生物酶與生物膜課件

第二節(jié)生物酶(Enzymes)生物酶與生物膜一、人類對酶的認(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)。2、3000多年前，周朝，民間就用風(fēng)干磨碎的麥芽粉來制飴。3、公元10世紀(jì)左右我國已用豆類制醬。4、春秋戰(zhàn)國時期漆已廣為應(yīng)用。5、古代史上有利用酶來治病的記載。

生物酶與生物膜（二）、古代人類的酶學(xué)實驗1.1783年，意大利科學(xué)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(xué)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(zhì)，該物質(zhì)耐熱且水溶性好。

3.酶水解作用的實驗證據(jù)

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。

生物酶與生物膜(三）、

早期的酶學(xué)術(shù)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(zhuǎn)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(shù)語。

生物酶與生物膜（四）、晶體酶的獲得生物酶與生物膜生物酶與生物膜生物酶與生物膜（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,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(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。生物酶與生物膜什么是酶呢？？二、酶的概念

酶是一類具有催化活性的蛋白質(zhì),由生物細胞在基因指導(dǎo)下合成，又叫生物催化劑。注：絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì)生物酶與生物膜三、酶的分子組成生物酶與生物膜1.各部分在催化反應(yīng)中的作用生物酶與生物膜生物酶與生物膜

四、酶的結(jié)構(gòu)與功能

酶的一級結(jié)構(gòu)是決定其催化功能最重要的化學(xué)結(jié)構(gòu)，是酶發(fā)揮催化功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

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。生物酶與生物膜

酶一級結(jié)構(gòu)的差別也決定了催化性質(zhì)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(jié)構(gòu)上的“口袋”狀結(jié)構(gòu)。由于三種蛋白酶的口袋”狀結(jié)構(gòu)不同，決定其與不同底物結(jié)合即有不同特異性。酶的特異的三維空間結(jié)構(gòu)是酶催化功能的基礎(chǔ)。酶的二、三級結(jié)構(gòu)是維持酶的活性中心空間構(gòu)象的必需結(jié)構(gòu)。生物酶與生物膜生物酶與生物膜五、酶反應(yīng)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(yīng)活化能而使反應(yīng)速率加快酶的催化效率極高高度的專一性只能加快反應(yīng)速度，不能改變反應(yīng)的平衡點；反應(yīng)前后質(zhì)和量沒有變化。生物酶與生物膜活化能活化能：分子由常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨癄顟B(tài)所需的能量。生物酶與生物膜生物酶與生物膜H2O2

H2O+O2

的Ea=75kJ/mol

膠體鉑催化該反應(yīng):Ea=49kJ/mol

過氧化氫酶催化時:Ea=8kJ/mol過氧化氫酶生物酶與生物膜四、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(zhì)代謝和能量代謝.物質(zhì)代謝是生物體與外界不斷進行物質(zhì)交換(吸收營養(yǎng)排出廢物)的過程生物體通過物質(zhì)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).生物酶與生物膜五、幾種酶的認(rèn)識固氮酶超氧化物歧化酶生物酶與生物膜（一）、固氮酶生物酶與生物膜氮素吸收的形式：

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)生物酶與生物膜1、工業(yè)上合成氨（正反應(yīng)放熱）反應(yīng)條件：在生產(chǎn)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生物酶與生物膜生物酶與生物膜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)合固氮生物酶與生物膜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生物酶與生物膜1）根瘤菌只有侵入豆科植物根內(nèi)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：生物酶與生物膜互利共生關(guān)系根瘤菌與豆科植物的關(guān)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(guān)系具體表現(xiàn)在？根瘤菌→豆科植物豆科植物→根瘤菌生物酶與生物膜根瘤菌在豆科植物中的分布大豆的根瘤豌豆的根瘤生物酶與生物膜生物酶與生物膜N2+8H++8e+16Mg-ATP2NH3+H2+16MgADP+16Pi

常溫常壓固氮酶生物酶與生物膜（二）、超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶（Cu-ZnSOD)的空間結(jié)構(gòu)生物酶與生物膜1、超氧化物歧化酶（SOD）SOD是一種廣泛存在于生物體內(nèi)，能催化超氧陰離子發(fā)生歧化反應(yīng)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·生物酶與生物膜2.種類：Cu.Zn—SODMn—SODFe—SOD

生物酶與生物膜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(zhì)交聯(lián)→白內(nèi)障；視網(wǎng)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(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→皮膚干、皺，老化生物大分子的降解、交聯(lián)聚合：機體衰老的表征生物酶與生物膜

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生物酶與生物膜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、提高人體的抵抗力生物酶與生物膜生物學(xué)功能：源于其對O2·－清除作用

增強機體對外界環(huán)境的適應(yīng)能力：煙霧、輻射、化學(xué)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(diào)血脂、延緩衰老：

脂質(zhì)過氧化→生物大分子損傷→免疫功能↓→機體衰老其它：如美容、護膚生物酶與生物膜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過氧化氫酶生物酶與生物膜（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(jié)合蛋白、谷光甘肽等生物酶與生物膜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→造粒→干燥→裝膠囊或壓片包衣應(yīng)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(zhì)檢總局授予的“中國名牌產(chǎn)品”稱號生物酶與生物膜第三節(jié)生物膜生物酶與生物膜生物膜：為生物體中具有特殊結(jié)構(gòu)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(nèi)所含蛋白質(zhì)的性質(zhì)決定生物膜的功能生物酶與生物膜顯微鏡下的生物膜。生物酶與生物膜一、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。生物酶與生物膜二、生物膜的結(jié)構(gòu)

1972年S.J.Singer液態(tài)鑲嵌模型膜磷脂排列成雙分子層構(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)表面嵌入或穿透雙分子層生物酶與生物膜細胞膜的結(jié)構(gòu)模型生物酶與生物膜膜結(jié)構(gòu)的液態(tài)鑲嵌模型生物酶與生物膜三、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（energyconversion）信息識別與傳遞識別抗原的受體

……生物酶與生物膜區(qū)隔化或房室化（compartmentalization）內(nèi)膜結(jié)構(gòu)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。生物酶與生物膜物質(zhì)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(nèi)各房室之間的物質(zhì)自由混合，又要維持各區(qū)間物質(zhì)有控制地交流。生物酶與生物膜能量轉(zhuǎn)換（energyconversion）a.線粒體b.葉綠體”生物酶與生物膜c.“能勢膜”示例脂雙層細胞外細胞內(nèi)葡萄糖的協(xié)同運送系統(tǒng)生物酶與生物膜信息識別與傳遞

如味覺,嗅覺等有味物質(zhì)與膜受體結(jié)合引起膜電位改變,該信息再經(jīng)味神經(jīng)傳遞至中樞.成纖維細胞膜受體識別并與胰島素結(jié)合可導(dǎo)致細胞分裂等.生物酶與生物膜5.識別抗原的受體—免疫球蛋白(抗體)生物酶與生物膜四、生物膜的應(yīng)用------（仿生學(xué)）

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。生物酶與生物膜2）農(nóng)業(yè)上農(nóng)作物的抗寒、抗旱、耐鹽等。3）醫(yī)學(xué)上根據(jù)生物膜的結(jié)構(gòu)、功能原理，可以研制出許多種代用的人體組織與器官。生物酶與生物膜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(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、廢物通過血液透析膜（中空纖維壁）進入透析液中。生物酶與生物膜

人工制成血液透析膜具有選擇透過性當(dāng)病人的血液流過人工腎時，能把病人血液中的代謝廢物透析掉，然后讓