生命的钥匙——酶
生命的钥匙——酶
酶
人们在日常生活中发现酵母能使果汁和谷类加速转化成酒，这种转化过程叫做发酵。1680年列文虎克首先发现酵母细胞，一个半世纪以后，法国物理学家卡格尼亚尔·德拉图尔使用一台优质的复式显微镜，专心研究酵母，他仔细观察了酵母的繁殖过程，确定酵母是活的。这样，在19世纪50年代，酵母成为热门的研究课题。
人们还发现在肠道里也进行着类似于发酵的过程: 1752年，法国物理学家列奥米尔用鹰做实验对象，让鹰吞下几个装有肉的小金属管，管壁上的小孔能使胃内的化学物质作用到肉上。当鹰吐出这些管子时，管内的肉已部分分解了，管中有了一种淡黄色的液体。
酶
1777年，苏格兰医生史蒂文斯从胃里分离出一种液体(胃液)，并证明了食物的分解过程可以在体外进行。这样，人们知道了胃液里含有某种能加速肉分解的东西。1834年，德国博物学家施旺把氯化汞加到胃液里，沉淀出一种白色粉末。除去粉末中的汞化合物，把剩下的粉末溶解，得到了一种浓度非常高的消化液，他把这种粉末叫做“胃蛋白酶”(希腊语中的“消化”之意)。至此，科学家又从胃里找到了一种消化食物的催化剂，它是没有生命的“酶”。
同时，两位法国化学家帕扬和佩索菲发现，麦芽提取物中有一种物质，能使淀粉变成糖，变化的速度超过了酸的作用，他们称这种物质为“淀粉酶制剂”(希腊语中的“分离”之意)。
科学家们把酵母细胞一类的活体酵素和像胃蛋白酶一类的非活体(无细胞结构的)酵素做了明确的区分。1878年，德国生理学家库恩提出把后者叫做酶(希腊语中的“在酵母中”之意)。库恩当时根本没有意识到，“酶”这个词以后会变得那么重要、那么普遍。1897年，德国化学家毕希纳用砂粒研磨酵母细胞，把所有的细胞全部研碎，并成功地提取出一种液体。他发现，这种液体依然能够像酵母细胞一样完成发酵任务。这个实验，证明了活体酵素与非活体酵素的功能是一样的。
因此，“酶”这个词现在适用于所有的酵素，而且是使生化反应的催化剂。由于这项发现，毕希纳获得了1907年的诺贝尔化学奖。
酶到底是一种什么物质?这个问题使人们困惑了好长时间。美国康奈尔大学的生物化学家萨姆纳与洛克菲勒研究院的化学家通过实验揭开酶的面纱，并因此分享了1946年的诺贝尔化学奖。
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，后者的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。
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1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。两个汉堡包里面的淀粉、脂肪和蛋白质到哪里去了呢?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。
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、豹却以肉为粮。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。
根据酶的功能，通常将酶分为: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，使分子内部的基团重新排列。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。