生物酶和生物膜省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第二节第二节 生物酶生物酶(Enzymes)第1页一、人类对酶认识一、人类对酶认识（一）、古代人类对酶感性认识（一）、古代人类对酶感性认识1 1、最早利用酶造福于人类产业是最早利用酶造福于人类产业是酿酒技术酿酒技术。2 2、30003000多年前，周朝，民间就用风干磨碎麦芽粉来多年前，周朝，民间就用风干磨碎麦芽粉来制制饴饴。3 3、公元、公元1010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 4、春秋战国时期漆已广为应用。、春秋战国时期漆已广为应用。5 5、古代史上有利用酶来治病记载。、古代史上有利用酶来治病记载。第2页（二）、古代人类酶学试验（二）、古代人类酶学试验1.1783年，意大利科学家斯帕朗扎尼（Spallanzani）在试验中观察到鸟胃液能使肉类分解消化。2.18，药品学家帕朗奇（Planche）从植物根中分离了一个能使愈创木脂氧化变蓝物质，该物质耐热且水溶性好。3.酶水解作用试验证据 18，帕朗奇（Planche）与基希霍(Kirchhoff）几乎同时揭示了酶催化下水解现象。第3页(三）、三）、早期酶学术语早期酶学术语1 1、酶最早名称、酶最早名称 酵素酵素（Ferment）作为酶最早名称由此开始。作为酶最早名称由此开始。日本、德国日本、德国一直沿用至今。一直沿用至今。2 2、最早酶制剂、最早酶制剂 1833年年佩恩佩恩（Payen）和）和帕索兹帕索兹（Persoz）用酒精处理麦芽提取）用酒精处理麦芽提取 液，分离出了一个能溶于水和稀酒精，对热不稳定白色无定形液，分离出了一个能溶于水和稀酒精，对热不稳定白色无定形 粉末，取名为粉末，取名为“淀粉酶淀粉酶”（diastase），它能使淀粉转化为糖，不），它能使淀粉转化为糖，不 久用于棉布退浆。这是历史上久用于棉布退浆。这是历史上最早酶制剂最早酶制剂。3 3、diastase起源于希腊文起源于希腊文“分离分离”一词，很长一段时期作为酶术语。一词，很长一段时期作为酶术语。第4页（四）、晶体酶取得第5页第6页第7页（五）、当代生物化学证实酶化学本质是蛋白质当代生物化学证实酶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。对纯化后或结晶酶分析证实酶由蛋白质或蛋白质对纯化后或结晶酶分析证实酶由蛋白质或蛋白质+小分子小分子（辅因子）组成（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,含有催化功含有催化功效，而效，而 且与牛胰且与牛胰 RNase RNase一样。一样。第8页什么是酶呢？什么是酶呢？二、酶概念酶是一类含有催化活性蛋白质酶是一类含有催化活性蛋白质,由生物细胞在基因指由生物细胞在基因指导下合成，又叫生物催化剂。导下合成，又叫生物催化剂。注：绝大多数酶都是蛋白质注：绝大多数酶都是蛋白质第9页三、酶分子组成第10页1.各部分在催化反应中作用第11页第12页 四、酶结构与功效 酶一级结构是决定其催化功效最主要化学结构，是酶发挥催化功效结构基础。有相同催化功效同一类酶，其活性中心一些氨基酸有相同催化功效同一类酶，其活性中心一些氨基酸序列有极大同源性。如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶序列有极大同源性。如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶均属于胰蛋白酶家族，这三种酶活性中心氨基酸残基有均属于胰蛋白酶家族，这三种酶活性中心氨基酸残基有25%25%同源性，甚至二硫键位置亦相同同源性，甚至二硫键位置亦相同 。第13页 酶酶一一级级结结构构差差异异也也决决定定了了催催化化性性质质不不一一样样，如如胰胰蛋蛋白白酶酶、胰胰糜糜蛋蛋白白酶酶和和弹弹性性蛋蛋白白酶酶三三种种蛋蛋白白酶酶活活性性中中心心SerSer残残基基附附近近都都有有一一个个在在立立体体结结构构上上“口口袋袋”状状结结构构。因因为为三三种种蛋蛋白白酶酶口口袋袋”状状结结构构不不一一样，决定其与不一样底物结合即有不一样特异性。