(共51张PPT)
“酶”
高中生物学中涉及
酶的种类
酶的应用
“酶”的小专题
(1)消化酶类
有的由消化腺分泌到下消化道中,属于胞外酶,
有的则参与细胞内消化,如溶酶体中的一些酶。
例:唾液淀粉酶、麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶、脂肪酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、肽酶、纤维素酶、果胶酶等。
①胰蛋白酶:处理动物组织块,便于细胞分散
(纤维素酶和果胶酶:去掉植物细胞壁,制备原生质体。)
考点一 酶的作用及本质
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
P一84
P选三38
P选三45
【应用】
有些人由于乳糖酶分泌少,不能完全消化牛奶中的乳糖,食用牛奶后会出现腹泻等不适症状,这称为乳糖不耐受。
为了解决这一问题,科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,使获得的转基因牛分泌的乳汁中,乳糖的含量大大降低,而其他营养成分不受影响
②乳糖酶
考点一 酶的作用及本质
(1)消化酶类
大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质。传统的制备凝乳酶的方法是通过杀死未断奶的小牛,然后将它的第四胃的黏膜取出来进行提取。
(2)凝乳酶
科学家将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中,再通过工业发酵批量生产凝乳酶。
P选三89
P选三91
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
(3)溶酶体酶
参与细胞内消化的一类酸性水解酶。大量溶酶体膜破坏,释放大量水解酶时,对细胞结构有破坏。如硅肺。
(4)溶菌酶
属于免疫活性物质,破坏细菌的细胞壁(肽聚糖)。
参与非特异性免疫。
考点一 酶的作用及本质
P一49、53
P选一68
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
【应用】
例:噬菌体在侵染大肠杆菌时会释放溶菌酶
(5)淀粉分支酶
皱粒豌豆的DNA中插入了一段外来DNA序列,打乱了编码淀粉分支酶的基因,导致淀粉分支酶出现异常,活性大大降低,进而使细胞内淀粉含量降低。
淀粉分支酶基因
被打乱的淀粉分支酶基因
淀粉分支酶
淀粉升高
蔗糖下降
淀粉分支酶异常,活性下降
淀粉下降
蔗糖升高
外来DNA
插入
圆粒豌豆
吸水
皱粒豌豆
失水
考点一 酶的作用及本质
P必二71
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
(6)α-淀粉酶
在用传统方法生产啤酒时,大麦芽是不可缺少的原材料。利用大麦芽,实质是利用其中的α-淀粉酶。有人用赤霉素处理大麦,可以使大麦种子无须发芽就能产生α-淀粉酶。这样就可以简化生产啤酒的工艺、降低成本。
科学家将来自玉米的α-淀粉酶基因与目的基因一起转入植物中,由于α-淀粉酶基因可以阻断淀粉储藏使花粉失去活性,因而可以防止转基因花粉的传播。
考点一 酶的作用及本质
P选一
P选三102相关信息
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
(7)脲酶
分解尿素的酶,是第一个被分离提纯的酶。广泛分布于植物的种子中,但以大豆、刀豆中含量丰富。也存在于动物血液和尿中。某些微生物也能分泌脲酶。
CO(NH2)2 + H2O
CO2 + 2NH3
脲酶
