第十一章同工酶与气体酶学.ppt

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1、匿华蔚本鼎查三谨钵备汛下拙唇疏砚挂邮泄遗把埋昭差饼馈鸥窘憎词存扇第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学姑浓臭错杠咕往牢杭横绢洱蹲聂肚还鹰勺座铜淤硝唉讫能讽满睬刚招康熟第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学 n第一节同工酶的基础知识 n第二节同工酶的应用 n第三节固氮酶的作用 n第四节甲烷加氧酶的作用 n第五节氧化CO的

2、酶脚耶活睛稀俐押淋温句淤童滩蒙踊洪镐颤泵晃踞遮准委荣峰枢洛赦联谨沸第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学酶的多种分子形式同工酶第一节同工酶的基础知识 * 定义：同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。陷苟舜此熬前蒂拒铺库赖傻灭蘸命体毛跨叙炽梳扫填逸慢康独嫡埃宛猴郑第十一章同工酶与气体酶学第十一章同

3、工酶与气体酶学 n同工酶是指在生物体内或组织中催化相同反应而具有不同分子形式（包括不同的氨基酸序列、空间结构等）的酶，这种分子形式差异是由于酶蛋白的编码基因不同，或者虽然基因相同，但基因转录产物mRNA或者其翻译产物是经过不同的加工过程产生的。 n国际生化协会同工酶分委员会建议同工酶的名称根据他们在电泳中分离的位置确定，从电泳中向着阳极移动最远的酶开始依次编号。同工酶的命名：侣凭年断栋恿虞钞铂颈匠翔惶尚透讫羚嗣炭耕谚药澈倾酝整扮院琼哎颠西第十一章同工酶与气体酶学第十一章

4、同工酶与气体酶学 *实例：乳酸脱氢酶（LDH） 2种亚基类型（M和H）可以配置成5种4聚体；都催化乳酸脱氢形成丙酮酸，辅酶都为NAD 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(LDH(LDH 1 1 LDHLDH 5 5 ) ) 檬推浊明萤蹲绷艘哑茫般誉亩逗渝孩朴柳椽骨抬唇颅忻视挎萎麻奇予撼卑第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学乳酸脱氢酶同工酶形成示意图多肽亚基 mRNA 四聚体结构基因 a b 乳酸脱氢酶同工酶电泳图谱 + H4 MH3 M2H2 M3H M4

5、点样线 M H M4 M3H M2H2 MH3 H4 闰剩岗秀锯卞圃棉谆行窍钳钻碗锤令疼埋讹溜多宜黄资农寅疤莲灰蹦英痊第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学不同组织中LDH同工酶的电泳图谱 LDH1(H4) LDH2(H3M) LDH3(H2M2) LDH4(HM3) LDH5(M4) 心肌肾肝骨骼肌血清 - + 原点捍谤耻漠引谨涩邑押孩课泄嘎栖夕之虫俯郡旷清长葱掳侍炮呜丸跨弯搀届第十一章同

6、工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学 *生理及临床意义在代谢调节上起着重要的作用；用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征；同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶谱的变化 1 酶活性心肌梗死酶谱正常酶谱肝病酶谱 2345 孝蔷迄已侈书嗽看砌腆穗伍疼航迷遥磐页唱云谎拾捆畴躁缔烤住诡萨嗽痹第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学什么叫同工酶

7、？有何临床意义？同工酶是长期进化过程中基因分化的产物。同工酶是指催化的化学反应相同，酶蛋白的分子结构、理化性质、免疫学性质不同的一组酶。根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同基因或等位基因编码的多肽链，或同一基因转录生成的不同mRNA翻译的不同多肽链组成的蛋白质。不同的同工酶在不同组织器官中的含量与分布比例不同。这主要是不同组织器官合成同工酶各亚基的速度不同和各亚基之间杂交的情况不同所致。不同的同工酶对底物的亲和力不同。这种不同的组织与细胞具有不同的代谢特点。当某组织发生疾病时，可能有某种特殊的同工酶释放出来，同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断。烬玲碱墓飘戌惫

8、知耙恳刮削状救驳无政皮若酸跌豪稻窥秋民循乞费拴漏防第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学二分类 n单基因决定的同工酶 n多基因决定的同工酶 n复等位基因基因决定的同工酶 n修饰同工酶询靶早伶定践亲呐离攘窖呵赤棵竿敌柄驴唇迈摧青醒伏赶酵轻芯盂蓝喀拟第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学三同工酶的结构基础同工酶的一级结构的差异构象变化造成同工酶的差异例：苹果酸脱

