当你嘴里含一口饭,细细咀嚼,便会感到甜滋滋的味道,这是因为口水中含有一种淀粉酶,能把饭里的淀粉催化成麦芽糖,甜味就来自这里。其实,生物体内的新陈代谢是千万个化学变化的总和,而每一变化都需要不同的生物催化剂——酶来协助,才能顺利完成。
4000多年前,我国人民就知道用粮食酿酒;后来,春秋时代又懂得了将豆发酵做酱油,因此,可以这样说,我们祖先是利用酶来做各种食品的先驱。至于酶这个名字,还是19世纪德国化学家屈内取的,他把一类从生物体内分泌出来,具有特殊催化作用的物质称作酶。
那么,酶有哪些特殊的催化作用呢?
首先是特异性,就是说酶是十分认亲的。通常一种酶只对一种反应物质起催化作用,这好像一把钥匙开一把锁那样。例如,淀粉酶只能催化淀粉分解,而对有相同组成的纤维素却无能为力,脂肪酶、蛋白酶也只能分别对脂肪、蛋白质起分解作用。老虎、狮子等肉食动物只能吃肉而不能吃饭,就是因为在他们体内不存在淀粉酶的缘故。
其次是高效性。酶的催化,一般不需要高温、高压等条件,而且效率高得惊人,它的催化效率比工业催化剂要大几万倍,甚至几亿倍。例如,过氧化氢酶在0℃下,一分钟可使500万个过氧化氢分子分解,比无机化学上用铁作催化剂的速度要大100亿倍。
最后是敏感性。酶对外界条件很敏感,温度对它的催化效率影响很大,一般温度在0℃~40℃范围内,催化效率通常随温度的升高而随之增大;超过50℃催化效率就会降低;超过80℃,几乎所有的酶都会失去催化活性。同时,酸碱度对酶催化的影响也颇大,例如,胃蛋白酶在pH=1.8时,催化能力最大,超过或者低于这个值,催化能力就会下降。有些金属盐或负离子也会促进或降低酶的催化作用,例如钙、钠等离子常会增强酶的催化效率,而汞、铅等离子则会使酶失去催化作用。人如果不吃盐,食欲就会减退,以至四肢无力,就是因为盐有提高淀粉酶催化效率之故。
那么,酶为什么有这些特殊催化作用呢?
这个问题很复杂,尚在研究中,提出的假说不下十多种,今择其一种,介绍于下。
由于酶都是蛋白质,它由很长很长的肽键组成,肽键骨架上还伸出许多枝键,组成十分复杂的立体结构。枝杈上带有不同的电荷,形成大小不一、电荷不同、形状各异的电子“陷阱”。一旦催化物质的电子或电子对能对上这些电子“陷阱”,那么它就很快落入“陷阱”,降低了活化能,使某一化学变化顺利地迅速进行。这样,就定性地解释了酶催化的特异性和高效性。由于酶本身是蛋白质又十分“娇嫩”,温度、紫外线、金属离子等外界条件,极易影响它的立体结构,使电子“陷阱”变样,从而失去催化能力,这就是酶具有敏感性的原因。
不过,上述解释还十分粗略。可以这么说,迄今还没有一种学说能完满地解释酶催化的特性。