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什么是“酵素”?即生活中的“酶”

   2015-03-17 中国酵素网酵素研究院400
核心提示:酵素,指具有生物催化功能的高分子物质。 在酶的催化反应体系中,反应物分子被称为底物,底物通过酶的催化转化为另一种分子。几乎所有的细胞活动进程都需要酶的参与,以提高效率。与其他非生物催化剂相似,酶通过降低化学反应的活化能来加快反应速率,大多数的酶可以将其催化的反应之速率提高上百万倍;事实上,酶是提供另一条活化能需求较低的途径,使更多反应粒子能拥有不少于活化能的动能,从而加快反应速率。酶作为催化剂,本身在反应过程中不被消耗,也不影响反应的化学平衡。酶有正催化作用也有负催化作用,不只是加快反应速率,也有减低反应
 酶(德语:Enzym,源于希腊语:ενζυμον,“在酵里面”)即酵素,指具有生物催化功能的高分子物质。 在酶的催化反应体系中,反应物分子被称为底物,底物通过酶的催化转化为另一种分子。几乎所有的细胞活动进程都需要酶的参与,以提高效率。与其他非生物催化剂相似,酶通过降低化学反应的活化能(用Ea或ΔG表示)来加快反应速率,大多数的酶可以将其催化的反应之速率提高上百万倍;事实上,酶是提供另一条活化能需求较低的途径,使更多反应粒子能拥有不少于活化能的动能,从而加快反应速率。酶作为催化剂,本身在反应过程中不被消耗,也不影响反应的化学平衡。酶有正催化作用也有负催化作用,不只是加快反应速率,也有减低反应速率。与其他非生物催化剂不同的是,酶具有高度的专一性,只催化特定的反应或产生特定的构型。

虽然酶素大多是蛋白质,但少数具有生物催化功能的分子并非为蛋白质,有一些被称为核酶的RNA分子 和一些DNA分子同样具有催化功能。此外,通过人工合成所谓人工酶也具有与酶类似的催化活性。 有人认为酶应定义为具有催化功能的生物大分子,即生物催化剂。

酶的催化活性会受其他分子影响:抑制剂是可以降低酶活性的分子;激活剂则是可以增加酶活性的分子。有许多药物和毒药就是酶的抑制剂。酶的活性还可以被温度、化学环境(如pH值)、底物浓度以及电磁波(如微波)等许多因素所影响。

 

 

 

人体和哺乳动物体内含有5000种酶。它们或是溶解于细胞质中,或是与各种膜结构结合在一起,或是位于细胞内其他结构的特定位置上(是细胞的一种产物),只有在被需要时才被激活,这些酶统称胞内酶;另外,还有一些在细胞内合成后再分泌至细胞外的酶──胞外酶。酶催化化学反应的能力叫酶活力(或称酶活性)。酶活力可受多种因素的调节控制,从而使生物体能适应外界条件的变化,维持生命活动。没有酶的参与,新陈代谢几乎不能完成,生命活动就根本无法维持。

 


所有的酶都含有C、H、O、N四种元素。还有一些酶含有S、P等。
酶是一类生物催化剂,生物体内含有数千种酶,它们支配着生物的新陈代谢、营养和能量转换等许多催化过程,与生命过程关系密切的反应大多是酶催化反应。但是酶不一定只在细胞内起催化作用。
酶催化作用实质:降低化学反应活化能。
酶与无机催化剂比较:
1.相同点:1)改变化学反应速率,本身几乎不被消耗;2)只催化已存在的化学反应;3)加快化学反应速率,缩短达到平衡时间,但不改变平衡点;4)降低活化能,使化学反应速率加快。5)都会出现中毒现象。
2.不同点:即酶的特性,包括高效性,专一性,温和性(需要一定的pH和温度)等。来源
所谓酶(Enzyme),在希腊语里,就是存在于酵母(zyme)中的意思。也就是,在酵母中各种各样进行着生命活动的物质被发现,然后被这样命名。此时,“酵母”始终是活着的生命体=微生物、“酶”是活着的物质 = 制造出生命活动的不可思议的物质(按影象来说叫存活物质可能更好)。
但是酶不等于酵母:只可以说酵母是自然界所有生物体重单位体积内含酶种类及酶最丰富的!尤其是啤酒酵母!
酵母是单细胞微生物,内含有许多酶,酵母具备细胞组织,而酶则是蛋白质,通常一个酵母菌里有数千种蛋白质,所以说酵母含有酶,但酶不等于酵母。 

