酶的发现和发展

生物的生存每时每刻都要进行一系列的化学变化，这些变化总称为新陈代谢。虽然生物体内化学变化十分复杂，但它们都在常温常压下完成。比如有种叫根瘤菌的细菌在常温常压下就能把空气中的氮气固定下来，而人类要做到这一点却必需用几百个大气压和几百度的温度。生物体为什么有这种本领呢？原来，生物体内广泛地存在一类特殊的催化剂——酶。它能有效地降低参加化学反应的各个分子的活化能，使生物体能够快速而高效地完成各种化学反应。植物的光合作用，人对食物的消化、吸收等无一不是在酶直接参与下发生和完成的。近代，对酶的科学研究开始于18世纪。
     到1878年，德国化学家屈内把这一系列从有机体中分泌出来有催化能力的物质称为“酶”。1925 年，美国奈尔大学独臂青年化学家萨姆纳不顾体残病弱，提纯尿酶，并证明它是蛋白质。接着，美国化学家诺思谱又把一系列酶提纯出来，证明它们都是蛋白质。他俩都获诺贝尔奖。从此，几十年来科学界公认酶的成分是蛋白质。1982年，美国化学家西卡破天荒地发现非蛋白质酶——核酸，它也可以充当生物催化剂。西卡的发现首先给生物催化剂中只有蛋白质一家的传统观念当头棒喝，给今后生命的人工合成，提供了一个重要的信息，生物催化剂除蛋白质、核酸外，还可能有其他形形色色的催化剂。尤为重要的是，西卡的发现给生命的起源和演变提供了一个新的线索。人们可以想象，在地球原始海洋中，当形成核酸后，它就可能催化自身变化。由于西卡的发现为生命起源和研究开辟了一条新航道，因而，他获得1983年的诺贝尔奖。至此，为奖励研究酶的组成，已3次颁发诺贝尔奖。
     由于酶有惊人的催化能力，它的发现无论在理论上和应用上都有重大的意义。据统计，至今已发现2000多种酶，其中被提纯并结晶的有100多种，作为商品生产的有120多种，应用到工厂中的就有60多种。它们在食品、医药、制革等数十个行业中发挥着巨大的作用。科学家将酶引入工业，这种技术叫做酶工程。酶工程的发展经历了四个阶段：自18世纪初斯伯塞尼发现酶后，经过一个多世纪，人们未能将酶应用到生产上。酶工程的第二阶段是针对第一阶段的缺点而革新的。酶工程的第三阶段是固定化酶系统和固定化活细胞技术联合生产的过程，称为第三代酶工程。其特点是将活的酵母细胞用长拉胶（从海藻中提取的特殊胶）包扎，制成颗粒状，装入酶反应器，反应器通过糖液就可产生酒精。
     在反应过程中，酵母仍可生长繁殖，不断地补充反应器中酶的数时，使反应器可连续使用几个月甚至几年。第三代酶工程已用于生产各种氨基酸、有机酸、核苷酸、抗生素等。它有高效能、低消耗、无公害、长寿命、安全、自动化等特点。目前，已在各先进国家使用。第四阶段酶工程是将新的生物工程技术全部应用到酶工程上来。例如，用细胞融合术、DNA 重组术来改良产酶的菌种，使之能源源不断地生产出适合人类需要的酶来。这项工作还处于试验阶段，目前虽有许多成功的报导，估计还需要一段时间才会有实用价值。所谓的酶工程，可以分为两大部分：一大部分是如何生产酶，一大部分是如何应用酶。用微生物来生产酶，是酶工程的半壁江山。酶工程的发展，给人工合成食物开辟了光辉的前景。总有一天，人类将能实现在工厂里生产淀粉、脂肪、蛋白质等食品的愿望。