仿生课件10能量仿生.ppt

* 在国际上生物催化剂工程的发展也从过去的天然酶进入到现在的生物信息学时代，因此生物化工学科特别是生物催化技术也面临重大的机遇和挑战。 在当前的后基因组时代，生物催化的发展面临重大的机遇。全球正在同时进行全基因组测序的项目达到4500。网上公开的基因组序列中包含了海量的新酶基因信息，例如氧化还原酶有近10万条，酯酶的基因序列也有3万多条。这其中必定蕴藏着宝贵的工业生物催化剂信息资源, 必须抓紧挖掘和利用，国外称之为Data mining, 我们称之为基因采矿! 当然，挑战是如何能在短期内从数以万计的新酶基因中快速鉴别出工业上有用的生物催化剂。 * 传统生物催化剂开发存在的问题: 开发周期太长, 开发周期太长(一般需要2-3年)，而企业希望2~3月甚至2-3周, 最好2-3天就能给出一个能否可行的初步答案！天然生物催化剂在细胞中的含量太低天然的生物催化剂(酶)在细胞中的含量太低(约0.1~0.01%), 而且其基因背景不清楚, 从而给新酶的纯化表征、重组表达和分子改造带来很大的困难。 后基因组时代生物催化面临的重大机遇: 网上公开的基因组序列中包含了海量的新酶基因信息.全球正在同时进行全基因组测序的项目达到四千以上, 并且数目还在快速增长! * * * 位于新西兰北岛的一个洞穴中，以其萤火虫而闻名于世。 萤火虫盘旋在洞穴顶部垂下的丝团（幼虫会发光吐丝）上，然后这些萤火虫发出光吸引猎物粘到丝团。 因此，洞穴顶部覆盖着大量的萤火虫使得洞穴看起来像是一个夜晚的天堂。 萤火虫吐着一粒接着一粒如珠子般的粘丝，尾部发出蓝色萤光，星罗棋布攀附在岩洞深处的上方，像极了满天星斗般迷人的情景。 成千上万的萤火虫在岩洞内熠熠生辉，灿若繁星。“群星”倒映在水面上，如万珠映镜，美不胜收。 萤火虫 发光原因 萤火虫的发光器官位于腹部后端的下方，该处具有发光细胞。发光细胞的周围有许多微细的气管，发光细胞内有荧光素和荧光素酶。 发光细胞就有如车灯的灯泡，而反射层细胞就有如车灯的灯罩，会将发光细胞所发出的光集中反射出去。 在体内直接能源物质ATP(三磷酸腺苷)的参与下，荧光素快速反应，发出波段为黄绿色的光子。荧光酶作为催化剂，不仅可以加速化学反应的发生，还可以保证消耗的能量尽量少而发光强度尽可能高。 这种光是冷艳的光，完全不同于我们的白炽灯。发光器内的神经控制着深入发光细胞的最细小的微气管，微气管的有规律开关会直接控制氧气的供应，以及发光生化反应的开启和关闭。就这样，闪光就形成了有规律的脉冲信号，透过薄薄的几丁质组成的乳白色发光器发射出去。 更神奇的是，这种化学反应在萤火虫体内还可以循环。伴随着呼吸作用，萤火虫利用氧气产生大量ATP以维持发光。而发光反应后生成的氧化态荧光素在ATP提供能量的情况下，又被还原成荧光素，让发光过程得以周而复始。所以，萤火虫能持续发光，并且光亮一闪一闪。 在自然界中，光和热往往是相伴在一起的，发光体亮度愈大，产生的热量愈高。 萤火虫发出亮度可观的光为什么不会灼伤自己？ 原因就是萤火虫发出的荧光是一种 自然界的物质发光主要有两种形式： 一种是受到热辐射而产生光子，比如火焰、白 炽灯； 另一种是组成物质的原子中，外围电子吸收能量，从稳定的低能量级跃迁至不稳定的高能量级，这种状态会释放光子，并恢复到低能量级的稳定状态，荧光就是这种状态下所发出的光子。 这种化学发光的原理与火焰、白炽灯等物理发光有着很大区别，转化成的光能的效率最高可达98%，而普通的白炽灯因为热能损耗，转化的光能却不足10%，而且一只萤火虫发光所产生的热量极低，其体温上升不足40万分之一度，是一种确确实实的“冷光”，因而萤火虫完全不必担心因发光而受到灼伤。 在矿下作业实在是个危险的工作，充满瓦斯的矿洞里，见不得半点明火，为了安全，矿灯都采用不会产生热量的冷光源。荧光灯正是这种最合适的冷光源，亮度合适又不会引起矿洞内瓦斯爆炸，这种安全灯的发明，让矿工们再也不用提心吊胆地在矿下工作。 冷光灯 我们屋子里的日光灯就是一种荧光灯，而它的发光原理就大致沿用了萤火虫的发光模式。 日光灯管的内壁上，涂有荧光粉，当两个灯丝导电时，灯管内微量的氩和稀薄的汞蒸气就会发出紫外线，灯管内壁上荧光粉受到紫外线的激发，发出光子，产生柔和的可见光。这种可见光是由荧光粉发出的冷光，触摸灯管并不会烫手，而亮度却比普通的白炽灯高。 ：生命体通过呼吸作用产生的能