 

 

1773年,意大利科学家斯帕兰扎尼(L.Spallanzani,1729—1799)设计了一个巧妙的实验:将肉块放入小巧的金属笼中,然后让鹰吞下去。过一段时间他将小笼取出,发现肉块消失了。于是,他推断胃液中一定含有消化肉块的物质。但是什么,他不清楚。
1836年,德国马普生物研究所科学家施旺(T.Schwann,1810—1882)从胃液中提取出了消化蛋白质的物质,解开消化之谜。
1926年,美国科学家萨姆纳(J.B.Sumner,1887—1955)从刀豆种子中提取出脲酶的结晶,并通过化学实验证实脲酶是一种蛋白质。
20世纪30年代,科学家们相继提取出多种酶的蛋白质结晶,并指出酶是一类具有生物催化作用的蛋白质。
20世纪80年代,美国科学家切赫(T.R.Cech,1947—)和奥尔特曼(S.Altman,1939—)发现少数RNA也具有生物催化作用。

 

重要性

生物体由细胞构成,每个细胞由于酶的存在才表现出种种生命活动,体内的新陈代谢才能进行。酶是人体内新陈代谢的催化剂,只有酶存在,人体内才能进行各项生化反应。人体内酶越多,越完整,其生命就越健康。当人体内没有了活性酶,生命也就结束。人类的疾病,大多数均与酶缺乏或合成障碍有关。
发展史

一七五二年,法国生理学家雷欧玛发现塞在金属管中的肉溶解了,但他不知道原因为何。
一七八五年,意大利的拉札洛·斯帕朗宋尼将肉片放入有洞的空金属筒中喂食老鹰,不久后取出金属筒,发现里面的肉溶解了。
但是他并不知道为什么肉会溶解,因此持续数十年进行实验。后来发现具有溶解肉的作用的物质,并将其命名为胃蛋白酶。他就是蛋白质分解酶的最初发现者。
一八三三年,法国的培安和培洛里将磨碎麦芽的液体作用于淀粉,结果发现淀粉被分解,于是将这个分解淀粉的物质命名为Diastase,也就是现在所谓的淀粉酶。后来,Diastase在法国成为用来表示所有酵素的名称。
一八三六年,德国卢万大学教授休汪在进行胃液实验中,发现胃液中存在着具有溶解肉的作用的物质,这个物质一旦遇热就会失去作用,只有在强酸状态下才会发挥作用。
这个在胃液中能够溶解肉的物质,将其命名为胃蛋白酶,后来又陆续发现很多酵素。只要少量的酵素就能够对大量的物质产生作用,其反应是在水中会活化,在接近中性的PH值、摄氏37度左右时,反应最为活化(胃蛋白酶例外,在强酸下产生作用)。
「酵素」这个名称的使用,始于十九世纪后半,英文是enzyme。在希腊文中,enzyme的意思是「在酵母中的东西」,这是一八七二年由居尼所提出的。
酵母中会有制酒时用来发酵的微生物,也就是酵素。
就算使用辗碎的酵母代替活酵母,仍然能够让酒精发酵,这是布夫纳兄弟最早发现的,但是却不知道酵素是由什么东西构成的。
一九二六年,美国生物化学家索姆纳(J.B.Sumner,1887-1955)成功的从刀豆中萃取出脲酶结晶。事实上,这个结晶是蛋白质。索姆纳萃取出蛋白质分解酶胃蛋白酶,以及胰液的蛋白质分解酶胰蛋白酶,还有蛋白质结晶胰凝乳蛋白酶。
酵素的实体是蛋白质,一九四六年,索姆纳和美国生物化学家诺思罗普(J.H.Northrop,1891-1987)因此而获得诺贝尔化学奖。分享同年诺贝尔化学奖的另一位得主是美国生物化学家、病毒学家斯坦利.M.Stanley,1904-1971)。
此外,蛋白质的分子是由一连串的氨基酸形成的巨大分子,分子量从一万到数百万,氨基酸的数目则从一百个到数万个连结而成。
蛋白质是酵素的实体,但却不是本质,只不过是酵素的骨骼而已。
「酵素是蛋白质」的错误想法,使得酵素营养学的研究迟迟未有进展。
索姆纳认为「酵素是蛋白质」因而获得诺贝尔奖,结果却产生了「摄取蛋白质就可以摄取酵素」的误解。以此为基础,其后的六大营养素中就没有包括酵素在内了。

 
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