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第13章 M

MRI的应用

世上万物均由分子组成,而分子是由原子组成,原子是由原子核和围着核旋转的电子组成,原子核又是由带正电荷的质子和不带电荷的中子组成。许多原子核的运动则类似”自旋体“,不停地以一定的频率自旋,如设法使它进入一个恒定的磁场,它就会沿着这磁场方向回旋,这时用特定的射频电磁波去照射这些含有原子核的物体,物体就会显著地将电磁波吸收,这就是核磁共振现象。

20世纪80年代,一个崭新的扫描技术——核磁共振成像术(简称MRI)出现了。这是一种可以使人体避免受到X线损伤的扫描技术;是电子学、电子计算机技术、CT技术以及磁共振频谱学等先进科学的结晶。

在人体中蕴藏着大量的水分(H2O),MRI就是利用人体中的氢(H)原子,在强磁场内受到脉冲的激发后,产生的磁共振现象,经过空间编码技术,把在磁共振过程中所散发的电磁波(即磁共振信号)以及与这些电磁波有关的质子密度、弛豫时间、流动效应等参数,接收转换,通过电子计算机的处理,最后形成图像,做出诊断。

在MRI的使用中,病人不需要接触电离辐射,从而避免了X线可能对人体造成的损害。MRI不但能够像CT一样提供受检部位解剖信息的图像,还可以为我们提供有关组织生理生化信息的图像,比CT更加灵敏地分辨出正常或异常的组织,为我们提供正确的脏器功能及生理情况,通过图像清楚地显示出病变的部位、范围,常可在病变处的器官的形状、功能还未出现明显改变之前,向人们发出警告,所以对肿瘤的早期检测及鉴别肿瘤的性质有很大帮助。

MIS

MIS(管理信息系统——Management Information System)系统,是一个由人、计算机及其他外围设备等组成的能进行信息的收集、传递、存贮、加工、维护和使用的系统。它是一门新兴的科学,其主要任务是最大限度的利用现代计算机及网络通讯技术加强企业的信息管理,通过对企业拥有的人力、物力、财力、设备、技术等资源的调查了解,建立正确的数据,加工处理并编制成各种信息资料及时提供给管理人员,以便进行正确的决策,不断提高企业的管理水平和经济效益。目前,企业的计算机网络已成为企业进行技术改造及提高企业管理水平的重要手段。随着我国与世界信息高速公路的接轨,企业通过计算机网络获得信息必将为企业带来巨大的经济效益和社会效益,企业的办公及管理都将朝着高效、快速、无纸化的方向发展。MIS系统通常用于系统决策,例如,可以利用MIS系统找出目前迫切需要解决的问题,并将信息及时反馈给上层管理人员,使他们了解当前工作发展的进展或不足。换句话说,MIS系统的最终目的是使管理人员及时了解公司现状,把握将来的发展路径。

免疫球蛋白E基因

支气管哮喘、过敏性皮炎、变态反应性鼻炎等”变态反应疾病“,直到目前还没有彻底的治疗方法。这类疾病的发病机制是:抗原一旦从外界侵入生物体内,体内就会形成免疫球蛋白E并和抗原紧紧结合在一起,成为诱发变态反应性疾病的病因。如果能够抑制抗原与免疫球蛋白E结合,就有可能抑制发病。如果详细地研究E遗传基因的结构,也就有可能搞清具有过敏体质的人和没有过敏反应的人在遗传上的差异。1981年10月,日本大阪大学医学部的本庶佑教授从人的细胞里提取出制造免疫球蛋白E的遗传基因。经过一年的努力,他找到了大约900万个脱氧核糖核酸碎片,从中只取出了一个E遗传基因。经研究后发现,这个遗传基因碱基排列顺序和已查清的人的免疫球蛋白的氨基酸排列顺序十分相似,经验证它就是E遗传基因——从人的细胞里提取免疫球蛋白E遗传基因,为研制治疗变态反应疾病的特效药迈出了第一步,并对从基因水平上揭开变态反应性疾病的许多谜带来了光明。

