某種物質,它無處不在,卻不被我們所注意,但是卻有著神奇的魔力。它能使生物體在瞬間發生天翻地覆的巨大變化,迅速產生新的物質!其實在我們的生活當中,通過生產與生活實踐,我們不知不覺地就利用了這種物質。我們的祖先在夏禹時代就利用它來釀酒了,在春秋戰國時期人們使用這種神奇物質含量豐富的曲(qū,是用糧食等經人工發酵後製成的,最早曾用於造酒)來治療消化不良的疾病。這種物質就是世界上不可缺少的、具有神奇魔力的、神通廣大的酶。
4.1酶的神秘麵紗
4.1.1酶的本質
我們知道,一般的生物化學反應,都需要酶的存在,我們人體內就有幾千種的酶類,正是由於這些酶的存在,才能使人體保持健康,從一個受精卵成長發育成健全的人;酶參與人體所有的生命活動,如思考、運動、睡眠、呼吸、憤怒、喜悅或者分泌激素等都是以酶為中心的活動結果。那麼,酶究竟是什麼呢?現在已經基本可以確定,酶是一種具有生物活性的蛋白質,後來人們又陸續發現了具有生物催化功能的RNA(核酶)和抗體酶,改變了生物體內所有的酶類都是蛋白質的傳統觀念。
4.1.2酶的發現
1783年,意大利科學家斯帕蘭紮尼將肉塊放入小巧的金屬籠中,然後讓鷹吞下去。一段時間後他將小籠取出,發現肉塊消失了。因此,他推斷胃液中一定含有消化肉塊的物質。
1836年,德國科學家施旺從胃液中提取出了消化蛋白質的物質,解開了胃的消化之謎。
1926年,美國科學家薩姆納從刀豆種子中提取出脲酶的結晶,並通過化學實驗證實脲酶是一種蛋白質。
20世紀30年代,科學家們相繼提取出多種酶的蛋白質結晶,並指出酶是一類具有生物催化作用的蛋白質。
1981年,美國科學家切赫和奧特曼發現少數RNA也具有生物催化作用。
1986年,列那和蘇爾滋針對羧酸酯水解的過渡態類似物產生的抗體,能催化相應的羧酸酯和碳酸酯的水解反應,並將這類具催化能力的免疫球蛋白稱為抗體酶或催化抗體。
4.1.3酶的特點
酶的特性主要有四點:
1)酶具有極高的催化能力:其效率是普通催化劑的107~1010倍。據報道,如果在人的消化道中沒有各種酶類參與催化作用,那麼,在體溫37℃的情況下,要消化一餐簡單的午飯,大約需要50年。
2)酶具有專一性:即每一種酶隻能催化一種或一類化學反應。
3)酶在生物體內參與每一次反應後,它本身的性質和數量都不會發生改變。
4)酶的作用條件較溫和,例如人體內的酶類的最適宜催化溫度都接近人體的體溫。
4.2酶的生產
酶的生產實際上是選取酶含量多的生物或細胞,大量繁殖,從其中分離、提取、純化酶,並製成某種方便於應用的劑型(酶製劑)的全部過程。
酶的提取和分離純化是指把酶從組織、細胞內或細胞外液中提取出來並使之達到與使用目的相適應的純度。
工業用酶製劑的一般製備流程包括破碎細胞、溶劑抽提、離心、過濾、濃縮、幹燥、結晶、純化和精製等幾個步驟,對某些純度要求很高的酶,則須經幾種方法乃至多次反複處理。
4.3酶和細胞的固定化
為適應工業化生產的需要,人們模仿人體酶的作用方式,通過固定化技術對酶加以改造固定。經固定化後的生物催化劑既具有酶的催化性質,又具有一般化學催化劑能回收反複利用的優點,並在生產工藝上可以實現連續化和自動化。