样，决定其与不一样底物结合即有不一样特异性。酶酶特特异异三三维维空空间间结结构构是是酶酶催催化化功功效效基基础础。酶酶二二、三三级级结结构构是是维维持持酶酶活活性性中中心心空空间间构构象象必必需需结结构。构。第14页第15页五、酶反应特点酶是生物催化剂，具酶是生物催化剂，具普通催化剂普通催化剂共性共性经过降低反应经过降低反应活化能活化能而使反应速率加紧而使反应速率加紧酶催化效率极高酶催化效率极高高度专一性高度专一性只能加紧反应速度，不能只能加紧反应速度，不能改变反应平衡点；改变反应平衡点；反应前后质和量没有改变。反应前后质和量没有改变。第16页活化能活化能活化能：分子由常态转变为活化状态所需能量活化能：分子由常态转变为活化状态所需能量。第17页第18页 H2O2 H2O+O2 Ea=75 kJ/mol 胶体铂催化该反应胶体铂催化该反应: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 第19页四、酶对于生命体主要性新陈代谢新陈代谢是生命现象基本特征,包含物质代谢和能量代物质代谢和能量代谢谢.物质代谢物质代谢是生物体与外界不停进行物质交换(吸收营养排出废物)过程生物体经过物质氧化取得能量并以高能键贮存在体中,需要时再释放能量过程称为能量代谢能量代谢酶催化体系保障各种代谢过程有规律进行,维持生命延续.第20页五、几个酶认识固氮酶超氧化物歧化酶第21页（一）、固氮酶（一）、固氮酶第22页氮素吸收形式：氮素吸收形式：植物所吸收氮素主要是植物所吸收氮素主要是无机态氮无机态氮，即，即铵态氮铵态氮和和硝态氮硝态氮，也能够吸收利用，也能够吸收利用有机态有机态氮氮，如，如尿素尿素等。等。吸收态氮形成：吸收态氮形成：工业固氮；工业固氮；自然合成；自然合成；生物固氮生物固氮(主要方式主要方式)第23页1、工业上合成氨（正反应放热）（正反应放热）反应条件：反应条件：在生产实际中，通常采取压强是在生产实际中，通常采取压强是20M Pa20M Pa50M 50M PaPa，采取，采取500500左右适宜温度。左右适宜温度。催化剂：采取铁触媒为主体催化剂催化剂：采取铁触媒为主体催化剂第24页第25页 2 2、生物固氮、生物固氮什么叫做生物固氮？什么叫做生物固氮？固氮微生物固氮微生物将大气中将大气中N N2 2还原为还原为NHNH3 3。共生固氮微生物共生固氮微生物共生固氮微生物共生固氮微生物自生固氮微生物自生固氮微生物自生固氮微生物自生固氮微生物根瘤菌根瘤菌根瘤菌根瘤菌豆科植物豆科植物豆科植物豆科植物放线菌放线菌放线菌放线菌非豆科植物非豆科植物非豆科植物非豆科植物蓝藻蓝藻蓝藻蓝藻(如鱼腥藻如鱼腥藻如鱼腥藻如鱼腥藻)水生蕨类等水生蕨类等水生蕨类等水生蕨类等圆褐固氮菌（好氧）圆褐固氮菌（好氧）圆褐固氮菌（好氧）圆褐固氮菌（好氧）梭菌（厌氧）梭菌（厌氧）梭菌（厌氧）梭菌（厌氧）固氮微生物有哪些种类？固氮微生物有哪些种类？联合固氮联合固氮第26页指与一些指与一些绿色植物绿色植物互利共生互利共生固氮微生物。固氮微生物。以共生固氮微生物生物固氮为例：以共生固氮微生物生物固氮为例：概念：概念：根瘤菌根瘤菌举例：举例：根瘤菌固定氮根瘤菌固定氮素占自然界生素占自然界生物固氮总量绝物固氮总量绝大部分大部分第27页1 1）根瘤菌只有）根瘤菌只有侵入豆科植物根侵入豆科植物根内才能固氮。内才能固氮。2 2）不一样根瘤菌各自只能侵入）不一样根瘤菌各自只能侵入特定种类特定种类豆豆科植物。（科植物。（特异性特异性）根瘤菌固氮特点：根瘤菌固氮特点：第28页互利共生互利共生关系关系根瘤菌与豆科植物关系是什么？根瘤菌与豆科植物关系是什么？提供可直接利用提供可直接利用氮素氮素提供提供有机养料有机养料和和生活环境生活环境二者互利共生关系详细表现在？二者互利共生关系详细表现在？根瘤菌根瘤菌豆科植物豆科植物豆科植物豆科植物根瘤菌根瘤菌第29页根瘤菌在豆科植物中分布根瘤菌在豆科植物中分布大豆根瘤大豆根瘤大豆根瘤大豆根瘤豌豆根瘤豌豆根瘤豌豆根瘤豌豆根瘤第30页第31页N2+8H+8e+16Mg-ATP2NH3+H2+16MgADP+16Pi 常温常压常温常压固氮酶固氮酶第32页（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)空间结构第33页1 1、超氧化物歧化酶（超氧化物歧化酶（SODSOD）SOD是一个广泛存在于生物体内，能催化超氧阴离子发生歧化反应金属酶。