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酶的化学本质就是蛋白质或RNA吗?(人教必修1p82)  

2013-12-03 09:16:52|  分类: 1酶与ATP |  标签: |举报 |字号 订阅

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 1.问题的提出
  在新课标人教版高中生物教材中指出“酶是活细胞产生一类具有生物催化作用的有机物,其中绝大多数的酶是蛋白质。”在教材82页拓展中又提到“你想知道哪些RNA具有生物催化活性吗?是否还存在具有催化活性的DNA呢?”就这些问题,博主查到已有相关论文,但是很多同行始终还抱住老教材,无视新教材变化,毅然给学生以老的酶的定义。现摘录,以供大家参考。
  2.人类对酶的化学本质的认识历经了三次飞跃。
  2.1 第一次飞跃:
  1926年美国科学家J.Sumner从刀豆种子中提取了脲酶的结晶,并且通过化学实验证实了脲酶是一种蛋白质。J.Sumner因此荣获了1964年的诺贝尔化学奖。在此后的几十年中,人们所发现的几千种酶都是蛋白质,所以20世纪30年代,科学家对酶定义为:酶是一类具有生物催化作用的蛋白质。
  有的酶为单纯蛋白质,其分子组成全为蛋白质,不含非蛋白质物质,如大多数水解酶类;有的酶为缀合蛋白质(结合蛋白质),其分子中除蛋白质外,还有非蛋白质物质,如氧化还原酶类。结合蛋白酶的蛋白质部分成为酶蛋白,非蛋白质部分成为辅酶或辅基,酶蛋白和辅基组成的完整分子成全酶。只有全酶方起催化作用,分开后的酶蛋白或辅酶皆无催化作用。有些辅酶和酶蛋白结合紧密,不易分开;有的辅酶和酶蛋白结合疏松,前者一般称为辅基,后者一般称为辅酶。辅酶是指直接参与催化反应中的有机物。按照近代意义,游离金属离子,如Mg2+﹑Mn2+等,不能称为辅酶,只能称为辅助因子,因为金属离子只是间接参与催化,有的仅仅是维持酶分子的——SH基的还原状态;有的只是帮助形成活性必需的立体构想。辅酶相同而酶蛋白不同的几种酶能催化同一种化学反应,但各作用于不同的底物。例如乳酸脱氢酶与苹果酸脱氢酶有同样的辅酶(NAD),但酶蛋白不同,它们虽然同样催化脱氢作用,但前者只能催化乳酸脱氢,而后者只能催化苹果酸脱氢。
  2.2 第二次飞跃:
  20世纪80年代以来的科学研究表明,一些RNA也具有酶的催化作用。例如一种叫做RNasep的酶,这种酶是由20%的蛋白质和80%的RNA组成的,科学家将这种酶的蛋白质完全出去以后,并且提高了Mg2+的浓度,他们发现留下来的RNA仍然具有与该种酶的催化活性。又如1982年,美国科罗拉大学T.ceeh等人发现了四膜虫的26SrRNA前体在鸟苷存在,但完全无蛋白质的情况下能进行自我拼接,因此T.ceeh首次提出了RNA具有酶活性的概念。1983年S.Altman和Pace的实验分别证实了T.ceeh的发现,1986年T.ceeh又发现了L19RNA也有经典的酶促作用的特征,并且L19RNA在催化过程中既有核糖核酸酶活性,又有RNA聚合酶活性,于是他得出L19RNA也是一种酶的结论。T.ceeh和S.Altman为此荣获1989年的诺贝尔化学奖。这以后发现的RNA催化剂愈来愈多,它们在tRNA﹑rRNA和mRNA的成熟以及其他一些重要生化反应中表现出催化活性。因此科学家又一次对酶定义为:酶是活细胞产生的具有生物催化功能的有机物,其中大部分是蛋白质,少数是RNA。
  2.3 第三次飞跃:
  1994年G.Toyce等人的研究证实了具有酶活性的DNA的存在。最小的DNA催化剂是由47个核苷酸组成的单链DNA——E47,用于连接两段底物DNA:S1和S2,结果出现预期的连接产物。产物的形成还需要S1的3′—磷酸基团被活化。由E47催化S1和S2的连接反应 比无模板的情况至少快1015倍,这样使人们认识到除了蛋白质和RNA具有酶的功能外,某些DNA也具有酶的功能,实现了人类对酶的化学本质认识的第三次飞跃。所以科学家再次对酶定义为:酶是活细胞产生的具有生物催化功能的有机物,其中大部分是蛋白质,少数是RNA或DNA。
世界上首次发现最先起源的生命物质—-酶性DNA
  湖南师范大学生物系王身立、陈嘉勤和禹宽平首次发现,生物的遗传物质脱氧核糖酸(DNA)具有酶的活性,使人类对酶的化学本质认识大大推进了一步,此项成果最先发表于1995年6月出版的《湖南师范大学学报自然科学》杂志。王身立教授等人发现,从高等植物绿豆幼苗中提取有DNA具有分解萘酯活性,而且严格的实验方法排除了DNA所含蛋白质杂质以及其他因素的作用,从而确证DNA具有酶活性,并命名为Deoxyribozyme(酶性DNA)。酶性DNA的发现,这是人类对酶的化学本质认识的第三次飞跃。酶性DNA的发现,还提示DNA可能是最先起源的生命物质(先于RNA和蛋白质),这对生命起源的认识也是一项重要进展。
资料来源

的化学本质--《生物学教学》2009年11期

DNA也有催化活性-《生物学通报》1997年第12期
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