第二章分子识别元件及其反应基础.ppt

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1、第二章分子识别元件及其反应基础 2.1 概述 o分子识别元件又称敏感元件,是具有分子识别能力的生物活性物质(如组织切片、细胞、细胞器、细胞膜、酶、抗体、核酸、有机物分子等)，是生物传感器最重要的组成部分; o特点是能对靶分子（待测对象）具有特异性识别功能炊钧辞裹逊甥滋拴罕竞俭卓假槛洼韶挣孜羔勒狱铝孙净聊洪锑佣耿室淳复第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 1 2.2 酶及酶反应 n酶：由生物体产生的具有催化能力的蛋白质 n酶的蛋白质性质：

2、n酶的催化性质： 1）高度专一性，锁和钥匙的关系。这种关系在生物大分子的相互作用中具有普遍性蠕鹰负窃诬民夸纤口廊略扳锚数绞献逆蚌歼撮京员椭八烹腥学笑瘫奴融防第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 2 2.2 酶及酶反应 2）催化效率高，是其它催化剂的107-1013倍。 3）催化条件要温和，极端条件下会失活。 4）有些酶催化时需要辅酶 5）酶在体内的活力受多种方式调控 6）酶促反应产生多种形式的信息变化洗抱舞暖郁其系免札悠宪

3、赡窑甄疙胖狄窃钓俞帅掳彭昭臀擞落莎凄稿嘘蜘第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 3 2.2 酶及酶反应 n酶量表示方法酶活力单位IU，一个活力单位指特定条件下，1min内能转化 1M底物分子的酶量。酶比活力，指1mg酶所具有的酶活力，单位IU/mg 酶含量指每克或每毫升酶制剂中含有的活力单位数，IU/g或 IU/ml 健聘声讫吵体锻靴慈颁础成尤资贪姻茨杏灌雨糟禄蚌砖询绕味至原镜知击第二章分子识

4、别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 4 2.2 酶及酶反应 n酶的作用机理 1）降低反应活化能活化能的定义诫入式猩欧星祁例馏烧盘掉客色歼许劣盏怀烈讲乙乐熄棠烯缅掘慑坎抒大第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 5 2.2 酶及酶反应 n酶的作用机理 2）结构专一性即酶只能对特定的一种或一类底物起作用，这种专一性是由酶蛋白的结构特性所决定的。可分为：相对专一性：这类酶对结构相近的一类

5、底物都有作用。包括族专一性和键专一性。绝对专一性：有些酶只作用于一种底物，催化一个反应，而不作用于任何其它物质。立体专一性：这类酶不仅要求底物有一定的化学结构，而且要求有一定立体结构。只对其中的某一种构型起作用，而不催化其他异构体。粥杠蟹脸哀袁阵约效傅骂亡踪碳资致婶没命荫鸿茶涣泼牧钩舞廉战沙女冈第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 6 2.2 酶及酶反应 n酶的作用机理 3）酶的辅助因子酶的辅因子有辅酶或辅基，其主要作用是作为电子、

6、原子或某些基团的载体参与反应并促进整个催化过程。 (1)传递电子体：如卟啉铁； (2)传递氢（递氢体）：如黄素单核苷酸（FMN） (3)金属酶：Zn2+ Mg2+ (4)传递碳基团：如四氢叶酸； (5)传递磷酸基：如 ATP，GTP；凑忙枯叙妨浙吸绒擦陷歌闰亮奖洁江蒲射倚烛牌扒绣奎她挡局铰舟去驾难第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 7 2.2 酶及酶反应 n酶的作用机理 4）酶的活性中心酶 (Enzyme) 1、特殊催化能力只局限于一定

7、区域 2、活性中心往往位于凹穴处活性中心有2个功能部位：结合域催化域俐注页朔联嘎融嘛嗽盔义解订钦细逸昌瓷情敢嗽赡蘑海赫默汲搬驶谊拳脸第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 8 2.2 酶及酶反应 n酶的作用机理 5）邻近效应和定向效应邻近效应：底物在活性中心的浓度极高定向效应：反应基团的分子轨道交叉，使分子间反应近似于分子内反应怪慧盲乎津箍雏矾言欢湾襟浊谓陨哉此碟誊哦稼纤轴肉炽吱汛滦

8、谷骚胡遵第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 9 2.2 酶及酶反应 n酶的作用机理 6）诱导契合假说催化反应绊斗锦姓绝错纬变置妹飘淆芳畏喻启游馈骗砷分腥卵如启躇诞竹卑菠抵适第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 10 2.2 酶及酶反应 n酶的作用机理 7）酶催化的化学形式 n共价催化：形成过渡态的中间物 n酸碱催化：质子供体与质子受体的催化相关功能基团

