理论教育 生物催化:催化反应与转化原理

生物催化:催化反应与转化原理

时间:2023-11-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:1926年,Sumner从刀豆中得到脲酶结晶,并证实这种结晶能催化尿素水解,产生CO2和NH3,提出酶本身是一种蛋白质。就是说,RNA本身是生物催化剂,称其为核酶,这对酶的传统概念是个严重挑战,提出了酶并不一定都是蛋白质的问题。

生物催化:催化反应与转化原理

1.酶的认识

早在4500~8000年前,人类已发明了麦芽啤酒及制曲酿酒工艺,对生物催化就有了自觉认识。约在3000年前,人类开始利用麦曲含有的淀粉酶将淀粉降解为麦芽糖,制造了饴糖。在2500年前的春秋战国时代,我国已能制酱、制醋。在酿酒工艺中,利用麦芽糖或霉菌的淀粉(曲)对谷物淀粉进行糖化,然后利用酵母菌进行酒精发酵,这是典型的生物催化反应技术。

2.近代酶学的产生

1867年,德国人库内Kuhne使用酶(Enzyme)这一术语表述催化活性。Enzyme来自希腊文,原意为“在酵母中” (酵素),中文译为“酶”。1896年,德国Buchner兄弟发现酵母的无细胞提取物和酵母细胞一样能将1分子葡萄糖转化成2分子乙醇和2分子CO2,这些工作为近代酶学的研究奠定了基础。(www.daowen.com)

3.现代酶学的建立和生物催化反应原理

在物理、化学技术(催化理论)发展的影响下,Michaelis和Menton在前人的工作基础上,根据中间产物学说于1913年提出了酶促反应动力学原理——米氏学说。米氏方程的建立对酶由定性到定量的研究以及作用机制的探讨,提供了方法。1926年,Sumner从刀豆中得到脲酶结晶(这是第一个酶结晶),并证实这种结晶能催化尿素水解,产生CO2和NH3,提出酶本身是一种蛋白质。脲酶结晶的获得,为现代酶学、蛋白质化学的产生奠定了基础。后来相继获得了胃蛋白酶、胰凝乳白酶、胰蛋白酶的结晶。“酶是一种蛋白质”这个观点被普遍接受,Sumner因此获得了1947年的诺贝尔奖。20世纪50~60年代,发现酶有相当的柔性,Koshland因此提出了“诱导契合”理论,以结合酶的催化机理和专一性,同时也搞清了某些酶的催化活性与生理条件变化有关,使人们对酶有了更深的了解。1961年,Monnod及其同事提出了“变构模型”,用以定量解释酶的活性可以通过结合小分子物质(效应物)进行调节,提供了认识细胞中许多酶和一般化学催化剂一样更能加快反应的速度。1982年,Cech研究小组发现,四膜虫的r RNA(核糖体核糖核酸前体)能在完全没有蛋白质的情况下进行自我加工,催化得到成熟的r RNA产物。就是说,RNA本身是生物催化剂,称其为核酶(ribozyme),这对酶的传统概念是个严重挑战,提出了酶并不一定都是蛋白质的问题。1986年,Schultz和Learner的两个研究小组同时报道获得了具有催化活性的抗体,即抗体酶(abzyme)。这一重要突破为酶的结构功能研究和抗体与酶的应用开辟了新的研究领域

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