後來,經過許多生物化學家的努力,終於揭開了糖尿病的病因。原來,在哺乳動物胰腺中,有一塊像一群小島形狀的細胞—胰島細胞,能分泌一種物質,人稱胰島素,胰島素是葡萄糖的對頭,隻要一丁點兒,就會促使動物體內血糖的降低。糖尿病患者是由於胰島細胞出了毛病,不能正常地分泌定量胰島素,才導致血液中葡萄糖含量增高,從而引起了糖尿病。
1922年,31歲的加拿大生物化學家班丁花了九牛二虎之力,從哺乳動物體內,提取出胰島素,它竟像仙丹一樣地能治療糖尿病,糖尿病患者隻用注射一丁點兒胰島素,血糖就會恢複正常。從此這個千百年來不治之症,得到了控製,成千上方人的生命得救了,班丁因此也獲得了諾貝爾獎金。
應特別一提的是,1965年我國科學家知難而進,一舉合成有生物活性的牛胰島素,這應是化學史上一個裏程碑。
胰島素在人體內,活像一個能控製葡萄糖含量的閥門,如果血液中葡萄糖濃度增高,那麼胰腺的藍島細胞就會增加胰島素的分泌量,這樣,人體血液中血糖就降低,血糖一降低,胰島素分泌也就減少,不久,血糖又回升,這樣,一高一低,保持人體內血糖在一定濃度範圍內。
人體中分泌胰島素量極微,而且化學家已知道胰島素是一種蛋白質,那麼,這樣少量的蛋白質對葡萄糖的作用為什麼有如此之大呢?它跟葡萄糖作用的機理又是什麼呢?這還是一個謎。
酶催化的奧秘何在
當你嘴裏含一口飯,細細咀嚼,便會感到甜滋滋的味道,這是因為口水中含有一種澱粉酶,能把飯裏的澱粉催化成麥芽糖,甜味就來自這裏。其實,生物體內的新陳代謝是千萬個化學變化的總和,而每一變化都需要不同的生物催化劑——酶來協助,才能順利完成。
4000多年前,我國人民就知道用糧食釀酒;後來,春秋時代又懂得了將豆發酵做醬油,因此,可以這樣說,我們祖先是利用酶來做各種食品的先驅。至於酶這個名字,還是19世紀德國化學家屈內取的,他把一類從生物體內分泌出來,具有特殊催化作用的物質稱作酶。
那麼,酶有哪些特殊的催化作用呢?
首先是特異性,就是說酶是十分認親的。通常一種酶隻對一種反應物質起催化作用,這好像一把鑰匙開一把鎖那樣。例如,澱粉酶隻能催化澱粉分解,而對有相同組成的纖維素卻無能為力,脂肪酶、蛋白酶也隻能分別對脂肪、蛋白質起分解作用。老虎、獅子等肉食動物隻能吃肉而不能吃飯,就是因為在他們體內不存在澱粉酶的緣故。
其次是高效性。酶的催化,一般不需要高溫、高壓等條件,而且效率高得驚人,它的催化效率比工業催化劑要大幾萬倍,甚至幾億倍。例如,過氧化氫酶在0℃下,一分鍾可使500萬個過氧化氫分子分解,比無機化學上用鐵作催化劑的速度要大100億倍。
最後是敏感性。酶對外界條件很敏感,溫度對它的催化效率影響很大,一般溫度在0℃~40℃範圍內,催化效率通常隨溫度的升高而隨之增大;超過50℃催化效率就會降低;超過80℃,幾乎所有的酶都會失去催化活性。同時,酸堿度對酶催化的影響也頗大,例如,胃蛋白酶在pH=18時,催化能力最大,超過或者低於這個值,催化能力就會下降。有些金屬鹽或負離子也會促進或降低酶的催化作用,例如Ca、Na等離子常會增強酶的催化效率,而Hg、Pb等離子則會使酶失去催化作用。人如果不吃鹽,食欲就會減退,以至四肢無力,就是因為鹽有提高澱粉酶催化效率之故。
那麼,酶為什麼有這些特殊催化作用呢?
這個問題很複雜,尚在研究中,提出的假說不下10多種,今擇其一種,介紹於下。
由於酶都是蛋白質,它由很長很長的肽鍵組成,肽鍵骨架上還伸出許多枝鍵,組成十分複雜的立體結構。枝杈上帶有不同的電荷,形成大小不一、電荷不同、形狀各異的電子“陷阱”。一旦催化物質的電子或電子對能對上這些電子“陷阱”,那麼它就很快落入“陷阱”,降低了活化能,使某一化學變化順利地迅速進行。這樣,就定性地解釋了酶催化的特異性和高效性。由於酶本身是蛋白質又十分“嬌嫩”,溫度、紫外線、金屬離子等外界條件,極易影響它的立體結構,使電子“陷阱”變樣,從而失去催化能力,這就是酶具有敏感性的原因。
不過,上述解釋還十分粗略,而且也屬定性描述。可以這麼說,迄今還沒有一種學說能完滿地解釋酶催化的特性。親愛的讀者,你是否有決心來攻克這一當今生物化學領域中的攔路虎呢?
固氮酶為何“怕”氧氣
固氮酶是已發現的約2000種酶中的一種,但是它與其他的相比,卻有一個迥然不同之處:一般的酶是不大“怕”氧氣的,而固氮酶就象老鼠怕貓一樣“怕”遇到氧氣,一遇到氧氣就會在幾秒鍾到數分鍾之內失去催化活性。