到鳥的胃液能使肉類分解消化。2.18102.1810年，藥物學(xué)家帕朗奇年，藥物學(xué)家帕朗奇PlanchePlanche從植物根中分從植物根中分別了一種能使愈創(chuàng)木脂氧化變藍(lán)的物質(zhì)，該物質(zhì)耐熱別了一種能使愈創(chuàng)木脂氧化變藍(lán)的物質(zhì)，該物質(zhì)耐熱且水溶性好。且水溶性好。 3.3.酶水解作用的實驗證據(jù)酶水解作用的實驗證據(jù) 18141814年，帕朗奇年，帕朗奇PlanchePlanche與基?；襞c基?；?Kirchhoff(Kirchhoff幾乎同時提示了酶催化下的水解景象。幾乎同時

3、提示了酶催化下的水解景象。 ( (三、三、 早期的酶學(xué)術(shù)語早期的酶學(xué)術(shù)語1 1、酶最早的稱號、酶最早的稱號 酵素酵素FermentFerment作為酶的最早稱號由此開場。作為酶的最早稱號由此開場。 日本、德國不斷沿用至今。日本、德國不斷沿用至今。2 2、最早的酶制劑、最早的酶制劑 18331833年佩恩年佩恩PayenPayen和帕索茲和帕索茲PersozPersoz用用酒精處置麥芽提取酒精處置麥芽提取 液，分別出了一種能溶于水和稀酒精，對熱液，分別出了一種能溶于水和稀酒精，對熱不穩(wěn)定的白色無定形不穩(wěn)定的白色無定形 粉末，取名為粉末，取名為“淀粉酶淀粉酶diastasediastase，它，它

4、能使淀粉轉(zhuǎn)化為糖，不能使淀粉轉(zhuǎn)化為糖，不 久用于棉布退漿。這是歷史上最早的酶制劑。久用于棉布退漿。這是歷史上最早的酶制劑。3 3、diastasediastase來源于希臘文來源于希臘文“分別分別一詞，很長一詞，很長一段時期作為酶的術(shù)語。一段時期作為酶的術(shù)語。 四、晶體酶的獲得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、現(xiàn)代生物化學(xué)證明酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì) 紫外紫外, ,熱熱, ,重金屬重金屬, ,酸、堿使酶失活。酸、堿使酶失活。 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。 對純化后的或結(jié)晶的酶的分析證明酶由蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)對純化后的或結(jié)晶的酶的分析證明酶由蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)+ +小分子輔因

9、子組成小分子輔因子組成 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 且與牛胰且與牛胰 RNaseRNase一樣。一樣。什么是酶呢？什么是酶呢？二、酶的概念酶是一類具有催化活性的蛋白質(zhì)酶是一類具有催化活性的蛋白質(zhì),由生物細(xì)胞在基因指點下合成，又叫生物催化劑。由生物細(xì)胞在基因指點下合成，又叫生物催化劑。注：絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì)注：絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì)三、酶的分子組成1.各部分在催化反響中的作用 四、酶的構(gòu)造與功能四、酶的構(gòu)造與功能 酶的一級構(gòu)造是決議其催化功能最重要酶的一級構(gòu)造是決議其催化功能最重

10、要的化學(xué)構(gòu)造，是酶發(fā)揚催化功能的構(gòu)造根的化學(xué)構(gòu)造，是酶發(fā)揚催化功能的構(gòu)造根底。底。 有一樣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一樣 。 酶一級構(gòu)造的差別也決議了催化性質(zhì)的不同，酶一級構(gòu)造的差別也決議了催化性質(zhì)的不同，如胰蛋白酶、如胰蛋白酶、 胰糜蛋白酶和彈性蛋白酶三種蛋白胰糜蛋白酶和彈性蛋白酶三種蛋白酶的活性中心酶的活性中心SerSer殘基附近都有一個在立體構(gòu)造上殘基附近都有一個在立體構(gòu)造上的的“口袋口袋狀構(gòu)造。由于三種蛋白酶的口袋狀構(gòu)造。由于三種蛋白酶