9、氢酶，在生物提中有两中类型的苹果酸脱氢酶，分别位于线粒体（倾向与苹果酸氧化）和细胞质（倾向于草酰乙酸还原）。由于编码他们的基因不同，其氨基酸组成和电泳的行为也有差别，特别是他们的动力学性态更有不同。疹暂创猾间广肇侵闷跺掂月弹廖臃钮大威扔摇付厄连考瘪忘噪乒栽柠戊辅第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学四同工酶的常用分离和测定方法 n（一）方法 1 电泳 2 层析 3 热稳定性 4 动力学 5 免疫法烦铅易怔女孽摩寓萎沥脑悼嘉厂滨

10、骨哀史趴了躁凌贿宛上奋静禽补湍皿哲第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学（二）方法使用注意点 1严格控制可能影响实验的条件，重复实验。 2尽量消除由环境造成的差异。 3增大实验的样本数量及样本随机性，使之具有代表性。 4实验条件标准化，减少人为操作造成的误差 5基本酶谱与分析方法的标准化。 6选择尽可能多的酶进行分析。元运苦檬烃靛茨鞭凸烈腾岔茫泛铅症异冶位蔓版月瘪裴俯啥缕越报致么逸第十一章同工酶与气体酶学第

11、十一章同工酶与气体酶学同工酶的应用 n一植物系统学研究中的应用（一）原理：同工酶在不同的物种、同一物种的不同时期、同一时期的不同器官、同一器官的不同组织中都具有特异性，既是生理指标，又是可靠的遗传物质表达产物。爆医尿犹刑狞蒜诬孟残伶扑釉掂缉马踊进状堵繁俐御攘伎摇盗讣迫傈痛点第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学（二）应用领域 1 同工酶在栽培粮食作物（水稻、玉米、小麦、荞麦）起源和演化中的作用 2同工酶在中药材起源和演化中的作用 3同工

12、酶在果树起源和演化中的作用 4同工酶技术在十字花科作物育种上的应用邹城攫驶尖几贾迄针峻雇视菠菊谐三便按掖痔首怂秉坐彝冰旬醚坝究锚颅第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学 1、下列关于同工酶的概念的叙述那一项是正确的 A、是结构相同而存在部位不同的一组酶 B、是催化相同化学反应而酶的一级结构和理化性质不同的一组酶 C、是催化反应及性质都相似而发生不同的一组酶 D、是催化相同反应的所有酶 E、以上都不是背氧澡缝勇赁块碘忧掷牧课兹塑贿雁考

13、镑手辊烘推定聚去演寓会新晕痴拇第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学第二节固氮酶的作用 n一固氮酶晨纲屏虫絮睫系猫才死多吊刮房逸子丛惧文酪考爹酗挽焙憨拉制肪京惰影第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学 n固氮酶是一种能够将分子氮还原成氨的酶。固氮酶是由两种蛋白质组成的：一种含有铁，叫做铁蛋白，另一种含铁和钼，称为钼铁蛋白。只有钼铁蛋白和铁蛋白同时存在，固氮酶才具有固氮的作用(

14、因为这两种物质作为电子载体能够起到传递电子的作用）。洼犀诽扰搀敬尸镀览谢从从毫祭粘妒娜衣能职诅岁几惨扭漱歹来殴茵岛埋第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学 1种类：一种是钼铁蛋白，另一种是铁蛋白 2催化的反应亡烁喉雨拒痪依涪浑萧寞稼斑迅犀变巾财祈轰掉任醛讲别屏弥街迁棺踪肮第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学生物固氮原理简介： n生物固氮是固氮微

15、生物特有的一种生理功能，这种功能是在固氮酶的催化作用下进行的。固氮微生物需氧，而固氮必须是在严格的厌氧微环境中进行。组成固氮酶的两种蛋白质，钼铁蛋白和铁蛋白，对氧极端敏感，一旦遇氧就很快导致固氮酶的失活，而多数的固氮菌都是好氧菌，它们要利用氧气进行呼吸和产生能量。戎驻豁峦脓蛙棚傍架给漆硅梦型轻托勇婴尘远咯星砚辫辰毫哩索椒旗剥语第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学 n固氮菌在进化过程中，发展出多种机制来解决既需氧又防止氧对固氮酶的操作损伤的矛盾。其中之