应用:在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂。接种土壤微生物培养,菌落周围出现红色,说明该细菌能够分解尿素。
NH3 + 酚红 → 红色
考点一 酶的作用及本质
P一79
P选三18
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
(8)过氧化氢酶
过氧化氢酶存在于动植物细胞中,特别在动物肝脏浓度最高。将有毒的过氧化氢分解为水和氧气。
2H2O2
过氧化氢酶
2H2O + O2
考点一 酶的作用及本质
P一77
(9)酪氨酸酶
酪氨酸
酪氨酸酶
黑色素
白化病是由于缺乏酪氨酸酶基因,酪氨酸酶含量少。
老年白发是由于细胞衰老,酪氨酸酶活性下降。
P二71
P一124
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
【应用】
(10)腺苷酸脱氨酶(ADA)
复合型免疫缺陷疾病患者的体内缺乏腺苷酸脱氨酶(ADA),导致没有正常人所具有的免疫力。
基因治疗:科学家从患者体内取出白细胞,转入能够合成ADA的正常基因,再将导入了正常基因的白细胞输入患者体内,检测发现,患者体内的白细胞产生了ADA,免疫缺陷所导致的症状得到明显改善。
考点一 酶的作用及本质
丙氨酸氨基转移酶主要存在于肝细胞浆内,细胞内浓度高于血清中1000-3000倍。只要有1%的肝细胞被破坏,就可以使血清酶增高一倍。因此,谷丙转氨酶被世界卫生组织推荐为肝功能损害最敏感的检测指标。
(11)丙氨酸氨基转移酶
P必二95
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
碱性磷酸酶是广泛分布于人体肝脏、骨骼、肠、肾和胎盘等组织经肝脏向胆外排出的一种酶。这种酶能催化核酸分子脱掉5’磷酸基团,从而使DNA或RNA片段的5’-P末端转换成5’-OH末端。
临床上测定血浆中碱性磷酸酶(偏高) 主要用于骨骼、肝胆系统疾病的诊断和鉴别诊断,尤其是黄疸的鉴别诊断。
(12)碱性磷酸酶
考点一 酶的作用及本质
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
血清乳酸脱氢酶升高常见于:肝脏疾病、心肌梗死、血液病(如白血病、贫血、恶性淋巴瘤)等。
(13)乳酸脱氢酶
乳酸脱氢酶催化丙酮酸到乳酸之间的可逆性反应
丙酮酸
乳酸
乳酸脱氢酶
考点一 酶的作用及本质
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
(14)乙酰胆碱酯酶
降解突触间隙中的乙酰胆碱,防止乙酰胆碱对突触后膜的持续兴奋作用,保证神经信号在生物体内的正常传递。
乙酰胆碱
乙酰胆碱酯酶
胆碱 + 乙酸
有机磷农药等可抑制乙酰胆碱酯酶的活性,阻碍乙酰胆碱的水解,使其持续发挥作用,从而引起肌肉僵直。
考点一 酶的作用及本质
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
【应用】
A-C
A-C
C
A
C
E
B
A-C
线粒体
突触小泡
突触前膜
突触后膜
受体
D酶
1.图中A-C表示乙酰胆碱,在其合成时,能循环利用的物质是____(填“A”或者“C”)。
2.若由于某种原因使D酶失活,则突触后神经元会表现为持续_________。
(14)乙酰胆碱酯酶
C
兴奋
考点一 酶的作用及本质
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
存在于线粒体内膜、类囊体薄膜和原核细胞膜上,利用H+浓度梯度合成ATP。
(15)ATP合酶
ADP + Pi
ATP
有氧呼吸第三阶段和光反应阶段合成ATP的酶。
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
