酶研究的历史与现状

时间：2021-01-05 15:06 | 栏目：第1节降低化学反应活化能的酶 | 点击：次

新陈代谢是生命活动的基础，是生命活动最重要的特征。而构成新陈代谢的许多复杂而有规律的物质变化和能量变化，都是在酶催化下进行的。生物的生长发育、繁殖、遗传、运动、神经传导等生命活动都与酶的催化过程紧密相关，可以说，没有酶的参加，生命活动一刻也不能进行。因此，从酶作用的分子水平上研究生命活动的本质及其规律无疑是十分重要的。

人们对酶的认识起源于生产和生活实践。我国人民在8000年以前就开始利用酶。约公元前21世纪夏禹时代，人们就会酿酒。公元前12世纪周代已能制作饴糖和酱。2000多年前，春秋战国时期已知用粬治疗消化不良的疾病。凡此种种情况都说明，虽然我们祖先并不知道酶为何物，也无法了解其性质，但根据生产和生活经验的积累，已把酶利用到相当广泛的程度。

西方国家19世纪对酿酒发酵过程进行了大量研究。1810年盖-吕萨克（J.Gay-lussac）发现酵母菌可将糖类转化为酒精。1857年微生物学家巴斯德（Pasteur）等人提出酒精发酵是酵母细胞活动的结果，他认为只有活的酵母细胞才能进行发酵。李比希（Liebig）反对这种观点，他认为发酵现象是由溶解于酵母溶液中的酶引起的。直到1897年，毕希纳（Buchner）兄弟用石英砂磨碎酵母细胞，制备了不含酵母细胞的提取液，并证明此不含细胞的酵母提取液也能使糖类发酵，说明发酵与细胞的活动无关，发酵是酶在起作用，从而获得了1907年诺贝尔化学奖。

1833 年帕耶恩（Payen）和珀索兹（Personz）从麦芽的水抽提物中，用酒精沉淀得到了一种对热不稳定的物质，它可使淀粉水解为可溶性糖。他们把这种物质称为淀粉酶制剂，其意思是“分离”，表示可以从淀粉中分离出可溶性糖来。尽管当时它还是一个很粗的酶制剂，但由于他们采用了最简单的提纯方法，得到了一个无细胞制剂，并指出了它的催化特性和热不稳定性，涉及到酶的一些本质性问题，所以人们认为帕耶恩和珀索兹首先发现了酶。1878年库恩（Kihne）才给酶一个统一的名词，叫Enzyme，这个字来自希腊文，其意思是“在酵母中”。1835-1837年，贝采利乌斯（Berelius）提出了催化作用的概念，该概念的产生对酶学和化学的发展都是十分重要的。可见，对于酶的认识一开始就与它具有催化能力联系在一起。

1894年费舍尔（Fisher）提出了酶与底物作用的“锁与钥匙”学说，用以解释酶作用的专一性。1903年亨利（Henri）提出了酶与底物作用的中间复合物学说。1913 年米契里斯（Michalis）和门藤（Menten）根据中间复合物学说，导出了米氏方程，对酶反应机制的研究是一个重要突破。1925 年布里格斯（Briggs）和霍尔丹（Haldane）对米氏方程作了一个重要修正，提出了稳态学说。

1926年美国化学家萨姆纳（Sumner）从力豆提取出了脲酶并获得结晶，证明脲酶具有蛋白质性质。直到1930-1936年，诺斯罗普（Northrop）和库尼茨（Kunitz）得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶结晶，并用相应方法证实酶是一种蛋白质后，酶是蛋白质的属性才普遍被人们所接受，为此萨母纳和诺斯罗普于1946年共同获得诺贝尔化学奖。

1963年，赫斯（Hirs）、摩尔（Moore）和施泰因（Stein）测定了RNaseA的氨基酸顺序。1965年Phillips首次用X射线衍射技术阐明了鸡蛋清溶菌酶的三维结构。1969 年梅里菲尔德（Mrifield）等人工合成了具有酶活性的胰RNase。20世纪80年代初切赫（Cech）和奥特曼（Altman）分别发现了具有催化功能的RNA——核酶，这一发现打破了酶是蛋门质的传统观念，开辟了酶学研究的新领域，为此切赫和奥特曼于1989年共同获得诺贝尔化学奖。

1986 年舒尔茨（Schultz）和勒纳（Lermer）等人研制成功抗体酶，这一研究成果对酶学研究具有重要的理论意义和广泛的应用前景。博耶（Boyer）等人阐明了ATP合成酶合成与分解ATP的分子机制，于1997年获得诺贝尔化学奖。近20年来有不少酶的作用机制被阐明。随着DNA重组技术及聚合酶链式反应（PCR）技术的广泛应用，使酶结构与功能的研究进入新阶段。现已鉴定出4000多种酶，数百种酶已得到结晶，而且每年都有新酶发现。

近几十年来，酶学研究得到很大的发展，提出了一些新理论和新概念。一方面在酶的分子水平上揭示酶与生命活动的关系，阐明酶在细胞代谢调节和分化过程中的作用，酶生物合成的遗传机制，酶的起源和酶的催化机制等；另一方面酶的应用研究得到迅速发展，酶工程已成为当代生物工程的重要支柱，酶的研究成果用来指导有关医学实践和工农业生产，这将给催化剂的设计，药物的设计，疾病的诊断、预防和治疗，农作物品种选育及病虫害的防治等提供理论依据和新思想、新概念。除了酶已普遍应用于食品、发酵、制革、纺织、日用化学及医学保健等方面，酶在生物工程、化学分析、生物传感器及环保方面的应用也日益广泛。

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