酶的化学本质 [复制链接]

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：

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。年S.Altman和Pace的实验分别证实了T.ceeh的发现，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：

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。