什么是酶化学及酶化学发展的回顾
化学先生 / 2019-07-27
1: 酶化学的基本概念
酶化学是生物和化学的交叉学科，在生物化学教科书中，酶化学通常作为一章来论述。酶是一种生物催化剂，但生物催化剂不仅包括酶，还包括整细胞、非酶蛋白质和催化抗体。酶的主要成分是蛋白质，酶的催化作用不仅决定于蛋白质的构型，也受氨基酸侧链基团的影响。酶催化反应在活性中心上进行，在很多情况下还需要金属离子和辅酶的参与。和化学催化剂相比，酶的独特催化性质是反应速率快、选择性高、反应可以在温和条件下进行。生命过程中的所有化学反应都是在酶催化作用下完成的;换言之，生物酶可以催化任何一种化学催化反应。在某种意义上讲，酶化学在生物化学中处于中心地位，生物化学也可以看作是“集成酶学”。
2:酶化学发展的回顾
韩式酶化学的发展是化学家对生物酶的认识、应用、改造和模拟的过程。根据文献记载，酶化学的研究始于19世纪上半叶，1833 年Payen和Persoz首先发现一种对热敏感的麦芽提取物可以催化淀粉的自然水解反应。他们将这种提取物称作"diastase",原意为“分离”，后来被命名为“淀粉酶”。继之，Liebig和Woehler等又提出酶是组成未知的化学催化剂的观点。这一发现激起了人们对发酵过程的研究兴趣，但由于当时受“活力论”的束缚，还意识不到生物催化剂的存在。1858 年手性有机化合物研究的先驱者Pasteur发现酒石酸铵在微生物酵母过程中会发生不对称分解，认为与酵母有关的发酵作用可能和活细胞中的酶活性有关，并提出“ferment"一词，即“酵素”。直到1878年Kuhne才用"enzyme"表示“酶”，意即“在酵母中”。19 世纪末Fischer从无细胞抽提液首先制得糖苷酶，1894 年发表了有关酶催化立体选择性的论文，并用锁钥模型来描述酶对底物的专一性: 1897 年Buchner又发现酵母的无细胞萃取物可以催化发酵过程。这样才从实验上证实发酵是一种酶催化反应，作为生物催化剂的酶具有底物专一性和立体选择性。
不难看出，从19世纪30~90年代的60多年间，酶化学的发展不只停留在细胞水平，对酶催化的化学本质，特别是底物专一性和立体选择性也有了初步认识，通过化学分离方法已可以得到粗酶。20世纪初开始，酶化学的研究逐步从细胞水平进人酶和分子水平。1913 年Michaelis和Menten通过对水溶液中单底物酶催化反应动力学的研究，提出了著名的Michaelis Menten方程，并用过渡态理论解释底物转化为产物的机理，一直沿用至今。 20 世纪20年代Keilin报道了含卟啉的蛋白质一-细胞色素的分离。 1926年Sumner从刀豆中纯化出第一个酶结晶一脲酶结晶，1929 年Northrop又纯化出胃蛋白酶结晶，从而证实了酶是具有催化功能的蛋白质。由于他们在酶学发展史上的划时代贡献，Sumner、Northrop和Stanly三人获得了1946 年的诺贝尔奖。
由于酶催化反应机理的提出和陆续有新的酶结晶被纯化出来并测定了其蛋白质结构，自20世纪中期以后，酶化学的研究在基础和应用两个方面都得到较快发展，产生了分子酶学和酶工程两个分支。参与酶化学研究的交叉领城也从分离分析和有机化学逐步扩展到物理化学、结构化学和生物无机化学等各分支学科。酶的固定化、非酶蛋白质、催化抗体和模拟酶等新兴研究领域的出现，对酶化学的传统观念提出了新的挑战。
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