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论酶在生命体研究中的作用
作者
摘要
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，没有酶的参与，生命活动一刻也不能进行。因此从酶作用的分子水平研究生命活动的本质及其规律无疑是十分重要的。
正文
近几十年来酶学研究得到很大发展，提出了一些新理念和新概念。一方面在酶的分子水平上揭示酶和生命活动的关系，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方面取得进展。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。如今，酶已普片用于食品、发酵、制革、纺织、日用化学及医药保健等部门，当然酶还在其他很多方面也有相当重要的作用，也有待继续研究。
一、酶催化作用的特点
酶是细胞所产生的，基因选择性表达的结果，酶在发生反应时，本身在反应前后不发生变化，在可逆反应中，酶对正逆反应按同一倍数加速。酶的催化本质是降低反应的活化能，从而使反应速率加快。而正因为酶由细胞产生的生物催化剂，所以酶受多种因素调节控制。从而体现出几个重要特点。
1、酶易失活
当受到高温、强酸、强碱、重金属盐等都能使酶失去催化活性，因此酶所催化的反应往往都是在比较温和的常温、常压和接近中性酸
碱条件下进行。正常人血浆近中性，PH在7.35~7.45之间，而温度在37℃左右，正适宜酶催化。
2、酶具有很高的催化效率
生物体内的大多数反应，在没有酶的情况下，几乎是不能进行的。据报道，如果在人的消化道中没有各种酶类参与催化作用，那么，在体温37℃的情况下，要消化一餐简单午饭，大约需要50年。经过实验分析，动物吃下的肉食，在消化道内只要几小时就可完全消化分解，再如将唾液淀粉酶稀释100万倍后，仍具有催化能力。由此可见，酶的催化效率是极高的。
3、酶具有高度转移性
一种酶往往只能催化一种或一类反应，作用于一种或一类物质。而一般催化剂没有这样严格的选择性。如淀粉酶只能催化淀粉糖苷键的水解，蛋白酶只能催化蛋白质肽键的水解，脂肪酶只能催化脂肪酯键的水解，而对其他物质没有催化作用。
4、酶活性受到调节和控制
有机体的生命活动表现了它内部化学反应历程的有序性，这种有序性是受多方面因素调节控制的，一旦破坏了这种有序性，就会导致代谢紊乱，产生疾病，甚至死亡。酶活力受到调节和控制是区别于一般催化剂的重要特征。
二、酶的分类
1、氧化还原酶类
氧化还原酶类是一类催化氧化还原反应的酶，可分为氧化酶和脱氢酶两类。
（1）氧化酶类，如葡糖氧化酶的每个酶分子中含有两分子FAD作为氢受体，催化葡萄糖氧化生成葡糖酸，并产生H2O2，以血红素为辅基的细胞色素c氧化酶催化底物脱氢，并氧化生成水。
（2）脱氢酶类，如乳酸脱氢酶以NAD+为辅酶将乳酸氧化成丙酮酸
2、转移酶类
转移酶类催化化合物某些基团的转移，即将一种分子上的某一基团转移到另一种分子上的反应。如谷并转氨酶属于转移酶类中的转氨基酸。该酶需要磷酸吡哆醛为辅基，使谷氨酸上的氨基转移到丙酮酸上，使之成为丙氨酸，而谷氨酸成为α-酮戊二酸。这一大类中还有转移碳基、醛或酮基、酰基、糖苷基、磷酸基和含硫基的酶。
3、水解酶类
水解酶类大都属于细胞外酶，在生物体内分布最广，数量最多，包括水解酯键、糖苷键、醚键、肽键、酸酐键及其他C-N键共11个亚类，常见的有蛋白酶、淀粉酶、核酸酶和脂肪酶等。例如磷酸二酯酶催化磷酸酯键水解。
4、聚合酶类
聚合酶类催化从底物移去一个基团而形成双键的反应或其逆反应，这类酶包括最常见的C-C、C-O、C-N、C-S裂解酶亚类。