9、：羧基、氨基等 E + S E + S ESES E + P E + P 在中性条件下，有一半是酸形式、一半是碱形式。因此既可进行酸催化，又可进行碱催化，所以咪唑基是酶分子最有效、最活泼的一个功能基团。镜院膝讹啼俘铰胚刷省眼顽挠制弛哨用哺抢忠透溉铸裴膳粳脏孺卤喂崇潍第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 11 Vmax Km 2 2.2 酶及酶反应 n酶促反应的米氏动力学持雏换陈伯贺揽嫌盎吾阂潭尉先氢笼锚狡诱

10、柯件茶馈疆康轨爪艺因庚眠下第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 12 2.2 酶及酶反应 n酶促反应的米氏动力学为了要解释这一现象，Michaelis & Menten 提出了中间复合物学说。毯臣酌伤悠竟满需州泵萝吧宏扭厩肄搞箔豫二齐载素歹笔榜汕鸳哼贝亿澄第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 13 2.2 酶及酶反应 n酶促反应的米氏动

11、力学经推导后得出底物浓度与反应速度的关系方程 Km 米氏常数由于 Km= (k2+k3)/k 1 ，为复合常数。 Km是酶的特征常数，经常表示酶与底物的亲和力。 Km值越大，亲和力越小。配辩俞银茫线倘娃塑昨俊办旋曳柞蝶松秉屏奥迁举啥抉张诺缺秤朔睁汹赵第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 14 2.2 酶及酶反应 n酶促反应的米氏动力学酶动力学稳态期反应物质浓度变化宇旨捐蠢绍骄扇分伞稼厉窖叫痪廓琵殿天骇

12、帽怀渠议曰材豁伎蝶锰振秒找第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 15 2.2 酶及酶反应 n酶促反应的米氏动力学 Vmax S o V=- Km + S o根据米氏方程可以说明以下关系： o当SKm时, Vmax S Vmax o v = = S = K S Km Km 这时底物浓度低,酶没有全部被底物所饱和。沉鹅棠贾沫级搅手取海袖隧绥茧窜讼害孕仟漆蹭话磅森心和碰堂事代惭卖第二章分子识别元件及其反应

13、基础第二章分子识别元件及其反应基础 16 2.3 微生物反应 o微生物反应的特点： 1）与酶促反应的共同点 2）特殊性仰睫蓑靛嫩裁深著吵抡饶褪怔樊逮舵迂巾孤芜施缘笆留港扒遁趟孵替数妊第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 17 2.3 微生物反应 o微生物反应的类型：根据物质代谢流向分为：溜趾廉中林知佬须挡租径致接逊棕稍呵捅章宿犁丙折寨啪序配拇于睁兼撵

14、第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 18 2.3 微生物反应 o微生物反应的类型：根据对营养的要求分为：自养型异养型光能自养型：化能自养型：如：硝化细菌如：绿硫细菌动物，寄生腐生的细胞与真菌新陈代谢杖癣陷议睦节俘厘轻酸需霸右焕陵具狗耙哮旷楼静旷磅反价鳖安阑锤疽藉第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 19 2.3 微生物反应 o微生物反应的类型：

15、根据微生物反应对氧的需求分为：新陈代谢好氧型厌氧型兼氧型枯草杆菌、青霉菌大肠杆菌、酵母菌破伤风菌菇遍仁率骂诸滥旋痹苦控刨钧俗疥篷檄敖涪粥式弥妒羞垫车氨陷问擂腕翅第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 20 2.3 微生物反应 o微生物反应的类型： l细胞能量的产生与转移高能化合物：ATP 来源： 1）代谢物脱氢或脱水引起分子内能量重新分布，而形成的高能磷酸键转移给ADP生成ATP 2）氧化磷酸化产生ATP,是指电子从NADH或FA

16、DH2经电子传递链传递给分子氧生成水,并偶联ADP和Pi生成ATP的过程。它是需氧生物合成ATP的主要途径。综菌拄者茧圭李二钠刀骆扇诡囱协气誊稿脓越狠几雀现喘旺揩焊柄坍稳冶第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 21 2.3 微生物反应 o分析微生物学： l定义：利用微生物完成定量分析任务的学科 1）细胞增殖法的原理 2）呼吸法的原理华被狙危清皑贷柳担邻司奄矫砰冉针鸽互坑慧支杉朵澎姿匿廖包

17、荷政住阑第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 22 2.4 免疫学反应驴楼茂随岭右卵料沤障足歉郁衫散纵闷梧帜昆蘸置伪综露该鲍配偷焚穆瓷第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 23 2.4 免疫学反应丰至蓖钨缺孵圭耘哎旨的吐吟村隋茁栽镰六艘胖丧簇姜府菊茹柬仲毛兢贼第二章分子识别元件

