探索生命科學第三講:生物酶是一種什么物質?

2018-05-24

  酶,指具有生物催化功能的高分子物質。 在酶的催化反應體系中,反應物分子被稱為底物,底物通過酶的催化轉化為另一種分子。幾乎所有的細胞活動進程都需要酶的參與,以提高效率。與其他非生物催化劑相似,酶通過降低化學反應的活化能來加快反應速率,大多數的酶可以將其催化的反應之速率提高上百萬倍;事實上,酶是提供另一條活化能需求較低的途徑,使更多反應粒子能擁有不少于活化能的動能,從而加快反應速率。酶作為催化劑,本身在反應過程中不被消耗,也不影響反應的化學平衡。酶有正催化作用也有負催化作用,不只是加快反應速率,也有減低反應速率。與其他非生物催化劑不同的是,酶具有高度的專一性,只催化特定的反應或產生特定的構型。

  雖然酶大多是蛋白質,但少數具有生物催化功能的分子并非為蛋白質,有一些被稱為核酶的RNA分子 和一些DNA分子同樣具有催化功能。此外,通過人工合成所謂人工酶也具有與酶類似的催化活性。 有人認為酶應定義為具有催化功能的生物大分子,即生物催化劑。

  酶的催化活性會受其他分子影響:抑制劑是可以降低酶活性的分子;激活劑則是可以增加酶活性的分子。有許多藥物和毒藥就是酶的抑制劑。酶的活性還可以被溫度、化學環境(如pH值)、底物濃度以及電磁波(如微波)等許多因素所影響。

  哺乳動物的細胞就含有幾千種酶。它們或是溶解于細胞質中,或是與各種膜結構結合在一起,或是位于細胞內其他結構的特定位置上(是細胞的一種產物)。這些酶統稱胞內酶;另外,還有一些在細胞內合成后再分泌至細胞外的酶──胞外酶。酶催化化學反應的能力叫酶活力(或稱酶活性)。酶活力可受多種因素的調節控制,從而使生物體能適應外界條件的變化,維持生命活動。沒有酶的參與,新陳代謝只能以極其緩慢的速度進行,生命活動就根本無法維持。例如食物必須在酶的作用下降解成小分子,才能透過腸壁,被組織吸收和利用。在胃里有胃蛋白酶,在腸里有胰臟分泌的胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶等。又如食物的氧化是動物能量的來源,其氧化過程也是在一系列酶的催化下完成的。

生物酶,復合酶,酶,易洗酶

  酶是一種生物催化劑。生物體內含有千百種酶,它們支配著生物的新陳代謝、營養和能量轉換等許多催化過程,與生命過程關系密切的反應大多是酶催化反應。但是酶不一定只在細胞內起催化作用。

  人體內存在大量酶,結構復雜,種類繁多,到目前為止,已發現3000種以上(即多樣性).如米飯在口腔內咀嚼時,咀嚼時間越長,甜味越明顯,是由于米飯中的淀粉在口腔分泌出的唾液淀粉酶的作用下,水解成麥芽糖的緣故.因此,吃飯時多咀嚼可以讓食物與唾液充分混合,有利于消化.此外人體內還有胃蛋白酶,胰蛋白酶等多種水解酶.人體從食物中攝取的蛋白質,必須在胃蛋白酶等作用下,水解成氨基酸,然后再在其它酶的作用下,選擇人體所需的20多種氨基酸,按照一定的順序重新結合成人體所需的各種蛋白質,這其中發生了許多復雜的化學反應.可以這樣說,沒有酶就沒有生物的新陳代謝,也就沒有自然界中形形色色、豐富多彩的生物界.

