酶的化学本质

酶本质探究历程

人类对酶的化学本质的认识历经了三次飞跃。第一次飞跃：1926年美国科学家从

刀豆种子中提取了的结晶，并且通过化学实验证实了脲酶是一种蛋白质。因此荣

获了1964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，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。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

酶与有同样的辅酶（NAD），但酶蛋白不同，它们虽然同样作用，但前者只能催化

乳酸脱氢，而后者只能催化苹果酸脱氢。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RNap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1982年，美国科罗拉大学等人发现了的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，因此首次提出了RNA具有酶活性的概念。1983年

和Pace的实验分别证实了的发现，1986年又发现了L19RNA也有经典的酶促作用

的特征，并且L19RNA在催化过程中既有活性，又有活性，于是他得出L19RNA也

是一种酶的结论。和为此荣获1989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。第三次飞跃：1994年等人的研

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1015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。