酶是一种有机催化剂。化学家们着手分离酶,想看看它们到底是什么物质。但在各种细胞和天然液体内,酶的含量都非常少,而且很难提纯。

很多生物化学家曾经猜测酶就是蛋白质。因为只要稍稍加热,就很容易破坏酶的性质,这很像蛋白质的变性。1930年,洛克菲勒研究院的化学家诺思罗普和他的同事们得到了许多种酶的结晶体(包括胃蛋白酶),而且发现,这些酶的结晶体的确都是蛋白质,即使溶解并稀释到查不出蛋白质的存在,仍然保持着催化活力。至此,人们确定了酶是”蛋白质催化剂“。萨姆纳和诺思罗普由于对酶的研究成绩卓著而分享了1946年的诺贝尔化学奖。

酶标仪原理

酶标仪原理是使抗原或抗体结合到某种固相载体表面,并保持其免疫活性。使抗原或抗体与某种酶连接成酶标抗原或抗体,这种酶标抗原或抗体既保留其免疫活性,又保留酶的活性。在测定时,把受检标本(测定其中的抗体或抗原)和酶标抗原或抗体按不同的步骤与固相载体表面的抗原或抗体起反应。用洗涤的方法使固相载体上形成的抗原抗体复合物与其他物质分开,最后结合在固相载体上的酶量与标本中受检物质的量成一定的比例。加入酶反应的底物后,底物被酶催化变为有色产物,产物的量与标本中受检物质的量直接相关,故可根据颜色反应的深浅进行定性或定量分析。由于酶的催化频率很高,故可极大地放大反应效果,从而使测定方法达到很高的敏感度。

酶工程的新技术

酶是一种在生物体内具有新陈代谢催化剂作用的蛋白质。它们可特定地促成某个反应而它们本身却不参与反应,且具有反应效率高、反应条件温和、反应产物污染小、能耗低和反应易控制等特点。酶工程就是利用酶催化的作用,在一定的生物反应器中,将相应的原料转化成所需要的产品。它是酶学理论与化工技术相结合而形成的一种新技术。

酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。例如,固定化青霉酰胺酶可以连续裂解青霉素生产;α—淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡糖异构酶这三个酶连续作用于淀粉,就可以代替蔗糖生产出高果糖浆;蛋白酶用于皮革脱毛胶以及洗涤剂工业;固定酶还可以治疗先天性缺酶病或是器官缺损引起的某些功能的衰竭等。至于我们日常生活中所见到的加酶洗衣粉、嫩肉粉等,就更是酶工程最直接的体现了。

密码子使用偏性

由于密码子的简并性,每个氨基酸至少对应1种密码子,最多有6种对应的密码子。不同物种、不同生物体的基因密码子使用存在着很大的差异。各种生物体似乎更偏爱使用某些同义三联密码子(即编码相同氨基酸的密码子)。在一些单细胞生物如Escherichia coli、Saccharomy cescerevisiae中,高表达的基因密码子的使用偏性一般比较大。这些偏好可能与两个原因有关:一是避免使用类似终止密码子的密码子;二是这些偏好能够有效地翻译密码子,因为这些密码子对应于生物体中非常丰富的tRNA。无论导致这种偏好的原因到底是什么,不同生物的密码子使用偏性的差异可以非常大。真实的外显子一般能反映出这些偏好,而随机选择的三联体序列却不能。

酶的固化与生产

微生物酶制剂是工业酶制剂的主体。由于酶制剂主要作为催化剂与添加剂使用,它带动了许多产业的发展。在实际使用中,酶的消费很少,而由它辐射出的实际经济收益却很大。固定化酶,就是用物理方法或化学方法将酶固定到某种大分子上面。这种大分子通常是一些不溶性的固体物质。酶和大分子之间可以通过吸附而固定,也可以通过化学反应使酶分子之间或者酶分子跟载体(大分子物质)之间相互联结起来。

酶存在于动物的脏器和植物的茎、叶、果中,但从这些原料中去提取人们所需要的酶,所得微乎其微。生物学家们在微生物中发现了存在于动、植物细胞中的酶,微生物繁殖非常迅速,细菌每隔20分钟即能一个变成二个,24小时内能繁殖72代,要是一个也不死,重量可达4722吨。利用微生物的繁殖速度,可以实施酶生产的工厂化。微生物培养易于控制,微生物本身也容易改造。基因工程的崛起,不仅能使微生物产生酶的产量大幅度提高,而且还能使经过基因改造的微生物生产出动、植物的酶。

