酶的研究及发现历史

酶的研究及发现历史

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酶的发现是一个漫长的过程，早在300多年前，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。这种转化过程叫作发酵。1680年，荷兰的业余生物学家、布商列文虎克在用显微镜观察中首先发现了酵母细胞。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，确定酵母是一种活的微生物。这样，在19世纪50年代，酵母就成了一个热门的研究课题。

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作实验对象，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。当鹰吐出这些管子的时候，管内的肉已部分分解了，管中有了一种淡黄色的液体。

1777年，苏格兰医生史蒂文斯从胃里分离一种液体（胃液），并证明了食物的分解过程可以在体外进行。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，他把这粉末叫作“胃蛋白酶”（希腊语中的消化之意）。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”（希腊语的“分离”）。科学家们把酵母细胞一类的活动体酵素和像胃蛋白酶一类的非活体酵素作了明确的区分。

1878年，德国生理学家库恩提出把后者叫作“酶”。

1897年，德国化学家毕希纳用砂粒研磨酵细胞，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。而由于这项发现，毕希纳获得了1907年诺贝尔化学奖

酶是一种强烈吸引科学家们的物质，因而他们就开始设法将酶分离出来，并想知道酶到底是一类什么物质。可是，在细胞和其他天然物质内，酶的含量非常小，而且所得到的含酶的提取液都是混合物，分离提纯相当困难。尽管如此，科学家研究酶的兴趣丝毫也没有减退。

美国康奈尔大学的生物化学家萨姆纳从一种美洲热带植物的白

色种子里分离出一些晶体，这种晶体的溶液显示出脲酶所具的性质。脲酶是一种能对尿素分解为二氧化碳和氨的反应起催化作用的酶。这种晶体还显示出蛋白质的性质，凡是能使蛋白质变性的东西，也都会破坏这种酶，由此，萨姆纳肯定酶是一种蛋白质。最后，科学家终于证实，酶就是一种蛋白质催化剂。现在，分离出来的酶已经有100

多种，它们都是蛋白质。

由于酶在现实生活中应用非常广泛，酶具有很多明显的优点，人们开始考虑，能不能把它从生物体内取出来，专门来催化一些重要的化学反应呢？这样不是能在更广阔的天地里发挥它的优势了吗？于是，酶工程应运而生了

酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。它包括酶制剂的制备,酶的固定化,酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。

只要在生物体内找到了某种有用的酶，即使含量再低，只要应用基因重组技术，通过基因扩增与增强表达，就可能建立高效表达特定酶制剂的基因工程菌或基因工程细胞了。把基因工程菌或基因工程细胞固定起来，就可构建成新一代的生物催化剂——固定化工程菌或固定化工程细胞了。人们也把这种新型的生物催化剂称为基因工程酶制剂。

新一代基因工程酶制剂的开发研制，无疑是使酶工程如虎添翼。固定化基因工程菌、基因工程细胞技术将使酶的威力发挥得更出色，科学家们预言，如果把相关的技术与连续生物反应器巧妙结合起来，将导致整个发酵工业和化学合成工业的根本性变革。

对酶进行改造和修饰也是酶工程的一项重要内容。

酶的作用力虽然很强，尤其是被固定起来之后，力量就更大了，但并不是所有的酶制剂都适合固定化的，即使是用于固定化的天然酶，其活性也往往不能满足人们的要求，需要改变其某些性质、提高其活性，以便更好地发挥其催化功能。

于是，酶分子修饰和改造的任务就被提出来了。

一般来说，科学家们是通过对酶蛋白分子的主链进行“切割”、“剪切”以及在侧链上进行化学修饰来达到改造酶分子的目的的。被修饰、改造的酶分子，无论是物化性质，还是生物活性都得到了改善，甚至被赋予了新的功能。

除了酶的生产之外，近些年来，酶工程又出现了一个新的热门课题，那就是人工合成新酶，也就是人工酶。这是因为，人们发现光从微生物里提取酶仍不能满足日益增长的对酶的需求，需要另辟新路。人工酶是化学合成的具有与天然酶相似功能的催化物质。它可以是蛋白质，也可以是比较简单的大分子物质。合成人工酶的要求是很高的，它要求人们弄清楚：酶是如何进行催化，关键是哪几个部位在起作用，这些关键部位有什么特点……最终，对人工酶还有另一层要求，那就是简单、经济。有人已经合成了一个由34个氨基酸组成的大分子，这个大分子具有跟核糖核酸酶一样的催化作用。然而，人们仍然嫌它太复杂，继续寻找更简单、更稳定、更小的人工酶，寻找在生产上比天然酶经济得多的人工酶。

尽管人工酶的效益尚不明显，然而从事人工酶研究的队伍却日益壮大。也许，在不久的将来，人工酶在酶工程的生产领域里将正式取得一席之地，而且地位不断上升，甚至压倒天然酶。