[哲学]酶工程 第十节 酶与现代生命科学.ppt

第十一讲 酶与现代生命科学 20世纪以来，现代生物科学发展已经日益深入到分子水平，日益深入到以生物大分子结构与功能关系来说明生命现象的本质和规律，现代生命科学的前沿课题如生物信息学、基因组学、结构生物学等无一能离开酶。 一、酶是分子生物学研究的重要工具 二、酶是生命科学研究的重要对象  一、酶是分子生物学研究的重要工具 酶是分子生物学研究的重要工具。特别是限制性核酸内切酶的发现提供了特异剪切DNA的工具,促进了DNA重组技术诞生,推动了基因工程发展,成为分子生物学研究的不可缺少的工具. HindⅡ 的识别序列和切割位点 ↓ 5’ --- GTPy PU AC –- 3’ 3’ --- CAPU Py TG –- 5’ ↑ 关于限制性内切酶 Restriction endonueleases 限制性核酸内切酶简称限制性内切酶，是一类能识别双链DNA中特定核苷酸序列并具有专一切割位点的脱氧核糖核酸水解酶。 主要存在于细菌、霉菌中，至今已分离到1000种以上，搞清识别序列的有300种以上。 有关限制性内切酶发现的几个重要实验 50年代初，Luria和Human在研究T4噬菌体感染作用、Bertani和Weigle在研究?和P2噬菌体与宿主细胞关系时，发现了细菌内限制与修饰现象。 发现了细菌内存在限制修饰系统，在这两个系统中包括限制酶和修饰酶。限制酶能识别并降解与自身无关的外源DNA，而修饰酶则可通过甲基化修饰自身DNA，免被限制酶降解。 1965年阿尔伯首次从理论上提出了生物体内存在着一种具有切割基因功能的限制性内切酶。并于1968年成功分 离出I型限制性内切酶与修饰酶。证实在细菌内存在两种不同功能但又相关的酶。 1970年史密斯从流感噬血杆菌d株中分离出了II型限制性内切酶；同年内森斯使用该酶降解猕猴肿瘤病毒SV40的DNA，首次完 成了对基因的切割，排列了酶切图谱。从此成为分子克隆技术中不可缺少的工具酶，推动了基因工程的发展。 1978年，上述三人因对限制性内切酶的贡献获得诺贝尔奖。 二、 II 型限制性内切酶的特性 ? II型限制酶的识别特异性 ? 回文识别序列 II型限制酶的识别序列大多是具有 双重对称结构性结构,或称回文序列 (Palindromic Sequence) ? 非典型回文识别序列 有些限制酶可识别多重序列。如：Hind II，识别序列为GTPyPuAC，可识别三种序列。 ? 识别序列的长度与剪切频率 大部分II型限制性内切酶的识别序列长度为4-8个核苷酸。识别长度决定了剪切DNA的频率（1/4n，n为识别的长度）。识别长度愈长，则切点少、产生片段少而长度长，酶特异性高。 EcoRI PstI SmaI 研究酶的理化性质及其作用原理，对于阐明生命现象的本质和规律具有十分重要的意义（包括酶的结构功能、酶与代谢调节、酶与生物的生长、发育、进化、疾病等） 。 从酶分子水平去探讨酶与生命活动、与代谢调节、与疾病、生长发育等等的关系，对阐明某些生命活动的本质和规律，无疑也具有十分重要的意义。 ? 同功酶 同工酶(isoenzyme)是指催化的化学反应相同，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,存在于生物的同一种属或同一个体的不同组织、甚至同一组织或细胞中。 目前已发现有150多种酶具有同工酶，如6-磷酸葡萄糖脱氢酶、乳酸脱氢酶、酸性和碱性磷酸酶、谷丙转氨酶和谷草转氨酶、肌酸磷酸激酶、核糖核酸酶、过氧化酶和胆碱酯酶等。其中，发现最早，研究最多的是乳酸脱氢酶（LDH）同工酶. 例：LDH同工酶的两种亚基以不同比例组成五种四聚体：LDH1(H4)、LDH2(H3M)、LDH3(H2M2)、LDH4(HM3)和LDH5(M4)。 Dogfish LDH M4结构图  同功酶与物种进化 ? 同工酶是生物进化过程中为适应愈趋复杂的代谢而引起的一种分子进化，以适应不同组织或不同细胞器在代谢上的不同需要. ? 同功酶在各器官和组织中的分布不同。这样就可以根据同工酶酶谱差异并配合其它方法从分子水平探讨物种进化、遗传变异等一些生命现象。