酶与酶工程

酶是生物体内产生的有催化能力的蛋白质,是生命的催化剂。催化剂能加速化学反应,而它本身的量和化学性质在化学反应后不发生改变。

一切酶分子都是由许许多多氨基酸分子组成的高分子蛋白质,分子量在1万~100万之间。天然酶分子有单纯酶与结合酶两类,前者的分子组成只含蛋白质,后者分子组成中除蛋白质外还含有非蛋白质成分,有的还含有金属离子。酶分子内非蛋白质成分称为辅因,辅因与酶蛋白的结合物称全酶。对于结合酶,只有全酶才能行使催化功能。

酶具有高效催化本领。酶能使化学反应的速度提高106~1012倍,一个酶分子在一分钟内能使几百个到几百万个底物分子转化。一个人吃了两个汉堡包,吃后感到肚子饱了。然而过不了几小时又觉得饿了。它们被消化掉了。它们在酶的催化下变成简单的有机分子,由肠壁吸收了。参加这一化学反应的酶主要是淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶。没有这些酶参加活动,汉堡包可能还是汉堡包,不会发生什么变化。这就是酶的神奇功能。

酶具有高度的专一性,一种酶只能催化一种化学反应。到目前为止,在自然界中发现的酶大约有3000种,它们催化的化学反应也有3000种左右。一种酶只控制和调节一种化学反应。一个人患消化不良的病,很可能是缺少胃蛋白酶引起的,吃上一点药用胃蛋白酶就可以治疗。

生物体内分布着不同功能性质的酶,因此具有不同生活习性,如驴、马、牛、羊以草为粮,而豺、狼、虎、豹却以肉为食。同一生物个体内的不同组织器官也存在功能殊异的酶。消化道内有各种消化酶以助消化,吸收营养物质;肝脏内的酶能合成蛋白质、糖原和脂肪,还能把毒物清除出去;各种腺体内的酶能合成调节新陈代谢的各种激素,甚至男女性征、生儿育女也有赖于酶的参加。

酶对外界条件很敏感,因此很不稳定。高温、强酸、强碱和某些重金属离子会导制酶失去活性,不起作用,酶一般难以保存,给广泛应用带来不小的困难。

酶的分类

根据酶的功能,通常将酶分为以下几类:

(1)氧化还原酶类分氧化酶和脱氢酶两种。在体内参与产能、解毒和某些生理活性物质的合成。

(2)转移酶类。参与核酸、蛋白质、糖及脂肪的代谢与合成。

(3)水解酶类。这类酶催化水解反应,使有机大分子水解成简单的小分子化合物。例如,脂肪酶催化脂肪水解成甘油和脂肪酸,是人类应用最广的酶类。

(4)裂合酶类。这类酶能使复杂的化合物分解成好几种化合物。

(5)异构酶类。它专门催化同分异构化合物之间的转化,使分子内部的基因重新排列。例如,葡萄糖和果糖就是同分异构体,在葡萄糖异构酶的催化下,葡萄糖和果糖之间就能互相转化。

(6)合成酶类。这类酶使两种或两种以上的生命物质化合而成新的物质。

许多酶构成一个有规律的酶系统,它们控制和调节复杂的生命的代谢活动。早期的酶工程技术主要是从动物、植物、微生物材料中提取、分离、纯化制造各种酶制剂,并将其应用于化工、食品和医药等工业领域。20世纪70年代后,酶的固定化技术取得了突破,使固定化酶、固定化细胞、生物反应器与生物传感器等酶工程技术迅速获得应用。随着第三代酶制剂的诞生,应用各种酶工程技术制造精细化工产品和医药用品,及其在化学检测、环境保护等各个领域的有效应用,使酶工程技术的产业化水平在现代生物技术领域中名列前茅,并正在与基因工程、细胞工程和微生物工程融为一体,形成一个具有很大经济效益的新型工业门类。

孟德尔的发现

1900年,三位生物学家:荷兰的德弗里斯、德国的科伦斯和奥地利的切马克不约而同地各自发表文章,都称赞一个科学界不知道的奥地利人孟德尔,说他发现了重要的遗传学定律。原来,他们三人各自在遗传学研究上获得了重要发现,都准备发表论文,就去查阅以前的文献资料,又都发现了30多年前孟德尔的文章。他们都意外地发现,自己的实验研究,在孟德尔的文章中早有阐述。30多年前,孟德尔用豌豆作了8年试验,发现了遗传的规律,打开了现代遗传学的大门,为现代遗传学的发展奠定了基础。

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