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酶化学:生物和化学的交叉学科? 1

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酶化学是生物和化学的交叉学科,它研究的是生物催化剂的性质和作用机制。生物催化剂包括酶、整细胞、非酶蛋白质和催化抗体。酶是一种特殊的生物催化剂,主要由蛋白质组成,其催化作用受到蛋白质构型和氨基酸侧链基团的影响。酶催化反应发生在活性中心上,通常需要金属离子和辅酶的参与。与化学催化剂相比,酶具有反应速率快、选择性高、在温和条件下进行等特点。事实上,生命中的所有化学反应都是在酶的催化下进行的。因此,酶化学在生物化学中扮演着重要的角色,可以说生物化学就是“集成酶学”。

酶化学的发展历程

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。早在19世纪上半叶,化学家Payen和Persoz发现了一种能催化淀粉水解的麦芽提取物,他们将其称为“淀粉酶”。随后,Liebig和Woehler等科学家提出了酶是一种未知化学催化剂的观点。这些发现引起了人们对发酵过程的兴趣,但当时还没有意识到生物催化剂的存在。直到Pasteur发现酵母可以催化有机化合物的不对称分解,并提出了“酵素”这个词,才开始认识到酶的存在。随后的研究证实了酶是一种具有底物专一性和立体选择性的蛋白质催化剂。

从19世纪30年代到90年代的60多年间,酶化学的发展不仅停留在细胞水平,还对酶催化的化学本质有了初步认识。20世纪初,酶化学的研究逐渐从细胞水平进入酶和分子水平。Michaelis和Menten提出了著名的Michaelis-Menten方程,解释了酶催化反应动力学的基本原理。随后,Keilin分离出了含卟啉的蛋白质一细胞色素,Sumner和Northrop分别从刀豆和胃中纯化出了第一个酶结晶,证实了酶是具有催化功能的蛋白质。这些重要的发现为酶化学的研究奠定了基础。

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取得了较快的发展。分子酶学和酶工程成为酶化学的两个重要分支。酶化学的研究领域也从分离分析和有机化学扩展到物理化学、结构化学和生物无机化学等多个学科。此外,固定化酶、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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