第11章 有機化學小常識(4)(2 / 2)

果皮中不含氧化酶,因此,空氣中氧氣與果皮長期接觸不發生變化;一旦果子被切開或碰壞表皮,那麼果肉中的氧化酶就很快催化氧氣氧化果實中的有機物變色。此外,銅、鐵等元素,有增加氧化酶的活性作用,所以用刀切水果變色快的原因就在於此。

如果不碰傷水果表皮,它是否就能長期不變色呢?

這也是不可能的。事實上不論保藏得多麼好的水果,時間一長,總會變色,以至腐爛,這是水果中催熟法寶——乙烯和氧化酶聯合作用的結果。

當水果放到一定時間後,水果自身會放出催熟法寶乙烯來。它能增加細胞呼吸,加速果實細胞合成糖、核酸等物質,同時放出水。這樣一來,一方麵使果實增加糖分、自身變軟、產生香味,另一方麵由於大量水的放出,便使自身膨脹,果實就會自動地裂開,使果肉接觸空氣,於是,果肉中的氧化酶便發揮作用,催化空氣中氧氣,氧化果實內的糖、酚、維生素C等物質,使之變色,以至腐爛。

植物果實變色的機製,正是它適應生存的一種本領。那麼,是誰“指揮”它這樣幹的呢?它與外界條件的關係又是什麼呢?

生物催化劑都是蛋白質嗎

20世紀初,德國的生物化學權威人士,諾貝爾獎金獲得者維斯塔特教授認為酶不是蛋白質,它隻以蛋白質作為載體,是一種附著在蛋白質上的催化劑,當時的生物化學界也普遍讚同他的觀點。

然而美國康奈爾大學的一個獨臂青年薩姆納對此提出了不同的意見,他下決心要揭開酶的“廬山真麵目”。他不顧殘缺的身軀以驚人的毅力,用一隻手奮鬥了9年。終於在1926年提取出了脲酶結晶,證明了它是蛋白質。薩姆納因此獲得了1946年諾貝爾化學獎。

半個多世紀以來,人類已發現了2000多種酶,其中被結晶出的酶也有100多種,它們無一不是蛋白質。所以長期以來似乎已經形成了這樣一個概念:生物催化劑都是蛋白質“家族”中的酶。

1972年,有些科學家發現了一個奇特的現象:有一些由蛋白質和核酶兩部分構成的酶(如:核糖核酸酶P、磷酸果糖激酶等),如果除去其中的核糖核酸,它們就失去了酶的催化活性。後來有人用實驗證明,將這些酶中的蛋白質除去以後,核糖核酸部分單獨就具有酶的活性。

1982年春天,美國波爾多大學的生物化學家西卡及其同事們研究了一種名叫嗜熱四膜蟲(Tetralymena)的單細胞微生物,他們發現存在於這種微生物核糖體中的“前體核糖核酸”

(ribozyme)能夠自我拚接,產生核糖核酸產物。他們用各種實驗方法進行分析後,發現其中沒有酶催化,而是核糖核酸自己催化自己的反應,就是說,前體核糖核酸也是一種生物催化劑。

後來,西卡對這一奇特的發現進行了悉心研究,證明前體核糖核酸具有很高的催化效率,能有效地降低反應物分子的活化能,使共價鍵斷裂和再生;它的催化具有很強的選擇性,在核糖核酸的130個部位中,隻能使兩個特定部位的鍵斷裂。

這兩項鼓舞人心的發現,說明核糖核酸和前體核糖核酸都有催化作用。那麼,核酸類催化劑與酶有何異同呢?

這兩者都有嚴格的專一性,它們隻能催化少數同類反應物甚至某一種反應物、某一部位的化學變化。另外它們都具有很高的催化效率,能使複雜的化學反應在一般條件下高效快速地完成。還有,它們的催化活性很容易受溫度、酸堿性等因素的影響,在高溫和強酸強堿的條件下會失去活性,有些金屬離子會降低甚至破壞它們的催化活性。

但是它們也有不同之處,那就是酶在催化反應後本身的組成不變,能夠恢複催化活性。

而核糖核酸和前體核糖核酸是“自我催化”,在催化後本身發生了組成上的變化,再就沒有催化作用。

對新的生物催化劑的發現,有人給予高度的評價,認為這是近十幾年來生物化學上最激動人心的成果之一,它衝擊了“生物催化劑就是蛋白質類的酶”這個傳統的觀點。有人認為這有助於解決“先有核酸還是先有蛋白質”這個生命起源上的難題。

這一發現也使人產生了一係列疑問:核酸類催化劑是否也像酶那樣有上百種甚至上千種?核酸類催化劑是否也像酶那樣有一個“活化中心”?核酸類催化劑除了催化自己的反應外,能不能催化其他反應?這些問題需要我們進一步探索。

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