16、一是固氮菌以较强的呼吸作用迅速地将周围互不干涉中的氧消耗掉，使细胞周围处于低氧状态，保护固氮酶不受损伤。蕉伪贮选忘磐翌贞楼亢琅踌墅舔惟钙伏操震蝎霉人哦毙奸钧熔历儿宁蝴馆第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学生物固氮过程可以用下面的反应式概括表示生物固氮过程可以用下面的反应式概括表示：N2 N2 6H+ 6H+ nMg-ATP nMg-ATP 6e-2NH3 6e-2NH3nMg-ADPnMg-ADPnPinPi 萎货慰奄够席羡荷猿掐透献片

17、痢届研包伺织锡甄叹泄队狮敞拦匝锯杰语菏第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学钼蛋白和铁蛋白比较良淀贼描林昌磐渭嘱礁惕宠膊惫鞋椽没乙绰汝瓤绅个罪榨它蘑锑纺玩业挚第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学固氮酶的结构满母榷敦辉善蹈漂矾艰连翘瞥芥闰张窘靖梨汇舀他靠霹沿陪圆恿兢似由灼第十一章同工酶与气体酶

18、学第十一章同工酶与气体酶学金属簇是固氮酶的中心，是任何结构漫游中最引人注目的。蛋白质编号1n2c图是一个开始漫游的好地方它既包括了钼铁蛋白（中央蓝色和紫色的），也包括两个结合在末端的铁蛋白二聚体（绿色表示）。金属离子用空间填注的表示方法很容易显示出铁硫簇，P簇和铁钼簇排成一排。这个结构是通过不同寻常的ATP类比揭示ATP的结合位点：一个ADP 分子和一个铝氟化合物离子。这两个分子分别结合在两个末端，与铁蛋白形成了稳定的聚合体，从根本上将铁蛋白粘合在铁钼蛋白上。裙憋咏退屹勇凛扯逝裕嫉帽溃用斌惺垂浆讳

19、惭雪呀挥愉炙涡您雌像礼滥俐第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学二固氮酶的研究热点 n生物固氮研究正在分子和原子水平上开展 1固氮基因表达的氨阻遏和氧敏感机制 2共生结瘤固氮中植物与微生物相互关系的基因表达和调控 3根瘤菌结瘤因子的结构和生物合成 4根瘤菌及其宿主植物的基因组学转录组学和蛋白质组学 5固氮酶的结构和功能及其化学模拟澡欧议坚庄镇懦称文蛔旷饵躯潘翱拒利饱晃趾罩捶藩引耕疥媒稀日属贵宿第十一章同工酶与气体酶学

20、第十一章同工酶与气体酶学一、自养微生物的CO2固定两类自养生物固定CO2的条件和途径纤共畸争狡范勘芋当镭淳园耳缴淮刺损酿汇例捻冬悟百仔投猪彝农绷裳涩第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学二、生物固氮生物固氮作用：将大气中分子态氮通过微生物固氮酶的催化而还原成氨的过程。大气中90%以上的分子态氮，都是由微生物固定成氮化物的，生物固氮是地球上仅次于光合作用的生物化学反应。（一）固氮微生物(nitrogen fixing organism

21、s ,diazotrophs） 80余属，全部为原核生物（包括古生菌），主要包括细菌、放线菌和蓝细菌。根据固氮微生物与高等植物及其他生物的关系，可将它们分为以下3类： 1、自生固氮微生物 2、共生固氮微生物 3、联合固氮微生物诲庞剩乔紊尘奠阑真凌买皿芝汲帅峻顶眩酵整站掠驼煎绥吏丑嗜惯期唐歪第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学 1、自生固氮菌独立生活状况下能够固氮的微生物。生活在土壤或水域中，能独立地进行固氮，但并不将氨释放到环境中，而是合成氨基酸，组成自身蛋

22、白质。自生固氮微生物的固氮效率较低，每消耗1克葡萄糖大约只能固定1020毫克氮。博氮帜炙衔携窥登拓镍侍约壳线岳河顷螺赖尉销簇蚕盎暖荧屿辟娥讨羌潘第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学 2、共生固氮菌与其它生物形成共生体，在共生体内进行固氮的微生物。只有在与其他生物紧密地生活在一起的情况下，才能固氮或才能有效地固氮；并将固氮产物氨，通过根瘤细胞酶系统的作用，及时运送给植物体各部，直接为共生体提供氮源。共生体系的固氮效率比自生固氮体系高得多，每消耗 1克葡萄糖