考点一 酶的作用及本质
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
例.变形菌视紫红质(PR) 是一类广泛存在于水域微生物中的吸光色素膜蛋白,可将H+从细胞内侧泵到细胞膜外,从而在细胞膜内外产生H+浓度梯度,形成的化学势能可用于ATP合成、物质的跨膜运输或驱动细菌鞭毛运动,由于PR具有“光驱动质子泵”等功能,因此对其研究具有重要意义。下图为变形菌能量传递的部分示意图,下列相关叙述正确的是( )
A.变形菌细胞膜上的ATP合成酶具有运输功能
B.变形菌可利用光能,其生命活动的直接能源物质是光能
C.PR在光驱动下将H+从细胞内泵到细胞外属于协助扩散
D.不含PR的细菌,其鞭毛运动所需的能量主要来自线粒体
A
考点一 酶的作用及本质
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
(15)H+泵
存在于植物细胞膜、液泡膜和溶酶体膜上,利用催化ATP水解释放的能量,逆浓度转运H+。
既有催化ATP水解的功能,
又有载体的功能。
ADP + Pi
ATP
H+
H+
H+
H+
考点一 酶的作用及本质
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
(16)Na+-K+泵
存在于动物细胞膜上,利用催化ATP水解释放的能量,逆浓度转运Na+和K+。
既有催化ATP水解的功能,
又有载体的功能。
ADP+Pi
ATP
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+
K+
考点一 酶的作用及本质
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
(17)端粒酶
端粒酶由RNA和蛋白质组成。能以自身的RNA为模板催化合成端粒序列加到染色体DNA末端而修复缩短部分。
端粒酶
RNA模板
考点一 酶的作用及本质
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
例.端粒酶由RNA和蛋白质组成,该酶能结合到端粒上,以自身的RNA为模板合成端粒DNA的一条链。下列叙述正确的是( )
A.大肠杆菌拟核的DNA中含有端粒
B.端粒酶中的蛋白质为RNA聚合酶
C.正常人细胞的每条染色体两端都含有端粒DNA
D.正常体细胞的端粒DNA随细胞分裂次数增加而变长
C
考点一 酶的作用及本质
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
解析:端粒存在于真核生物染色体的两端,是由DNA片段及其相关的蛋白质所组成的复合体,A项错误。由“端粒酶由 RNA和蛋白质组成,该酶能结合到端粒上,以自身的RNA为模板合成端粒DNA的一条链”可知,端粒酶中的蛋白质为逆转录酶,B项错误。正常体细胞的端粒DNA随细胞分裂次数增加而变短,D项错误。
(18)基因工程中酶
限制酶、DNA连接酶、逆转录酶、TaqDNA聚合酶
(19)中心法则中的相关酶
解旋酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶、逆转录酶、RNA复制酶
考点一 酶的作用及本质
P选三71、77
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
(20)各种聚合酶
聚合酶 实质 底物
DNA聚合酶 以DNA为模板的DNA聚合酶 脱氧核苷酸
逆转录酶 以RNA为模板的DNA聚合酶 脱氧核苷酸
端粒酶 以RNA为模板的DNA聚合酶 脱氧核苷酸
RNA聚合酶 以DNA为模板的RNA聚合酶 核糖核苷酸
RNA复制酶 以RNA为模板的RNA聚合酶 核糖核苷酸