11、的口袋狀構(gòu)狀構(gòu)造不同，決議其與不同底物結(jié)合即有不同特異性。造不同，決議其與不同底物結(jié)合即有不同特異性。 酶的特異的三維空間構(gòu)造是酶催化功能的酶的特異的三維空間構(gòu)造是酶催化功能的根底。酶的二、三級構(gòu)造是維持酶的活性中心空間根底。酶的二、三級構(gòu)造是維持酶的活性中心空間構(gòu)象的必需構(gòu)造。構(gòu)象的必需構(gòu)造。五、酶反響的特點 酶是生物催化劑，具普通催化劑的共性酶是生物催化劑，具普通催化劑的共性 經(jīng)過降低反響活化能而使反響速率加快經(jīng)過降低反響活化能而使反響速率加快 酶的催化效率極高酶的催化效率極高 高度的專注性高度的專注性只能加快反響速度，不能只能加快反響速度，不能改動反響的平衡點；改動反響的平衡點；反響前后

12、質(zhì)和量沒有變化。反響前后質(zhì)和量沒有變化。 活化能活化能活化能：分子由常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨螤钏璧哪芰?。活化能：分子由常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨螤钏璧哪芰俊?H2O2 H2O+O2 的的 Ea = 75 kJ/mol 膠體鉑催化該反響膠體鉑催化該反響: Ea = 49 kJ/mol 過氧化氫酶催化時過氧化氫酶催化時: Ea = 8 kJ/mol過氧化氫酶過氧化氫酶 四、酶對于生命體的重要性 新陳代謝是生命景象的根本特征新陳代謝是生命景象的根本特征, ,包含物質(zhì)代謝和能包含物質(zhì)代謝和能量代謝量代謝. . 物質(zhì)代謝是生物體與外界不斷進(jìn)展物質(zhì)交換物質(zhì)代謝是生物體與外界不斷進(jìn)展物質(zhì)交換( (吸收營吸收營養(yǎng)排出廢物養(yǎng)

13、排出廢物) )的過程的過程 生物體經(jīng)過物質(zhì)的氧化獲得能量并以高能鍵儲存在體生物體經(jīng)過物質(zhì)的氧化獲得能量并以高能鍵儲存在體中中, ,需求時再釋放能量的過程稱為能量代謝需求時再釋放能量的過程稱為能量代謝 酶催化體系保證各種代謝過程有規(guī)律的進(jìn)展酶催化體系保證各種代謝過程有規(guī)律的進(jìn)展, ,維持生維持生命的延續(xù)命的延續(xù). .五、幾種酶的認(rèn)識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無機(jī)態(tài)氮，植物所吸收的氮素主要是無機(jī)態(tài)氮，即銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，也可以吸收利用有機(jī)即銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，也可以吸收利用有機(jī)態(tài)氮，如尿素等。態(tài)氮，如尿素等。 工業(yè)固氮；工業(yè)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、工業(yè)上合成氨223HN 32NH正反響放熱正反響放熱反響條件：反響條件：在消費實踐中，通常采用的壓強(qiáng)是在消費實踐中，通常采用的壓強(qiáng)是20M Pa20M Pa50M 50M PaPa，采用，采用500500左右適宜溫度。左右適宜溫度。催化劑：采用鐵觸媒為主體的催化劑催化劑：采用鐵觸媒為主體的催化劑結(jié)合固氮結(jié)合固氮N2+8H+8e+16Mg-ATP2NH3+H2+16MgADP +16Pi 常溫常壓常溫常壓固氮酶固氮酶二、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)的空間構(gòu)造1 1、 超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶SODSOD SOD是一種