5、异构酶类
异构酶类催化各种同化异构体之间的相互转变，即分子内部基团的重新排列。这类酶包括消旋酶、差向异构酶、顺反异构酶、分子内氧化还原酶、分子内转移酶和分子内裂解酶等亚类。
6、连接酶类
连接酶类催化有腺苷三磷酸参加的合成反应，即由两种物质合成一种新物质的反应。这类酶包括生成C=O,C-S,C-N,C-C和磷酸酯键的5个亚类。
三、两种特殊的酶
1、核酶
含有RNA的一类酶，可以分为自我剪接核酶和自我剪切核酶两类。自我剪切与自我剪接不同，后者包含剪切与连接两个步骤。剪切是转录后加工方式之一，是基因复制和表达所必需的。具有催化功能RNA的重大发现，表明RNA是一种既能携带遗传信息又有生物催化功能的生物分子。因此很可能RNA早于蛋白质和DNA，是生命起源中首先出现的生物大分子，而一些有酶活性的内含子可能是生物进化过程中残余的分子“化石”。酶活性RNA的发现，提出了生物大分子和生命起源的新概念，无疑将促进对生物进化和生命起源的研究。
2、抗体酶
本质是免疫球蛋白，但是在易变区被赋予了酶的属性。近年来，有关抗体酶的研究得到迅速发展，在有些情况下，抗体酶催化反应速率达到非催化速率的107倍。在医学上这种抗体酶将有可能用来专一的破坏病毒蛋白质及专一的清除心血管病人血管壁上的血液凝块。预计在接下来几年里，这种抗体酶在医学上的运用会越来越广。
四、酶在生命代谢中的作用
酶对人体的新陈代谢至关重要，在人体的代谢工程中，进行着许多很复杂的化学反应，人每天都要吸进氧气，喝水，吃含有糖、脂肪、蛋白质、矿物质、维生素的食物，从肺部排出二氧化碳，从汗腺排出水分，以及排出尿、各种不能消化的东西和细菌，这些过程都伴随各式各样的化学反应。
化学家研究人体内的代谢反应时从研究酵母怎么把糖转变成乙醇开始的，他们发现是酵母中的酶使糖变成乙醇。动物细胞中的酶使糖代谢的过程与酵母略有不同，糖不是转化为乙醇，而是转化为乳酸。在糖变成乳酸的过程中，产生一定的能量，细胞就可利用这些能量。乳酸进一步分解，变成二氧化碳和水，在这一反应中需要消耗氧气，但反应产生的能量比葡糖糖转化为乳酸的反应要多得多。
在糖的代谢工程中，还形成了某些磷酸的化合物，磷酸的化合物和其他部分连结起来的化学键里，储存这很大的能量，这种高能量的磷酸键被交给了细胞中的能量载体，例如三磷酸腺苷。当人体需要能量时，必须使磷酸键发生水解反应，并放出能量，这些能量就会转换成化学能，即用来将氨基酸合成蛋白质，或者将这种能量转换成电能，用来传导神经的冲动，或者将这种能量转换成动能，用来使肌肉收缩。
脂肪的代谢作用是通过辅酶A的催化作用进行的。蛋白质的分解虽然比糖和脂肪复杂一些，但是，它也是通过某些氨基酸酶，把氨基酸分子裂解，最后产生尿素分子。
五、酶工程
酶工程是在1971年第一届国际酶工程会议上才得到命名的一项新技术。酶工程主要研究酶的生产、纯化、固定化技术、酶分子结构的修饰和改造以及在工农业、医药卫生和理论研究等方面的应用。
现已被发现和鉴定的酶有数千种，但是目前国际上工业用和研究用的商品酶的种类也仅有数百种。
酶工程是将酶学原理和化学工程技术及基因重组技术有机结合而形成的新型应用技术，是生物工程的支柱。根据研究和解决问题的手段不同将酶工程分为生物酶工程和化学酶工程。对于化学酶工程，也可称为初级酶工程，是指天然酶、化学修饰酶、固定化酶及人工模拟酶的研究和应用。生物酶工程是酶学和以DNA重组技术为主的现代分子生物学技术相结合的产物。
随着化学工程技术及基因工程技术的发展，酶工程发展更为迅速，必将成为一个很大的生物技术产业。
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