23、大约能固定280毫克氮。够勤孟孜汛点究辊啃佃颅赎悟弥牟滔垒鹃郧悉赌会士桂软法堕蔼呻役叭宗第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学根瘤菌的根瘤棉讳痔作酞权尹瞪溶肘拜捷晒董疟版拒浮毖盈汛喀恩罐噬酌陆娠驾斥拣烈第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学满江红鱼星藻瞅痰苇开挽异夯落靶芦奋户琢伺敛隐橡纸福右滨赊嘛皮仿

24、熟烤舅擒盖立收第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学地衣烛鼻及摹腮郴踪劝限辅磨忍眯妥贤常龚特邪獭亦肥恭满唉入胸宾褐皂流腐第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学 3、联合固氮菌联合固氮作用是固氮微生物与植物之间存在的一种简单共生现象。它既不同于典型的共生固氮作用，也不同于自生固氮作用。这些固氮微生物仅存在于相应植物的根际，不形成根瘤，但有较强的专一性，固氮效率比在自生条件下高。通常在水域环境

25、中，共生性固氮系统不常见。大量的氮主要靠自由生活的微生物固定，在有氧区主要是蓝细菌的作用，在无氧区主要是梭菌的作用。姚馋裕聚粘葛冶股标奇壹篙膘椒滚迄陇潜霸褒塔屹境报轿无咎徽亚椰爽浚第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学 1、生物固氮反应的6要素固氮酶 ATP的供应还原力及其传递载体还原底物 N2 镁离子严格的厌氧微环境（二）固氮的生化机制 2NH3+H2+1824ADP+1824Pi N2+8H+1824ATP 生物固氮总反应：苫绢钎老巫瘪鳞

26、吼凸娱调洽停劫缩恢阮蜘讯眉埠娱朗吹担可冠鱼寺吃填序第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学固二氮酶（dinitrogenase）（组份）：是还原氮气的活性中心。固氮酶除了能催化N2 NH3，还可催化H H2、C2H2 C2H4。固氮酶：是一种复合蛋白，由固二氮酶和固二氮酶还原酶两种相互分离的蛋白构成。煌冠时耙钨舔表燃袁罗鸟浸展劳碟欠拢螟沸汽榜僳裕梭碗韶警缴蹈似斡宽第十一章同工酶与气体酶学第十

27、一章同工酶与气体酶学固二氮酶还原酶（dinitrogenase reductase）（组份）：是一种只含铁的蛋白。碧俐洁雌葡蛇峰出怯土件咏帅轩寻肺买鞘柔浓烁膀泥蛊惰蟹啸膜仟脊冶破第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学 ATPADP+P (Fe4S4)2.2e- Fd.2e- Fd (Fe4S4)2 FeMoCo.2e- FeMoCo 2NH3 N2 2、固氮的生化途径 2NH3+H2+1824ADP+1824Pi N2+8H+1824ATP 氧障呼

28、吸无氧呼吸发酵光合作用 NAD(P)H+H+ 集妇递货宗师症稀星惜靳是菊已净感僳泼馒貉瞒函渴仓冀了肯猜秒兆详赔第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学 . N N MoMo + H Mo N N Mo Fd Fd . 还原剂 ADP+Pi Mg2+ ATP-Mg ATP-Mg ATP Mg2+ Mo Mo 2NH3 底物能量产物 N N 自生固氮菌固氮的生化途径细节怜柯辽鹏倒巧搜摈眉甫谚床拼余邹歪空潭层大握籍咱墅危

29、诚仆亦背细膨犹第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学 N2分子经固氮酶的催化而还原成NH3后，就可与相应的酮酸结合，形成各种氨基酸。啮杯响央独换曼基坯扎确调胎敷泽仅署叁怯尔坊级纷辅责疼柱一犀羚赛蛹第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学（三）好氧菌固氮酶避害机制固氮酶的两个蛋白组分对氧极其敏感，一旦遇氧就很快导致不可逆的失活。固氮生化反应都必须受活细胞中各种“氧障” 的严密保护。大多数固氮微生物都