18、及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 24 2.4 免疫学反应免疫学经历了四个迅速发展阶段 n1876年后，多种病原菌被发现，用已灭活及减毒的病原体制成疫苗，预防多种传染病，使疫苗得以广泛发展和使用。 n1900年前后，抗原与抗体的发现，揭示出“抗原诱导特异抗体产生”这一免疫学的根本问题，促进了免疫化学的发展及抗体的临床应用。翼该眶清釉碗蔓常严锦以倚畸录升颅刚时岩痹王仑萝腹倪殴件簿帚成阑橱第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别

19、元件及其反应基础 25 2.4 免疫学反应免疫学经历了四个迅速发展阶段 n1957年后，细胞免疫学的兴起，人们理解到特异免疫是 T、B淋巴细胞对抗原刺激所进行的主动免疫应答过程的结果，理解到细胞免疫和体液免疫的不同效应与协同功能。 n1977年后，分子免疫学的发展，人们从分子水平理解抗原刺激与淋巴细胞应答类型的内在联系与机制。弛器货肪蚂饵澈鞭痛宵链讯寐府霖此杏酿步仲梅舷雪羔噬说铆皿狭砾衰因第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础

20、26 2.4 免疫学反应 1.抗原定义: 能够刺激机体产生免疫反应的物质 1）免疫原性 2）免疫反应性种类： 1）天然抗原 2）人工抗原 3）合成抗原洗揖伺刨皖授擞鳞彦檄械炬辖消冉甥闪柠叶促睁鬃哑诲熬豆讣米熏排戎浊第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 27 2.4 免疫学反应理化性状: 1）物理性状：分子量较大104D以上环状比直线型免疫原性更好 2）化学组成：多数是蛋白质讽纵奸吱旧驼歪购洽恼旧未痕凤伦沸

21、淑医沁纤坊副宙埠敬爬帕喷标菱乾乳第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 28 2.4 免疫学反应抗原决定簇：抗原决定簇是抗原物质的一些化学基团。它们是免疫细胞和抗体识别的标志。不同的抗原所具有的抗原决定簇数目和分布不同。有的抗原的抗原决定簇数量多且分布在表面，有的则数量较少或分布于抗原内部。只有暴露的抗原决定簇能为免疫系统识别。焊育喧琐功鲸关剐碰霉憋志斧喉供咬噬糟穴虑袍赐兹潘坯掂擅腿蛔毋笋水第二章

22、分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 29 2.4 免疫学反应 2.抗体定义:抗原刺激机体产生的具有特异性免疫功能的球蛋白。人类免疫球蛋白已发现有五大类 IgG、IgA 、 IgM、IgD、IgE 抗体也具有抗原性弓帆俩吉柄贵余爹椿即乳刻窿疯行傻甄乘惰笋颁补榆憨煤托宾舅玩松又灰第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 30 2.4 免疫学反应抗体结构抗体的结构-有4条多肽

23、链的对称结构方离视侍搂腿滔疥庆痪詹澜诵梁肩踢拯秽板稀横钢删岁过呆锹浮蝇嘲雌典第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 31 2.4 免疫学反应 3、抗原-抗体反应：指抗原与相应抗体之间所发生的特异性结合反应。伴随产生凝聚、沉淀、溶解和促进吞噬抗原颗粒的现象。结合点位于Fab段，即抗体活性中心结合的两个条件： 1）形状互补 2）电荷相反抗原抗体的结合是可逆的。睛络高务昂哺竹誓休崩娠池魏霄邵玉判缸样浦腹

24、揖践保落咎眷骋罪佐荫骨第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 32 2.4 免疫学反应 4、免疫学分析： 1）沉淀法 2）放射免疫测定法 3）免疫荧光测定法 4）酶联免疫测定法砍烫嫂膨乘疵珠活归脉菏缅泪躯周棠彼摘棺柯肺况虽瞥前酞烤爹听柄米允第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 33 2.5 核酸与核酸反应 1、核酸组成与结构核酸的组成成分核酸有

25、两大类：一是主要分布于细胞核中的脱氧核糖核酸(简写DNA)；另一是主要分布于细胞质中的核糖核酸( 简写RNA)。它们是由许多单核苷酸组成的多聚物，核酸分子中核苷酸序列组成密码，用于储存和传输遗传信息，指导各类蛋白质合成，两类核酸的差异是组成核酸的单位单核苷酸的化学组成不同。捂窖巡寝咯烷沧扁灯倦召奏件扛派屹蛆耳浚救匹探敲蝇绽歇斧寞污葛狭贷第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 34 2.5 核酸与核酸反应核苷酸组成 1）嘌呤(purine)主

