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你探究過酶的化學(xué)本質(zhì)嗎？
劉秀榮 謝梅珍 2009/11/23
摘要 本文結(jié)合新課標(biāo)高中生物教材以及全日制普通高級中學(xué)教科書（必修）生物第一冊中對酶的闡述，提出對酶的化學(xué)本質(zhì)認(rèn)識，通過科學(xué)家們的不斷探索，從酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì);發(fā)展到酶的化學(xué)本質(zhì)絕大部分是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA,最后發(fā)展到酶的化學(xué)本質(zhì)絕大部分是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA或DNA.
關(guān)鍵詞 酶 化學(xué)本質(zhì) 蛋白質(zhì) RNA DNA
1 問題的提出
在新課標(biāo)高中生物教材以及全日制普通高級中學(xué)教科書（必修）生物第一冊第三章生物的新陳代謝與酶中指出“酶是活細(xì)胞產(chǎn)生一類具有生物催化作用的有機(jī)物，其中，胃蛋白酶、唾液淀粉酶等絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA”。這樣很容易給學(xué)生產(chǎn)生疑問：絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA，這里的“少數(shù)”的酶究竟是指什么酶呢？酶的化學(xué)本質(zhì)還有其它的嗎？就這些問題，筆者在教學(xué)之余，進(jìn)行了深入的探索，在此發(fā)表一下自己的拙見，以供大家參考。
2 人類對酶的化學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識歷經(jīng)了三次飛躍。
2.1 第一次飛躍：
1926年美國科學(xué)家J.Sumner從刀豆種子中提取了脲酶的結(jié)晶，并且通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了脲酶是一種蛋白質(zhì)。J.Sumner因此榮獲了1964年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。在此后的幾十年中，人們所發(fā)現(xiàn)的幾千種酶都是蛋白質(zhì)，所以20世紀(jì)30年代，科學(xué)家對酶定義為：酶是一類具有生物催化作用的蛋白質(zhì)。
有的酶為單純蛋白質(zhì)，其分子組成全為蛋白質(zhì)，不含非蛋白質(zhì)物質(zhì)，如大多數(shù)水解酶類；有的酶為綴合蛋白質(zhì)（結(jié)合蛋白質(zhì)），其分子中除蛋白質(zhì)外，還有非蛋白質(zhì)物質(zhì)，如氧化還原酶類。結(jié)合蛋白酶的蛋白質(zhì)部分成為酶蛋白，非蛋白質(zhì)部分成為輔酶或輔基，酶蛋白和輔基組成的完整分子成全酶。只有全酶方起催化作用，分開后的酶蛋白或輔酶皆無催化作用。有些輔酶和酶蛋白結(jié)合緊密，不易分開；有的輔酶和酶蛋白結(jié)合疏松，前者一般稱為輔基，后者一般稱為輔酶。輔酶是指直接參與催化反應(yīng)中的有機(jī)物。按照近代意義，游離金屬離子，如Mg2+﹑Mn2+等，不能稱為輔酶，只能稱為輔助因子，因?yàn)榻饘匐x子只是間接參與催化，有的僅僅是維持酶分子的——SH基的還原狀態(tài)；有的只是幫助形成活性必需的立體構(gòu)想。輔酶相同而酶蛋白不同的幾種酶能催化同一種化學(xué)反應(yīng)，但各作用于不同的底物。例如乳酸脫氫酶與蘋果酸脫氫酶有同樣的輔酶（NAD），但酶蛋白不同，它們雖然同樣催化脫氫作用，但前者只能催化乳酸脫氫，而后者只能催化蘋果酸脫氫。
2.2 第二次飛躍：
20世紀(jì)80年代以來的科學(xué)研究表明，一些RNA也具有酶的催化作用。例如一種叫做RNasep的酶，這種酶是由20%的蛋白質(zhì)和80%的RNA組成的，科學(xué)家將這種酶的蛋白質(zhì)完全出去以后，并且提高了Mg2+的濃度，他們發(fā)現(xiàn)留下來的RNA仍然具有與該種酶的催化活性。又如1982年，美國科羅拉大學(xué)T.ceeh等人發(fā)現(xiàn)了四膜蟲的26SrRNA前體在鳥苷存在，但完全無蛋白質(zhì)的情況下能進(jìn)行自我拼接，因此T.ceeh首次提出了RNA具有酶活性的概念。1983年S.Altman和Pace的實(shí)驗(yàn)分別證實(shí)了T.ceeh的發(fā)現(xiàn)，1986年T.ceeh又發(fā)現(xiàn)了L19RNA也有經(jīng)典的酶促作用的特征，并且L19RNA在催化過程中既有核糖核酸酶活性，又有RNA聚合酶活性，于是他得出L19RNA也是一種酶的結(jié)論。T.ceeh和S.Altman為此榮獲1989年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這以后發(fā)現(xiàn)的RNA催化劑愈來愈多，它們在tRNA﹑rRNA和mRNA的成熟以及其他一些重要生化反應(yīng)中表現(xiàn)出催化活性。因此科學(xué)家又一次對酶定義為：酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有生物催化功能的有機(jī)物，其中大部分是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA。
2.3 第三次飛躍：
1994年G.Toyce等人的研究證實(shí)了具有酶活性的DNA的存在。最小的DNA催化劑是由47個(gè)核苷酸組成的單鏈DNA——E47，用于連接兩段底物DNA：S1和S2，結(jié)果出現(xiàn)預(yù)期的連接產(chǎn)物。產(chǎn)物的形成還需要S1的3′——磷酸基團(tuán)被活化。由E47催化S1和S2的連接反應(yīng) 比無模板的情況至少快1015倍，這樣使人們認(rèn)識到除了蛋白質(zhì)和RNA具有酶的功能外，某些DNA也具有酶的功能。實(shí)現(xiàn)了人類對酶的化學(xué)本質(zhì)認(rèn)識的第三次飛躍。所以科學(xué)家再次對酶定義為：酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有生物催化功能的有機(jī)物，其中大部分是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA或DNA。
參考文獻(xiàn)：
〔1〕胡玉佳.2001年.現(xiàn)代生物學(xué). 北京.高等教育出版社.施普林格出版社.19~20.(書)
〔2〕鄭集.陳均輝. 2007年.普通生物化學(xué).北京.高等教育出版社.196~197. (書)
〔3〕葉佩珉.趙占良. 2002年.全日制普（未完，下一頁）
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