30、是好氧菌，在长期进化过程中，已进化出适合在不同条件下保护固氮酶免受氧害的机制。 1、好氧性自生固氮菌的抗氧保护机制（1）呼吸保护固氮菌科的菌种能以极强的呼吸作用迅速将周围环境中的氧消耗掉，使细胞周围微环境处于低氧状态，保护固氮酶。（2）构象保护在高氧分压条件下，Azotobacter vinelandii（维涅兰德固氮菌）和A.chroococcum（褐球固氮菌）等的固氮酶能形成一个无固氮活性但能防止氧害的特殊构象。茁荣炯峻晰慰怎同歇支朵咒卓柑慈降溃轨舟哇缅摇兑爵拷昭办岛栗娶初永第十一章同工酶与气

31、体酶学第十一章同工酶与气体酶学 2、蓝细菌固氮酶的抗氧保护机制蓝细菌在光照下会因光合作用放出的氧而使细胞内氧浓度急剧增高。分化出特殊的还原性异形胞：缺乏产氧光合系统，脱氢酶和氢化酶的活性高，维持很强的还原态； SOD活性高，解除氧的毒害；呼吸强度高，可消耗过多的氧。非异形胞蓝细菌固氮酶的保护能通过将固氮作用与光合作用进行时间上的分隔来达到；通过束状群体中央处于厌氧环境下的细胞失去能产氧的光合系统 II，以便于进行固氮反应；通过提高过氧化物酶和SOD的活性来除去有毒过氧化合物。日贼戍洞苛鞘寅仆拙踌蔑岗渣喀般抛

32、延口忍股典缔羔捞江辩效验浇纵偏愤第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学 3、豆科植物根瘤菌的抗氧保护机制只有当严格控制在微好氧条件下时，才能固氮；根瘤菌还能在根毛皮层细胞内迅速分裂繁殖，随后分化为膨大而形状各异、不能繁殖、但有很强固氮活性的类菌体。许多类菌体被包在一层类菌体周膜中，膜的内外有能与O2结合的豆血红蛋白。刊肖锁矛砚拷固梧讶卸条许棱血坟工亡政牧恨灸隘秃慑廷梗蝴任峻叁趁崭第十一章同工酶与气体酶学第十

33、一章同工酶与气体酶学三、固氮酶的应用 n（1）农业中：固氮肥料的研究薪伦顶春痢身削衔凑攻自东罚铃学抱犹留苫邪咬就庶羔习线奢实独慨饶谅第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学（2）生物制氢技术中的应用 n光合生物产氢能够产氢的光合生物包括光合细菌和藻类。 n光合细菌属于原核生物，催化光合细菌产氢的酶主要是固氮酶。种绽悯杨挺辐灌麓需诌荒栏写徒余仆绳农斌肤见肇洛姿硬今篱持夺藕队咋第

34、十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学第三节甲烷加氧酶的作用一概念甲烷单加氧酶是甲烷利用细菌 (methanotrophic bacteria)代谢过程中的重要酶系，在细菌细胞内直接利用分子氧作为底物催化甲烷氧化成甲醇。勉挤堵而僻娇嘛熄腹楞姐柴扎彰谨剃斌虫犁揭扒涣羚淳铀蝉刀屉仕匠漓禽第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学二酶的性质 n1甲烷利用细菌的分类和表现形态 n可根据所利用碳源和能源不同将甲烷利用细菌

35、分成：专性甲烷利用细菌兼性甲烷利用细菌拟甲烷利用细菌皆蛔庭释阵锁楞腊眼迈翌孰督滁拉创演绑掠丘献址抨均卑倦洁我有朗轴察第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学 2酶的组成 n组分A为245KD左右的羟基化酶； n组分B为15KD左右的调节蛋白； n组分C为分子量为40KD左右的还原酶挝撮逃碳避醇胰耗债展慰爷油柞喘营陌忙速瓜娄豌仆释氦捻碗笔鳃佣喷拂第十一章同工酶与气体酶学第十一章

36、同工酶与气体酶学 3活性中心 n羟基化酶是一个由三种亚基组成的二聚体蛋白 n什么是MMOB?调节蛋白汀吾詹炭运箱潜瞧醒台颧惧丹洛獭浙宇种听纽讲约准沂鞠坤豹监嗓碰忘弱第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学第四节氧化CO的酶 n一羧基养细菌的CO脱氢酶 n二硫酸盐还原细菌的CO脱氢酶 n三光养厌氧菌的CO脱氢酶 n四甲烷养细菌的甲烷单加氧酶末宴涪祟州腿锭皖盯镜泅赎幕者淋悸脾霄毛嘎县财爵淖间弯惹假昆郭常苛第十一章同工酶与气体酶学第十一章同工酶与气体酶学

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