第6章 生物催化劑與密碼鎖(1 / 2)

要了解生物催化劑與密碼鎖,我們先來看一堂有趣的實驗課。

在寬敞明亮的教室裏,一堂生動有趣的化學課正在熱烈的氣氛中進行著。老師先拿了一個燒杯,然後在燒杯裏倒進了一些無色透明的液體——雙氧水。這雙氧水看上去與普通的水可真沒有什麼區別,而且還能通過化學反應變成普通的水,並釋放出氧氣:2H2O2H2O+O2↑不過,在通常的情況下,也不能像開水那樣氣泡會噴湧而出,因為,這時反應進行得很慢很慢,以至於看起來就跟完全不反應一樣。老師先讓學生們仔細看了看平靜的燒杯,然後從另一個小瓶裏取了點黑色的粉末樣固體物質,告訴學生們仔細觀察,然後,他輕輕地把那點兒黑色粉末倒進了雙氧水中。立即,像魔術一樣,那杯水立刻“沸騰”了起來,大量的氣泡爭先恐後地衝破液體的重圍,飛快地逃逸向周圍的空間;而老師手中剛吹熄的帶點兒火星的火柴棍,竟也奇妙地自動燃燒起來。看來,氣泡真是氧氣;那麼,剛才還一點也沒有動靜的雙氧水,怎麼突然又劇烈地反應起來了呢?

原來,作怪的正是老師加進去的那點毫不起眼的黑色粉末,那是二氧化錳(MnO2),它能加快雙氧水的分解反應,使一般情況下慢得難以覺察到的反應突然顯得如此迅猛,而且它本身在反應後還跟加進去時一模一樣!它所起的加快反應的作用,我們知道正是被稱為催化作用,而像它這樣具有能加快反應而自身又不發生變化的特性的物質,我們稱之為催化劑。好的催化劑,一般都能上百上千倍地加快反應的速度,讓我們看起來,好像本來難以進行的反應變得又容易又猛烈了;在雙氧水的分解反應中,二氧化錳正是這樣的一種好催化劑,它神奇的催化作用,也與“沸騰”的雙氧水一起深深地印入了我們的頭腦中。

不過,當你因為擦破了手背而進入醫務室時,你也許沒想到又一個神奇的場麵在等待著你。你肯定會奇怪大夫會拿出一個帶“雙氧水”標簽的棕色瓶來,從裏麵蘸了些像水一樣的液體塗在你的傷口上。當你還沒來得及向大夫說出你心中的疑問時,傷口上的現象一定會把你“震”住了;白色的泡沫,仿佛從天而降,還不到眨眼的功夫,已經完全蓋住了傷口,甚至溢滿了整個手臂!這是怎麼回事呢?

原來,這還是雙氧水的分解反應。大夫利用的就是從雙氧水中分解出來的氧,它們還是單個的原子沒聚成氧分子,這時氧有殺菌作用。不過這裏大夫可沒有加二氧化錳來作催化劑,而是你的身體細胞裏的一種奇妙的物質——過氧化氫酶,在這裏起了催化作用,而且比二氧化錳還要有效得多,難怪你根本來不及分辨清楚氣泡是怎樣一湧而出的了。

在人體以及其他眾多生命體內,時時刻刻都在進行著各種不同的化學反應:氧化、還原、轉移、水解、裂合、異構化以及合成等等,反應過程相當複雜,我們的機體是一個日理萬機的化學反應工廠,因為在每一天裏,我們必須把吃進來的複雜的食物一一消化,吸收進入循環係統送到各種組織細胞裏後,還得將小分子的簡單營養成分合成為我們自己的東西;例如把氨基酸合成為蛋白質,把葡萄糖合成為糖元等等。在進行這些同化作用的同時,我們還得進行異化作用;例如把糖類進行氧化分解,來供給生命活動以充足的能量;把蛋白質分解,再把氨基酸等代謝物最終氧化分解並排出體外。這一係列活動,都是通過化學反應來完成,可見生命體的一天裏完成的化學反應的數量有多麼巨大,反應的速度有多麼的迅速!值得注意的是,這些複雜、快速的化學反應都是在極其普通極其溫和的條件下進行的,溫度是體溫,壓力是常壓,酸堿性也很溫和,完全不似一般化工廠裏那種高溫高壓強酸或強堿的苛刻條件,由此看來,體內這些反應所用的催化劑,也是完全有別於一般工業用的催化劑,而必定是一種特異的高效催化劑了。

的確,體內有著這麼一些高效催化劑,那便是像過氧化氫酶這樣的一類特殊蛋白質——酶。酶是一種催化本領極強的生物催化劑,它不僅有著極高的催化效率,比如酶催化反應比非催化反應快108~1020倍,比一般催化反應高107~1013倍,而且酶的作用具有高度的專一性。像過氧化氫酶這種酶,就隻專一性地催化過氧化氫(即俗稱的雙氧水)的水解反應,隻以過氧化氫這種物質作為它的專一性底物。正是這種高度專一性這生物催化劑的特性,使得體內的無數化學反應,在它們各自的專一性作用酶的催化下,迅速而有條不紊地進行著。

其實,人類在很久很久以前,便對酶有了一定的認識。我國在幾千年前,已經懂得了製作發酵的飲料和食品,夏禹時代,就已經懂得釀酒,周代已經能製作怡糖和醬食,古埃及人在用麵粉調製麵團烤餅的過程中,偶爾有次來不及將和好的麵團烤成餅,結果發現麵團在陽光下脹大了許多,而且用這樣的麵團烤成的餅不僅鬆軟可口,而且還散發出誘人的酒香,從而也認識到了發酵的現象,並對此在日常生活中加以了廣泛的應用。