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酶,是生命不可缺少的核心物质

时间:2021-11-18 09:45 来源:网络整理

  “酶”力无穷

  酶,是生命不可缺少的核心物质。基因编辑、干细胞技术、靶向药物……生命科学中的诸多关键技术和产品制造,都离不开酶。随着现代生物技术的快速发展,科学家们对酶的理解更深入,利用酶、改造酶,这种“绿色制造”,不仅能改善人类的生活,也开启了设计生命的大门。

  1.发现与认识酶,一个久远的故事

  人们对酶的认识,或许可以从酒开始讲起。有一种观点认为酒是这样起源的:古代劳动人民有了富余的粮食后,将它们存在空的桑树洞里。时间久了,粮食就变成了一种具有香味的液体。后来,这种无意的发现就变成了有意识的行为,酿酒由此而生。但那时的人们并不清楚,酿酒的过程就是人类最早利用酶的开端——粮食中的糖类之所以能够变为酒精,就是酶在起作用。

酶,是生命不可缺少的核心物质

 

  今天, 中国热点快报网,我们已经知道,酶,是一类由细胞产生的生物大分子催化剂。

  酶的本质是具有催化效能的蛋白质,它们的空间结构复杂而多样。当一种物质需要转化为另一种物质时,有时需要先达到一个很高的能量级别,有的化学反应因为需要越过这个像高山一样的能级,遂“望而却步”或“缓缓而行”;而大自然会使用酶来削低这座山的高度,加速转化过程,科学家们称它为“生物催化”。目前已知的酶可以催化超过数千种生化反应。正因为有酶的存在,生物才能进行生长、代谢、发育、繁殖等生命活动。

  从无意识地利用,到科学地认知,人们对酶的认识经历了一个漫长而久远的过程。

  19世纪,人们逐步发现食物在胃中能够被消化,植物的提取液可以将淀粉转化为糖等现象,从而初步认识了酶的催化作用。1878年,生理学家Wilhelm Friedrich [~符号~]首次提出了酶的概念。1897年,德国科学家Eduard Buchner开始对不含细胞的酵母提取液进行发酵研究,最终证明发酵过程并不需要完整的活细胞存在。这一发现打开了通向现代酶学与现代生物化学的大门,其本人也因“发现无细胞发酵及相应的生化研究”而获得了1907年的诺贝尔化学奖。

  人们在认识到酶是一类不依赖于活体细胞的物质后,开始鉴定其生化组成成分。1926年,美国生物化学家James Batcheller Sumner分离获得了尿素酶的晶体,首次提出酶是蛋白质。1930年,John Howard Northrop和Wendell Meredith Stanley通过对胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶等消化性蛋白酶的研究,最终确认酶是蛋白质。以上三位科学家因此获得1946年度诺贝尔化学奖。

  为了研究酶分子的精妙结构,探究它的催化原理,科学家可通过X射线晶体学、冷冻电镜等手段研究酶的三维结构。1965年,第一个获得结构解析的酶分子——溶菌酶的发表,标志着酶结构生物学研究的开始, 健康传媒网,使酶在分子水平上的工作机制解析成为可能,从而可引导人们对酶进行分子改造,拓展酶的用途。

  2.酶,生命功能的执行者

  随着研究的深入,大家发现,酶对于生命体是如此重要——不要以为“催化”只是一个化工上的名词, 环境治理网,生命就是一场盛大的化学事件,人体是一个极其复杂的“生物化学反应器”,由酶驱动的生化反应网络奠定了生命活动的核心基础。

  其中,我们首先要说到酶的最大作用——高效的催化剂。在生命体中,每分每秒都在发生催化反应。比如,人类吃的食物并不直接提供能量,而是要将食物中的葡萄糖进行氧化,才能释放能量,以维持生物体的体温,并为生命活动提供能源。

  如果没有酶的参与, 教育文摘网,在常温常压条件下,实现这一系列的反应,需要几年甚至更长的时间——如果没有酶,消化一口馒头可能要一年时间。若要加快反应速度,就必须使用三百度以上的高温,而这在生物体内是不可能实现的。我们体内一些酶,可以将底物转化为产物的速率提高数百万倍到上亿倍。正是在一系列酶的催化作用下,葡萄糖氧化的过程,才能在常温常压下瞬间完成。

  一些酶促反应会与我们的感知不经意相交,是它们让我们感受到酸甜苦辣。例如,当我们反复咀嚼馒头或米饭,舌头即会感知甜味,这是由于唾液腺分泌的淀粉酶,促使淀粉部分分解为麦芽糖。

  而酶的存在也能解释很多现象。比如,为什么有的人饮酒会“上脸”,有些人则不会?为什么人会“宿醉”?这与两个酶关联甚重:肝中的乙醇脱氢酶负责将酒中的乙醇氧化为乙醛,生成的乙醛进一步在乙醛脱氢酶的催化下转变为无害的乙酸。有的人乙醇脱氢酶活性高,则饮酒后乙醛水平迅速升高,乙醛使毛细血管扩张,表现为人的面部潮红;可若他(她)体内的乙醛脱氢酶活性较低,那么难以转化的乙醛在体内堆积,会导致宿醉,甚至造成肝损伤。

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