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南昌市酶——生物化學反應的催化劑

作者:錄入 日期:2022-10-17 人氣:25941

一般而言,地球上的生命被定義為:有機物和水構成的、一個或多個細胞組成的一類具有穩(wěn)定的物質(zhì)和能量代謝功能,能回應刺激,能進行自我復制(繁殖)的半開放物質(zhì)系統(tǒng)。因此,生命的重要特征之一,就是能夠穩(wěn)定地從外界獲取物質(zhì)和能量,并將體內(nèi)產(chǎn)生的廢物和多余的熱量排放到外界。而這些物質(zhì)和能量代謝功能的實現(xiàn)就意味著在生命體內(nèi)每天要發(fā)生大量的化學反應,將攝取的營養(yǎng)物質(zhì)降解、轉(zhuǎn)化為生命能吸收、利用的小分子化合物,如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等,同時在生命體內(nèi)還存在大量的化學反應將所吸收的小分子化合物合成為自身的多糖、蛋白質(zhì)和基因等大分子化合物。這些化學反應都是在生命體內(nèi)的溫和條件下(如體溫或環(huán)境溫度、常壓)進行;另一方面,生命所需要的物質(zhì)(如食物)在自然環(huán)境下又都是穩(wěn)定的物質(zhì),這些物質(zhì)的降解與轉(zhuǎn)化的化學反應不會自然發(fā)生或非常緩慢,那么在生命體中,這些化學反應式如何發(fā)生的呢?催化這些化學反應的神奇物質(zhì)就是“酶”!

酶是具有催化功能的生物大分子,即生物催化劑。大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),還有少數(shù) RNA 分子具有生物催化功能,稱為核酶。幾乎所有的細胞活動進程都需要酶的參與,與化學催化劑相似,酶通過降低化學反應的活化能來加快反應速率;但與化學催化劑不同的是,酶具有高度的專一性,只催化特定的反應。大多數(shù)的酶可以將反應速率提高上百萬倍;同時,酶作為催化劑,本身在反應過程中并不被消耗,也不影響反應的化學平衡。

哺乳動物的細胞就含有幾千種酶。它們或是溶解于細胞質(zhì)中,或是與各種膜結構結合在一起,這些酶統(tǒng)稱胞內(nèi)酶;另外,還有一些在細胞內(nèi)合成后再分泌至細胞外的酶叫胞外酶。酶的催化能力(稱為酶活性)可受多種因素的調(diào)節(jié)控制,從而使生物體能適應外界條件的變化,維持生命活動。

一般來說,動物體內(nèi)的酶適溫度在35到40℃之間,植物體內(nèi)的酶適溫度在40-50℃之間;微生物(如古菌、細菌和真菌)的酶適溫度差別較大,尤其一些古菌的酶適溫度可高達80-90℃。

人體內(nèi)的酶約有3000種以上,負責催化人體內(nèi)的各種新陳代謝相關的化學反應,如米飯在口腔內(nèi)咀嚼時產(chǎn)生甜味,就是由于淀粉在唾液淀粉酶的作用下,水解成麥芽糖的緣故;人體內(nèi)的胃蛋白酶、胰蛋白酶等多種水解酶可將食物中的蛋白質(zhì)水解成氨基酸,然后再在其它酶的作用下,重新結合成人體所需的各種蛋白質(zhì)。可以這樣說,沒有酶就沒有生物的新陳代謝。

正常人體內(nèi)酶活性較穩(wěn)定,但當人體某些器官和組織受損或發(fā)生疾病后,某些酶被釋放入血、尿或體液內(nèi),如急性胰腺炎時,血清和尿中淀粉酶活性顯著升高;肝炎和其它原因肝臟受損,肝細胞壞死或通透性增強,大量轉(zhuǎn)氨酶釋放入血,使血清轉(zhuǎn)氨酶升高;心肌梗塞時,血清乳酸脫氫酶和磷酸肌酸激酶明顯升高。因此,借助血、尿或體液內(nèi)酶的活性測定,可以了解或判定某些疾病的發(fā)生和發(fā)展。酶缺乏所致之疾病多為先天性或遺傳性,如白化癥是因酪氨酸羥化酶缺乏。

近年來,酶在臨床上的應用越來越普遍,如纖溶酶、鏈激酶、尿激酶等可應用血栓性靜脈炎、心肌梗塞、肺梗塞以及彌漫性血管內(nèi)凝血等病的治療中,以溶解血塊,防止血栓的形成等。另外,一些可抑制酶活性的化學藥物,可抑菌、殺菌和抗腫瘤等的治療,如磺胺類藥和許多抗生素能抑制某些細菌生長所必需的酶類;許多抗腫瘤藥物能抑制細胞內(nèi)與核酸或蛋白質(zhì)合成有關的酶類,從而抑制腫瘤的生長.

酶也在工業(yè)和食品生產(chǎn)中被廣泛應用,如釀酒工業(yè)中使用的酵母菌,就是利用酵母所產(chǎn)生的酶將淀粉等通過水解、氧化等過程轉(zhuǎn)化為酒精;醬油、食醋的生產(chǎn)也是利用微生物產(chǎn)生的酶來完成的??傊?,地球生命經(jīng)過幾十億年的進化,進化出了多種不同的酶,不僅是地球生命得以生存所必需的生物催化劑,而且隨著科學水平的提高,酶的應用將具有更為廣闊的前景。


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