15、廣泛存在于生物體內(nèi)，能催化超氧陰離子發(fā)生歧化反響的金屬酶。 1969年初次從牛血紅細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)并分別出來的一種專門去除超氧自在基并命名為超氧化物岐化酶。O22. 種類：種類：Cu.ZnSOD MnSOD FeSOD 自在基與衰老自在基與衰老脂褐素在皮膚細(xì)胞中積聚脂褐素在皮膚細(xì)胞中積聚老人斑老人斑脂褐素在腦細(xì)胞中堆積脂褐素在腦細(xì)胞中堆積記憶衰退、智障記憶衰退、智障晶狀體蛋白質(zhì)交聯(lián)晶狀體蛋白質(zhì)交聯(lián)白內(nèi)障；白內(nèi)障； 視網(wǎng)膜損傷視網(wǎng)膜損傷老年黃斑病變老年黃斑病變膠原蛋白交聯(lián)聚合膠原蛋白交聯(lián)聚合( (水合性、彈性水合性、彈性)、透明質(zhì)酸與彈性、透明質(zhì)酸與彈性纖維降解導(dǎo)致皮膚保水性能、彈性、柔軟性下降纖維降

16、解導(dǎo)致皮膚保水性能、彈性、柔軟性下降皮膚皮膚干、皺，老化干、皺，老化生物大分子的降解、交聯(lián)聚合：機(jī)體衰老的表征生物大分子的降解、交聯(lián)聚合：機(jī)體衰老的表征 自在基與疾病自在基與疾病自在基與心血管疾病自在基與心血管疾病自在基與癌癥自在基與癌癥自在基與肺氣腫自在基與肺氣腫自在基與缺血后再灌注損傷自在基與缺血后再灌注損傷自在基與眼病自在基與眼病自在基與炎癥自在基與炎癥自在基與貧血自在基與貧血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、延緩由于自在基損害引起的衰老景象2、治療由自在基損傷而誘發(fā)的疾病3、消除肌肉疲勞4、提高人體的抵抗力 生物學(xué)功能：源于其對生物學(xué)功能：源于其對O2去除作用

17、去除作用 加強(qiáng)機(jī)體對外界環(huán)境的順應(yīng)才干：加強(qiáng)機(jī)體對外界環(huán)境的順應(yīng)才干： 煙霧、輻射、化學(xué)有害物等煙霧、輻射、化學(xué)有害物等 加強(qiáng)機(jī)體對疾病的抵抗力：加強(qiáng)機(jī)體對疾病的抵抗力： 自在基損傷誘發(fā)一系列的疾病自在基損傷誘發(fā)一系列的疾病 調(diào)血脂、延緩衰老：調(diào)血脂、延緩衰老： 脂質(zhì)過氧化脂質(zhì)過氧化生物大分子損傷生物大分子損傷免疫功能免疫功能機(jī)體衰老機(jī)體衰老 其它：如美容、護(hù)膚其它：如美容、護(hù)膚4. 機(jī)體自在基去除機(jī)制：機(jī)體自在基去除機(jī)制： 生理情況下，自在基的生成與去除處于動態(tài)平衡；生理情況下，自在基的生成與去除處于動態(tài)平衡；假設(shè)自在基生成過多或機(jī)體抗氧化才干缺乏，均可呵假設(shè)自在基生成過多或機(jī)體抗氧化才干缺

18、乏，均可呵斥組織細(xì)胞損傷斥組織細(xì)胞損傷1 1酶類自在基去除劑酶類自在基去除劑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過氧化氫酶過氧化氫酶2 2 非酶類自在基去除劑非酶類自在基去除劑脂溶性：脂溶性：VEVE、類胡蘿卜素、膽紅素等、類胡蘿卜素、膽紅素等 脂溶性：脂溶性：VCVC、白蛋白、金屬結(jié)合蛋白、谷光甘肽等、白蛋白、金屬結(jié)合蛋白、谷光甘肽等SOD的加工制備：的加工制備： 原料：目前主要利用動物血液原料：目前主要利用動物血液 提取工藝：蛋白酶制備工藝提取工藝