考点一 酶的作用及本质
P二55
P二69
P二65
P二65
P一124
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
(21)DNA酶 和 RNA酶
DNA酶:水解DNA的酶 RNA酶:水解RNA的酶
通过在R活菌和S菌提取液中加入RNA酶,排除了RNA是转化因子的可能。
通过在R活菌和S菌提取液中加入DNA酶,确定了DNA是转化因子。
考点一 酶的作用及本质
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
P必二44
艾弗里:
(22)核酸酶Cas9
CRISPR/Cas9基因组编辑技术
Cas9
sgRNA
短链RNA作为“向导”,它的部分序列通过碱基互补配对原则,与目的基因中希望被 编辑的DNA序列相结合。
核酸酶Cas9与sgRNA结合,然后切割与sgRNA结合的DNA,使DNA双链断裂;
Cas9与限制酶都属于内切核酸酶。
考点一 酶的作用及本质
P必二85
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
基因编辑技术CRISPR/Cas9系统包括两个组分:一个是人工合成的短链RNA(sgRNA)和一个来自细菌的核酸酶Cas9。sgRNA与目的基因中希望被编辑的DNA序列相结合,然后Cas9切割该DNA序列,使DNA双链断裂,此时向细胞中加入大量可用于修复的模板DNA,细胞就会以这些片段为模板合成DNA,从而使特定的碱基序列被引入基因组中、下列说法错误的是( )
A.Cas9决定了基因编辑的位点和基因编辑的效率
B.基因编辑技术可以破坏某个基因使其失去功能
C.基因突变是不定向的而基因编辑能定向改变基因
D.Cas9类似限制酶能够使双链DNA中的磷酸二酯键断裂
A
考点一 酶的作用及本质
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
(23)CO2固定的酶(Rubisco)
C5
Rubisco
2C3
高CO2
C3
C2
高O2
(CH2O)
O2
CO2
ATP
2C2
C3
ATP
NADH
ATP
NADPH
光呼吸
卡尔文循环
Rubisco既可以催化C5与CO2反应,也可以催化C5与O2反应。
考点一 酶的作用及本质
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
(25)两种辅酶
NAD+ 和 NADP+
辅酶是酶的辅助因子,是小分子有机物。
NAD+ (辅酶Ⅰ)和NADP+(辅酶Ⅱ)是传递H+和电子的载体。
含有C、H、O、N、P五种元素。
②光反应中,由水光解产生的H+和电子与NADP+结合形成NADPH,再由NADPH将电子传给酶,通过酶最终传给C3,将C3还原为糖类。
①细胞呼吸中,由糖类氧化分解成CO2的过程中,脱下的H+和电子与NAD+结合形成NADH,再由NADH将电子传递给酶,通过酶最终传递给氧气,形成H2O。
考点一 酶的作用及本质
【拓展】:1.高中生物学中涉及的酶及其作用
【拓展】:2.酶的应用
酶制剂的应用
以体内酶作为靶点的制剂
以体内酶含量作为疾病诊断依据
考点一 酶的作用及本质
相关酶的基因
载体
重组DNA
受体细胞
提取酶
这些酶制剂除少数由动植物生产外,绝大多数是通过发酵工程生产的。
食品加工
医
药
日常用品
工
业
环
保
发酵工程
基因工程
生物技术
考点一 酶的作用及本质
【拓展】:2.酶制剂的应用
①果胶酶
分解果肉内细胞壁中的果胶。
提高果汁产量,
使果汁变得澄清。
②加酶洗衣粉
淀粉酶、纤维素酶
蛋白酶
去除血渍、奶渍
脂肪酶
去除油渍
为了让酶在洗衣粉中有更好的活性,通过基因工程生产耐酸、耐碱和耐高温的酶,并且使用特殊的化学物质将酶包裹,与洗衣粉中的其他成分隔离,遇水后很快溶解,包裹在其中的酶就能迅速发挥催化作用。