1969年首次从牛血红细胞中发觉并分离出来一个专门去除超氧自由基并命名为超氧化物岐化酶。O2第34页2.种类种类：Cu.ZnSOD MnSOD FeSODCu.ZnSOD MnSOD FeSOD 第35页自由基与衰老自由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造成皮肤保水性能、弹性、柔软性下降纤维降解造成皮肤保水性能、弹性、柔软性下降皮肤皮肤干、皱，老化干、皱，老化生物大分子降解、交联聚合：机体衰老表征生物大分子降解、交联聚合：机体衰老表征第36页 自由基与疾病自由基与疾病自由基与心血管疾病自由基与心血管疾病自由基与癌症自由基与癌症自由基与肺气肿自由基与肺气肿自由基与缺血后再灌注损伤自由基与缺血后再灌注损伤自由基与眼病自由基与眼病自由基与炎症自由基与炎症自由基与贫血自由基与贫血第37页3.3.超氧化物歧化酶生理功效超氧化物歧化酶生理功效1 1、延缓因为自由基侵害引发衰老现象、延缓因为自由基侵害引发衰老现象2 2、治疗由自由基损伤而诱发疾病、治疗由自由基损伤而诱发疾病3 3、消除肌肉疲劳、消除肌肉疲劳4 4、提升人体抵抗力、提升人体抵抗力第38页生物学功效生物学功效：源于其对：源于其对O O2 2去除作用去除作用 增强机体对外界环境适应能力：增强机体对外界环境适应能力：烟雾、辐射、化学有害物等烟雾、辐射、化学有害物等 增强机体对疾病抵抗力：增强机体对疾病抵抗力：自由基损伤诱发一系列疾病自由基损伤诱发一系列疾病 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效免疫功效机体衰老机体衰老 其它：其它：如美容、护肤如美容、护肤第39页4.机体自由基去除机制：机体自由基去除机制：生理情况下，自由基生成与去除处于动态平衡；生理情况下，自由基生成与去除处于动态平衡；假如自由基生成过多或机体抗氧化能力不足，均可造假如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成组织细胞损伤（1 1）酶类自由基去除剂）酶类自由基去除剂超氧化物歧化酶（超氧化物歧化酶（SODSOD）：去除去除 O2 2O2+2H+SOD H2O2+O2 H2O2 H2O+O2过氧化氢酶过氧化氢酶第40页（2 2）非酶类自由基去除剂非酶类自由基去除剂脂溶性：脂溶性：V VE E、类胡萝卜素、胆红素等、类胡萝卜素、胆红素等 脂溶性：脂溶性：V VC C、白蛋白、金属结合蛋白、谷光甘肽等、白蛋白、金属结合蛋白、谷光甘肽等第41页SOD加工制备加工制备：原料：原料：当前主要利用动物血液当前主要利用动物血液 提取工艺：提取工艺：蛋白酶制备工艺蛋白酶制备工艺 制剂：制剂：胶囊、片剂：混合胶囊、片剂：混合造粒造粒干燥干燥装胶囊或压片装胶囊或压片 包衣包衣应用应用：医药、食品、日用化工：医药、食品、日用化工北京大宝化装品有限企业北京大宝化装品有限企业 9月1日，获国家质检总局授予“中国名牌产品”称号第42页第三节 生物膜第43页生物膜：生物膜：为生物体中含有特殊结构和功效选择性通透膜，如：细胞膜、核膜等。细胞膜以及各种细胞器外膜通称为生物膜。细胞膜以及各种细胞器外膜通称为生物膜。膜内所含蛋白质性质决定生物膜功效第44页显微镜下生物膜。第45页一、生物膜组成 生物膜都是由蛋白质、脂类和少许糖组成。但不一样生物膜，三种成份含量不一样。第46页二、生物膜结构 1972年S.J.Singer 液态镶嵌模型液态镶嵌模型膜磷脂膜磷脂排列成双分子层组成膜基质膜基质双分子层膜基质含有流动性、柔韧性、高电阻性流动性、柔韧性、高电阻性及对高极性分子不通透性不通透性膜蛋白膜蛋白为球蛋白,包埋于基质中,能够从双侧表面嵌入或穿透双分子层第47页细胞膜结构模型细胞膜结构模型第48页膜结构液态镶嵌模型膜结构液态镶嵌模型第49页三、生物膜功效区隔化或房室化（compartmentalization）物质跨膜运输（transport）能量转换（energy conversion）信息识别与传递识别抗原受体第50页1.