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  為什么人體缺酶

  目前的問題是現代人體內缺酶的現象普遍嚴重,人群中十有六七的體中酶量不足。對此,概括了三個主要的原因:

  原因一:生食

  生食物中含有必需的消化酶,但酶在高溫烹調下或加工儲運過程中容易喪失活性,由于人們大都以熟食為主,使得食物中原有的酶遭受破壞,而不得不消耗體內天然的酶儲備。另外,有些水果中酶含量最高的部位卻是在人們所不吃的果皮和果莖中,以及在未成熟的苦澀的果汁中,這也是造成人體酶量缺乏的因素所在。

  原因二:老化

  人的一生當中體內生成的酶是有限的,隨著年齡的增長,體內分泌的酶從旺盛變得不足。人體攝入的養料不容易消化吸收,依靠攝取養料來合成酶的能力下降,從而酶缺乏加劇,形成體內酶量遞減的惡性循環。

  原因三:現代生活

  隨著工業的快速發展和汽車的大量增加,導致廢氣大量排放,環境受到污染;農藥的殘留和食品中合成的化學添加劑的濫用;生活方式的快節奏、工作壓力的增大以及看電視多運動少等文明社會的弊端增多……上述種種都會增加身體中酶的大量消耗,以致體內的天然酶無法保存。

  酶在醫療上 隨著對酶研究的發展,酶在醫學上的重要性越來越引起了人們的注意,應用越來越廣泛.下面分三個方面介紹.

  1.酶與某些疾病的關系

  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,蠶豆病或對伯氨喹啉敏感患者是因6-磷酸葡萄糖脫氫酶缺乏.許多中毒性疾病幾乎都是由于某些酶被抑制所引起的.如常用的有機磷農藥(如敵百蟲、敵敵畏、1059以及樂果等)中毒時,就是因它們與膽堿酯酶活性中心必需基團絲氨酸上的一個-OH結合而使酶失去活性.膽堿酯酶能催化乙酰膽堿水解成膽堿和乙酸,當膽堿酯酶被抑制失活后,乙酰膽堿水解作用受抑,造成乙酰膽堿推積,出現一系列中毒癥狀,如肌肉震顫、瞳孔縮小、多汗、心跳減慢等.某些金屬離子引起人體中毒,則是因金屬離子(如Hg2+)可與某些酶活性中心的必需基團(如半胱氨酸的-SH)結合而使酶失去活性.

  2.酶在疾病診斷上的應用

  正常人體內酶活性較穩定,當人體某些器官和組織受損或發生疾病后,某些酶被釋放入血、尿或體液內.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,大量轉氨酶釋放入血,使血清轉氨酶升高;心肌梗塞時,血清乳酸脫氫酶和磷酸肌酸激酶明顯升高;當有機磷農藥中毒時,膽堿酯酶活性受抑制,血清膽堿酯酶活性下降;某些肝膽疾病,特別是膽道梗阻時,血清r-谷氨酰移換酶增高等等.因此,借助血、尿或體液內酶的活性測定,可以了解或判定某些疾病的發生和發展.

  3.酶在臨床治療上的應用

  近年來,酶療法已逐漸被人們所認識,廣泛受到重視,各種酶制劑在臨床上的應用越來越普遍.如胰蛋白酶、糜蛋白酶等,能催化蛋白質分解,此原理已用于外科擴創,化膿傷口凈化及胸、腹腔漿膜粘連的治療等.在血栓性靜脈炎、心肌梗塞、肺梗塞以及彌漫性血管內凝血等病的治療中,可應用纖溶酶、鏈激酶、尿激酶等,以溶解血塊,防止血栓的形成等.

  據悉,市場上大約20%的人用藥物和30%的農用藥物含有鹵素。因此,鹵化物在藥物開發和生產中占有重要的地位。而傳統的鹵化物合成技術依賴于化學方法,常常需要高溫高壓以及有毒或刺激性的試劑,比如氯氣和次氯酸等。此外,化學方法也常常伴隨著選擇性低,副產物多,分離困難等缺點。因此在市場的應用中就存在技術難度大、價格高、不穩定等因素,制約了相關行業的發展,同時也給環境造成一定污染。

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  目前,該公司已經測試了包括大環內酯,四環素,姜黃素,白藜蘆醇等化合物,并發現該技術可以鹵化許多不同種類的化合物。例如,利用鹵化酶可以選擇性地將氯原子引入到抗腫瘤化合物monocillin II的13位碳上。使用同樣的方法也可將溴原子引入到分子中得到相應的溴化物。

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  為了使新型鹵化酶技術能造福更多的行業,唯鉑萊生物科技有限公司,推出生物鹵化試劑盒,鹵化中間體以及鹵化物定制的生物合成技術服務等一系列產品及服務,為科研,化工,制藥等行業的發展提供經濟、綠色、環保的新型合成技術。


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