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刘秀荣:你探究过酶的化学本质吗?  

2013-06-07 10:43:12|  分类: 1酶与ATP |  标签: |举报 |字号 订阅

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摘要 本文结合新课标高中生物教材以及全日制普通高级中学教科书(必修)生物第一册中对酶的阐述,提出对酶的化学本质认识,通过科学家们的不断探索,从酶的化学本质是蛋白质;发展到酶的化学本质绝大部分是蛋白质,少数是RNA,最后发展到酶的化学本质绝大部分是蛋白质,少数是RNA或DNA.

关键词 酶 化学本质 蛋白质 RNA DNA

1问题的提出

在新课标高中生物教材以及全日制普通高级中学教科书(必修)生物第一册第三章生物的新陈代谢与酶中指出"酶是活细胞产生一类具有生物催化作用的有机物,其中,胃蛋白酶、唾液淀粉酶等绝大多数的酶是蛋白质,少数酶是RNA"。这样很容易给学生产生疑问:绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA,这里的"少数"的酶究竟是指什么酶呢?酶的化学本质还有其它的吗?就这些问题,笔者在教学之余,进行了深入的探索,在此发表一下自己的拙见,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。

参考文献:

〔1〕胡玉佳.2001年.现代生物学.北京.高等教育出版社.施普林格出版社.19~20.(书)

〔2〕郑集.陈均辉.2007年.普通生物化学.北京.高等教育出版社.196~197.(书)

〔3〕叶佩珉.赵占良.2002年.全日制普通高级中学教科书生物第一册.北京.人民教育出版社.45~47.(书)

〔4〕叶佩珉.赵占良.2003年.全日制普通高级中学教科书生物第一册教师教学用书.北京.人民教育出版社.50~51.(书)

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