19、：蛋白酶制備工藝 制劑：膠囊、片劑：混合制劑：膠囊、片劑：混合造粒造?？菰锟菰镅b膠囊或壓片裝膠囊或壓片 包衣包衣運用：醫(yī)藥、食品、日用化工運用：醫(yī)藥、食品、日用化工北京大寶化裝品北京大寶化裝品 2019 2019年年9 9月月1 1日，獲國日，獲國家質(zhì)檢總局授予的家質(zhì)檢總局授予的“中國中國名牌產(chǎn)品名牌產(chǎn)品稱號稱號第三節(jié) 生物膜生物膜：為生物體中具有特殊構(gòu)造和功能選生物膜：為生物體中具有特殊構(gòu)造和功能選擇性的通透膜，如：擇性的通透膜，如： 細(xì)胞膜、核膜等。細(xì)胞膜、核膜等。細(xì)胞膜以及各種細(xì)胞器的外膜通稱為生物膜。細(xì)胞膜以及各種細(xì)胞器的外膜通稱為生物膜。膜內(nèi)所含蛋白質(zhì)的性質(zhì)決議生物膜的功能膜內(nèi)所含蛋

20、白質(zhì)的性質(zhì)決議生物膜的功能顯微鏡下的生物膜。一、生物膜的組成 生物膜都是由蛋白質(zhì)、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。二、生物膜的構(gòu)造 1972年S.J.Singer 液態(tài)鑲嵌模型膜磷脂陳列成雙分子層構(gòu)成膜基質(zhì)雙分子層的膜基質(zhì)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(zhì)中,可以從雙側(cè)外表嵌入或穿透雙分子層細(xì)胞膜的構(gòu)造模型細(xì)胞膜的構(gòu)造模型膜構(gòu)造的液態(tài)鑲嵌模型膜構(gòu)造的液態(tài)鑲嵌模型三、生物膜的功能區(qū)隔化或房室化compartmentalization物質(zhì)的跨膜運輸transport能量轉(zhuǎn)換energy conversion信息識別與傳送識別抗原的

21、受體l 區(qū)隔化或房室化compartmentalization內(nèi)膜構(gòu)造將細(xì)胞分隔成假設(shè)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。l 物質(zhì)的跨膜運輸transport生物膜既要防止細(xì)胞與環(huán)境之間以及細(xì)胞內(nèi)各房室之間的物質(zhì)自在混合，又要維持各區(qū)間物質(zhì)有控制地交流。l 能量轉(zhuǎn)換energy conversiona. 線粒體 b. 葉綠體c.“c.“能勢膜能勢膜 例例如如脂雙層脂雙層細(xì)胞外細(xì)胞外細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)葡萄糖的協(xié)同運送系統(tǒng)葡萄糖的協(xié)同運送系統(tǒng)l 信息識別與傳送信息識別與傳送l 如味覺如味覺,嗅覺等有味物質(zhì)與膜受嗅覺等有味物質(zhì)與膜受體結(jié)合引起膜電位改

22、動體結(jié)合引起膜電位改動,該信息再該信息再經(jīng)味神經(jīng)傳送至中樞經(jīng)味神經(jīng)傳送至中樞.成纖維細(xì)胞成纖維細(xì)胞膜受體識別并與胰島素結(jié)合可導(dǎo)膜受體識別并與胰島素結(jié)合可導(dǎo)致細(xì)胞分裂等致細(xì)胞分裂等.5.識別抗原的受體免疫球蛋白(抗體)四、生物膜的運用-仿生學(xué)1、海水凈化安裝：模擬生物膜選擇性透過、海水凈化安裝：模擬生物膜選擇性透過原理，對海水、污水進(jìn)展凈化獲得純真淡原理，對海水、污水進(jìn)展凈化獲得純真淡水。水。2 2農(nóng)業(yè)上農(nóng)作物的抗寒、抗旱、耐鹽等。農(nóng)業(yè)上農(nóng)作物的抗寒、抗旱、耐鹽等。3 3醫(yī)學(xué)上根據(jù)生物膜的構(gòu)造、功能原理，可醫(yī)學(xué)上根據(jù)生物膜的構(gòu)造、功能原理，可以研制出許多種代用的人體組織與器官。以研制出許多種代用的人體組織與器官。人工腎能部分替代真正腎臟起作用如下圖患者的血液中人工腎能部分替代真正腎臟起作用如下圖患者的血液中在中空纖維中向一側(cè)流動，稱為透析液的水溶液在中空在中空纖維中向一側(cè)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、廢物經(jīng)過血纖維外向相反方向流動。血液中的水分子、廢物經(jīng)過血液透析膜中空纖維壁進(jìn)入透析液中。液