【拓展】:2.酶的应用
(1)酶制剂的应用
考点一 酶的作用及本质
③含酶牙膏
含酶牙膏可以分解细菌
使牙齿亮白、口气清新。
预防残留在牙缝里的食物残渣滋生细菌而导致龋齿。
④多酶片
多酶片中含有多种消化酶
普通糖衣-胃蛋白酶-肠溶衣糖衣-胰酶
外层
内层
保护胰酶,在胃液中不会分解,在小肠中分解,释放出胰酶。
治疗消化不良、食欲缺乏。
保护胃蛋白酶,
在胃液中会分解,
释放出胃蛋白酶。
胰蛋白酶
胰脂肪酶
胰淀粉酶
……
【拓展】:2.酶的应用
(1)酶制剂的应用
考点一 酶的作用及本质
【消化酶类】
⑤溶菌酶
溶解细菌细胞壁。
在临床上与抗生素混合使用,能增强抗生素的疗效。
具有抗菌消炎的作用。
【拓展】:2.酶的应用
(1)酶制剂的应用
考点一 酶的作用及本质
【溶菌酶】
在肉制品中添加谷氨酰胺转胺酶
6.谷氨酰胺转氨酶
增加肉制品弹性,改善质地和口感
催化肌肉中蛋白质分子之间形成一种共价键,能使蛋白质分子更紧密地结合在一起。
【拓展】:2.酶的应用
(1)酶制剂的应用
考点一 酶的作用及本质
在啤酒生产过程中,
添加葡萄糖氧化酶。
7.葡萄糖氧化酶
防止啤酒老化,
降低啤酒浊度,
改善啤酒风味,
延长其保质期。
利用葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化的反应
定量检测血液 / 尿液中的葡萄糖含量
葡萄糖氧化酶与过氧化物酶共同制成试纸,便于血液 / 尿液中葡萄糖的检测
【拓展】:2.酶的应用
(1)酶制剂的应用
考点一 酶的作用及本质
抗氧化、抗衰老、抗辐射,
主要用于治疗红斑狼疮、皮肌炎、结肠炎、氧中毒等疾病
超氧化物气化酶能催化超氧阴离子自由基生成氧和过氧化氢,
8.超氧化物气化酶
【拓展】:2.酶的应用
(1)酶制剂的应用
考点一 酶的作用及本质
9. L-天冬酰胺酶
癌细胞缺乏L-天冬酰胺合成酶,
只能摄取外来的L-天冬酰胺。
切断了癌细胞的营养供应,从而导致癌细胞死亡。
第一种治疗癌症的酶,
对白血病有显著疗效
L-天冬酰胺酶进入癌细胞后,
分解L-天冬酰胺。
【拓展】:2.酶的应用
(1)酶制剂的应用
考点一 酶的作用及本质
10. 植酸酶
饲料添加植酸酶,提高禽畜等对饲料中磷的利用率
植酸酶能将磷酸基团从植酸上水解下来
【拓展】:2.酶的应用
(1)酶制剂的应用
考点一 酶的作用及本质
11. 胆碱酯酶
有机磷农药是胆碱酯酶的抑制剂
通过胆碱酯酶活性受抑制的程度来检测环境中有机磷的浓度。
【拓展】:2.酶的应用
(1)酶制剂的应用
考点一 酶的作用及本质
【乙酰胆碱酯酶】
12. 基因工程中使用的各种酶制剂
细胞
提取
DNA
PCR
含目的基因的DNA片段
提取
RNA
cDNA
逆转录
PCR
目的基因
质粒
限制酶
DNA连接酶
重组DNA
逆转录酶
TaqDNA聚合酶
【拓展】:2.酶的应用
(1)酶制剂的应用
考点一 酶的作用及本质
常见的限制酶
GGATCC
CCTAGG
GGTACC
CCATGG
AAGCTT
TTCGAA
BamHI
KpnI
HindIII
G
CCTAG
GATCC
G
G
CCATG
GTACC
G
A
TTCGA
AGCTT
A
AGCT
TCGA
AluI
TCGA
AGCT
常见的限制酶
MluⅠ
SamⅠ
BssHⅡ
ACGCGT
TGCGCA
CCCGGG
GGGCCC
GCGCGC
CGCGCG
G
CGCGC
CGCGC
G
CCC
GGG
GGG
CCC
A
TGCGC
CGCGT
A
常见的限制酶
EcoRI
NdeI
XhoI
GAATTC
CTTAAG
CATATG
GTATAC
CTCGAG
GAGCTC
C
GAGCT
TCGAG
C
G
CTTAA
