我們在吃飯時,把米飯放在嘴裏多嚼一會兒,就會發現有甜味出來。米飯中的澱粉是一種多糖,在唾液澱粉酶的作用下發生水解反應,多糖轉變為麥芽糖、蔗糖等有甜味的糖。科學家已經發現人體中有兩千多種酶,酶是生物催化劑,每一種酶能催化一種化學反應,因此,人體內存在一個極其複雜而饒有興趣的化學反應體係。
酶促反應一般都在溫和條件下進行,在人體的新陳代謝中發揮著重要的作用。
在生物體內,存在著一類能推動新陳代謝、促使一切與生命有關的化學反應順利進行的物質,這種物質就是酶。酶有一個十分龐大的家族,其種類繁多,目前已知約有2000多種,而人體中就含有700多種,遍布在人的口腔、胃腸道、胰腺、肝髒、肌肉和皮膚裏。
酶是生物體內產生的、能催化熱力學上允許進行的化學反應的催化劑,其化學本質大多數為蛋白質。酶類似於一般催化劑,在催化反應進程中自身不被消耗,不改變化學反應的平衡點,也不改變化學反應的方向,但能加快化學反應到達平衡點。酶是由生物體活細胞產生的,但酶發揮其催化作用並不局限於活細胞內,在許多情況下,細胞內產生的酶需分泌到細胞外或轉移到其他組織器官中發揮作用,如胰蛋白酶、脂酶、澱粉酶等水解酶等。我們把酶所催化的反應稱為酶促反應,發生化學反應前的物質稱為底物,而反應後生成的物質稱為產物。
酶的催化作用的發現可以追溯到很久很久以前。人類早就會利用酵母、果汁和糧食轉化成酒,人們把果汁和糧食變成酒的過程叫作發酵,酵母製品被稱為酵素。後來,法國物理學家德拉圖爾對“酵母究竟是什麼東西”發生了興趣。於是,他用顯微鏡這個觀察微觀世界的工具觀察了酵母的形狀,結果他看到了酵母的繁殖過程。使他感到特別驚奇的是——酵母居然是活的。由此,科學家產生了一種新的認識——酶是活的。
除了酵母以外,其他有機體內也存在著類似發酵過程的分解反應。例如,人和某些動物的胃腸裏就進行著這樣的過程,從胃裏分泌出來的胃液中,含有某種能加速食物分解的物質。1834年,德國科學家許旺把氯化汞加到胃液裏,沉澱出一種白色粉末,再把粉末裏的汞除去後,把剩下的粉末物質溶解,就能得到一種消化液,許旺把這種粉末叫作胃蛋白酶。與此同時,又有人從麥芽提取物中發現了另外一種物質,它能使澱粉轉變成葡萄糖,這就是澱粉轉化酶。
酶對人體的新陳代謝至關重要。在人體的新陳代謝過程中,進行著許多很複雜的化學反應。人每天都要吸進氧氣,喝水,吃含有糖、脂肪、蛋白質、礦物質、維生素的食物,從肺部排出二氧化碳,從汗腺排出水分,以及排出尿、各種不能消化的東西和細菌,這些過程都伴隨著各式各樣的化學反應,都需要酶起作用。
迄今為止所發現的4000多種酶中,已有2500餘種酶被鑒定過,用於生產實踐的有近200種,其中半數用於臨床。為便於研究和學習,科學家們已經對酶進行了命名,並加以科學分類。
1961年以前,人們根據酶作用的底物名稱、反應性質及酶的來源,對酶進行了命名。如催化乳酸脫氫變為丙酮酸的酶叫乳酸脫氫酶,催化草酰乙酸脫去CO2變為丙酮酸的酶叫草酰乙酸脫羧酶。此外,胃蛋白酶、細菌澱粉酶及牛胰核糖核酸酶等則是根據來源不同而命名。習慣命名法所定的名稱較短,使用起來方便,也便於記憶,但這種命名法缺乏科學性和係統性,易產生“一酶多名”或“一名多酶”的現象。為此,國際生物化學協會酶學委員會於1961年提出了新的係統命名和分類原則。