区隔化或房室化（compartmentalization）内膜结构将细胞分隔成若干独立空间。在每一个膜包裹空间聚集着特定种类生物大分子，共同完成着某一项特定生命活动。第51页2.物质跨膜运输（transport）生物膜既要预防细胞与环境之间以及细胞内各房室之间物质自由混合，又要维持各区间物质有控制地交流。第52页3.能量转换（energy conversion）a.线粒体 b.叶绿体”第53页c.“c.“能势膜能势膜”示示例例脂双层脂双层细胞外细胞外细胞内细胞内葡萄糖协同运输系统葡萄糖协同运输系统第54页4.信息识别与传递信息识别与传递 如味觉,嗅觉等有味物质与膜受体膜受体结合引发膜电位改变,该信息再经味神经传递至中枢.成纤维细胞膜受体受体识别并与胰岛素结合可造成细胞分裂等.第55页5.识别抗原受体识别抗原受体免疫球蛋白免疫球蛋白(抗体抗体)第56页四、生物膜应用-（仿生学）1、海水净化装置：模拟生物膜选择性透过、海水净化装置：模拟生物膜选择性透过原理，对海水、污水进行净化取得纯净淡原理，对海水、污水进行净化取得纯净淡水。水。第57页2 2）农业上农作物抗寒、抗旱、耐盐等。）农业上农作物抗寒、抗旱、耐盐等。3 3）医学上依据生物膜结构、功效原理，能够）医学上依据生物膜结构、功效原理，能够研制出许各种代用人体组织与器官。研制出许各种代用人体组织与器官。第58页人人工工肾肾能能部部分分代代替替真真正正肾肾脏脏起起作作用用如如图图所所表表示示患患者者血血液液中中在在中中空空纤纤维维中中向向一一侧侧流流动动，称称为为透透析析液液水水溶溶液液在在中中空空纤纤维维外外向向相相反反方方向向流流动动。血血液液中中水水分分子子、废废物物经经过过血血液液透析膜（中空纤维壁）进入透析液中。透析膜（中空纤维壁）进入透析液中。第59页 人工制成血液透析膜含有人工制成血液透析膜含有选择透过性选择透过性当病人血当病人血液流过人工肾时，能把病人血液中液流过人工肾时，能把病人血液中代谢废物代谢废物透透析掉，然后让析掉，然后让 新鲜新鲜 血液返回到病人体内。血液返回到病人体内。第60页1.简述简述DNADNA结构、功效及其与基因、蛋白质、遗传等关系。结构、功效及其与基因、蛋白质、遗传等关系。2.2.简述转基因与杂交区分。简述转基因与杂交区分。3.什么是酶？其催化反应有何特点什么是酶？其催化反应有何特点?4.4.简述生物膜基本结构及功效简述生物膜基本结构及功效5.5.谈谈你对克隆人看法谈谈你对克隆人看法第61页1.简述简述DNADNA结构、功效及其与基因、蛋白质、遗结构、功效及其与基因、蛋白质、遗传等关系。传等关系。答：答：DNADNA含有双螺旋结构，是生物遗传信息携带者，而含有双螺旋结构，是生物遗传信息携带者，而蛋白质是生命活动执行者。基因是含有遗传功效单元，蛋白质是生命活动执行者。基因是含有遗传功效单元，一个基因是一个基因是DNADNA片段中核苷酸碱基特定序列，此序列片段中核苷酸碱基特定序列，此序列载有某特定蛋白质遗传信息、基因是控制生物性状遗载有某特定蛋白质遗传信息、基因是控制生物性状遗传物质功效单位和结构单位，是有遗传效应传物质功效单位和结构单位，是有遗传效应DNADNA片段。片段。第62页2.简述转基因与杂交区分。简述转基因与杂交区分。答：转基因和杂交是完全不一样概念。杂交只能在同类同类之间发生，如圆皮豌豆和皱皮豌豆杂交。而转基因则能够提取不一样种类不一样种类植物甚至动物基因，将其移植到植物上。第63页3.什么是酶？其催化反应有何特点什么是酶？其催化反应有何特点?答：酶是一类含有催化活性蛋白质答：酶是一类含有催化活性蛋白质,由生物细由生物细胞在基因指导下合成，又叫生物催化剂。绝大多数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。酶都是蛋白质。催化反应特点：催化反应特点：（1 1）酶是生物催化剂，具普通催化剂共性）酶是生物催化剂，具普通催化剂共性（2 2）经过降低反应活化能而使反应速率加紧）经过降低反应活化能而使反应速率加紧（3 3）酶催化效率极高）酶催化效率极高（4 4）高度专一性）高度专一性第64页4.4.简述生物膜基本结构及功效简述生物膜基本结构及功效第65页