AATTC
G
CA
GTAT
TATG
AC
许多杀虫剂、抗生素、止痛片以及抗癌药物等的设计常以酶作为靶点。
酶
抗癌药
止痛药
杀虫剂
抗生素
……
【拓展】:2.酶的应用
(2)以酶作为靶点的制剂
考点一 酶的作用及本质
①以酶作为靶点的杀虫剂
有机磷农药
(敌敌畏等)
作用靶酶
乙酰胆碱酯酶
传导昆虫神经冲动的乙酰胆碱无法水解
乙酰胆碱酯酶活性丧失
导致
干扰神经冲动的正常传导
导致昆虫死亡
【拓展】:2.酶的应用
(2)以酶作为靶点的制剂
考点一 酶的作用及本质
②以酶作为靶点的抗生素
磺胺类
作用靶酶
二氢叶酸合成酶
人类直接从食物中获取叶酸,而细菌只能利用自身合成叶酸。
二氢叶酸合成酶活性丧失
导致
细菌的核酸合成受阻
细菌无法增殖
细菌无法
合成叶酸
【拓展】:2.酶的应用
(2)以酶作为靶点的制剂
考点一 酶的作用及本质
对氨基苯甲酸
磺胺类药物是二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂
二氢叶酸合成酶
磺胺类药
对氨基苯甲酸
活性中心
二氢叶酸合成酶活性
对氨基苯甲酸浓度
无磺胺类药
有磺胺类药
二氢叶酸
二氢叶酸合成酶
【拓展】:2.酶的应用
(2)以酶作为靶点的制剂
考点一 酶的作用及本质
② 以酶作为靶点的抗生素
利福平
作用靶酶
RNA聚合酶
真核生物的RNA聚合酶与原核生物的RNA聚合酶结构不同,
利福平主要作用于原生生物的RNA聚合酶,对人体没有影响。
细菌RNA聚合酶失活
导致
DNA和蛋白的合成停止
细菌无法增殖
阻断RNA转录过程
【拓展】:2.酶的应用
(2)以酶作为靶点的制剂
考点一 酶的作用及本质
氯霉素
作用靶酶
真核生物的肽酰基转移酶与原核生物的肽酰基转移酶结构不同,因此,该类抗生素对人体没有影响。
导致
蛋白质
细菌无法增殖
肽键无法合成
细菌的
肽酰基转移酶
肽酰基转移酶失活
肽酰基转移酶是核糖体中的一种rRNA,催化肽键的形成,是一种核酶。
② 以酶作为靶点的抗生素
(2)以酶作为靶点的制剂
考点一 酶的作用及本质
阿司匹林
作用靶酶
导致
对痛觉的敏感性下降
止痛
前列腺素合成受阻
环氧酶
环氧酶失活
前列腺素能使肌体对各种刺激产生的痛更敏感。
(乙酰水杨酸)
近来,人们发现阿司匹林不仅能镇痛,而且在抗血栓、保护心脏等方面也是一把好手,甚至还能防治癌症,不愧是一剂“长葆青春”的“百年老药”。
③以酶作为靶点的止痛药
(2)以酶作为靶点的制剂
考点一 酶的作用及本质
④ 以酶作为靶点的抗癌药
甲氨蝶呤
作用靶酶
导致
DNA合成受阻
细胞分裂受阻
四氢叶酸合成受阻
二氢叶酸还原酶
四氢叶酸是叶酸的活化形式,是嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸合成过程中的辅酶。
二氢叶酸还原酶失活
(2)以酶作为靶点的制剂
考点一 酶的作用及本质
白化病诊断
苯丙酮尿症诊断
酪氨酸酶活性检查
苯丙氨酸羟化酶活性检查
酪氨酸酶活性低
基因检测
苯丙氨酸羟化酶活性低
基因检测
苯丙氨酸
酪氨酸
黑色素
苯丙酮酸
尿黑酸
乙酰乙酸
CO2 + H2O
酪氨酸酶
苯丙氨酸羟化酶
尿黑酸氧化酶
(3)以体内酶含量作为疾病诊断依据
考点一 酶的作用及本质
【酪氨酸酶】
检测的酶 酶活性变化与对应疾病
淀粉酶 活性升高:胰脏疾病、肾脏疾病;活性降低:肝病
胆碱酯酶 活性降低:肝病、肝硬化、有机磷中毒、风湿等病
酸性磷酸酶 活性升高:前列腺癌、肝炎、红细胞病变
碱性磷酸酶 活性升高:佝偻病、软骨化病、骨瘤等
活性降低:软骨发育不全
谷丙转氨酶 活性升高:肝病、心肌梗死等
谷草转氨酶 活性升高:肝病、心肌梗死等
-谷氨酰转肽酶 活性升高:原发性和继发性肝癌、阻塞性黄疸
肝硬化、胆管癌等
(3)以体内酶含量作为疾病诊断依据
考点一 酶的作用及本质