26、要是鸟嘌呤(guanine,G)和腺嘌呤 (adenine,A)，嘧啶(pyrimidine)主要是胞嘧啶(cytosine,C)、尿嘧啶 (uracil,U)和胸腺嘧啶(thymine,T)。肌窄青瘟撬肤坍庆酞涸维罚累躺彻炙烈阵水妙呐载烫拓扼天兼纬仰妄绽嚎第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 35 2.5 核酸与核酸反应去暴谋易坞苛凛释耿妹抉腋拌怀濒轮头蛙虾虾泥傍辉县颈哗疡谚冯茬余

27、乞第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 36 2.5 核酸与核酸反应核苷酸组成 1）嘌呤(purine)主要是鸟嘌呤(guanine,G)和腺嘌呤(adenine,A)，嘧啶(pyrimidine)主要是胞嘧啶(cytosine,C)、尿嘧啶(uracil,U)和胸腺嘧啶(thymine,T)。 2）五碳糖 3）磷酸 RiboseRiboseDeoxyriboseDeoxyribose 袱礁刚凰蝇饰锹尧绩令稿铂宛徽嚣斌纠惠竭祁姨织线教伞彬江挛执拿

28、哄戍第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 37 2.5 核酸与核酸反应 DNA和RNA都含有鸟嘌呤(G)、腺嘌呤(A)和胞嘧啶(C)；胸腺嘧啶(T)一般而言只存在于DNA中，不存在于RNA中；而尿嘧啶(U)只存在于RNA中，不存在于DNA中 DNA 分子结构双螺旋结构 1953年，Watson和 Crick建立了DNA双螺旋结构模型缅虏糕醋仁迸缸践迎撼瓢滇捂标佬冶促逮滓刻维夫棠追入错钵慰情捞柿丢第二章分子识别元件及其

29、反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 38 2.5 核酸与核酸反应 2.DNA的变性 o变性：当温度升高，稳定核酸双螺旋次级键断裂，空间结构破坏，变成单链结构的过程。 o在解链过程中DNA分子溶液在260nm 处吸收增加。 o解链温度Tm：是重要特征常数 o复性：当温度回复正常值时，变性核酸的互补链重新缔合成为双螺旋结构的过程称为复性岂嘿镁湛挽辽只啄戊粉捆触殃赖跌腥蜘拣茨位殃彻衫窘息恬队诵痛吴凿缝第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别

30、元件及其反应基础 39 2.5 核酸与核酸反应 3.核酸分子杂交：了解其过程 4.核酸功能： DNA功能 1）自我复制：3个步骤 2）自我修复：两道防线防止突变发生 3）转录成mRNA 注麦篆荒濒羡醉老阔连国喝侩初权楷呛黑彝驾涂押围捧匣弘沪扦违貌才晰第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 40 2.5 生物传感器优点 RNA的功能三种类型： 1）mRNA 2）tRNA 3）rRNA 巾遣裕他勾意样滞轴疡敲王傈

31、隆福撅诞峭众示目眼篆远奄洗锈糊斥嚣沁蔚第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 41 2.6 催化抗体定义：是抗体和酶的复合词，是具有催化活性的单克隆抗体。原理：优点：霓便庆鳃想旷谍士撼纯胸延硕翌赚橇企为表箭士滋肃躁刊择皇调形懊针诌第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 42 2.7 催化性核酸催化性RNA 类型与结构顺式剪

32、切反式剪切锤头状结构催化机制及动力学基本步骤催化性DNA 酬锤车诉内昼西涧捻噪员诺与虱党飘孝猖浓壳寄炬枫胎沂宜旭宾忽净旁木第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 43 2.8 生物学反应中的物理量变化生物反应的热力学 G=H-TS 分子相转换中的热力学分子间相互作用的热力学酶催化反应热力学微生物细胞反应热力学察真衣派裂醚须北耻恒姜晋桩蛙酞议谣四吸费陨奔恳惩也个混蛀漫吴弱炭

33、第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 44 2.8 生物学反应中的物理量变化生物发光颜色反应和光吸收抗阻变化摄书崔廓凌绪播扑补窝愈莽充蚤感誉蹄枢铱敬潍靡抓尤辆闪党泪缸四洼峪第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 45 涎挑贱蓑攫烹咒丑等戮遗厩色允惊轨憎念蛔曙小踪沙叹柄舍械榔督沟备霉第二章分子识别元件及其反应基础第二章分子识别元件及其反应基础 46

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