酶本质的发现史

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• 现象——变酸的葡萄酒
  现在我们知道酶是一类具有催化作用的蛋白质，少数为RNA、DNA。但过去人们对酶的认识起源于生产和生活的实践，我国早在4000多年前的夏禹时代就掌握了酿酒技术，酿酒前先制曲，也就是培养菌种，而在酿酒发酵过程中，人们十分注意“曲势“，也就是现在所说的酶活性。19世纪，酿酒业在欧洲经济中占有重要的地位，但浆果与酵母每次热情碰撞后的结局不一定都是甜美的佳酿，变酸的葡萄酒这个bug该如何解决？
  

• 发酵——活酵母or酵母中某种物质
  早期科学界对发酵过程研究，让人们知道酿酒就是将糖类通过发酵变成酒精和二氧化碳，但大家普遍认为该过程是纯化学，与生命活动无关。1857年法国微生物学家巴斯德通过镜检发现发酵过程中酒精的产量与活酵母菌的繁殖量成正比，故提出酿酒发酵是酵母细胞所致，没有活细胞参与，糖类不可能变成酒精。
  但同时期的的德国化学家李比希却坚持认为引起发酵的是酵母细胞中的某些物质，这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发生作用。
  结束这一争论的是德国化学家毕希纳（E. Buchner），他把酵母细胞研磨过滤，将滤液与葡萄糖混合一段时间后，装置内有气体产生，糖发酵成了酒，与加活酵母效果一样。这表明酵母细胞中的某些物质能够在细胞破碎后继续起催化作用，毕希纳将其称为酿酶。该发现推动了对酶理化性质和生物功能的研究，毕希纳于1907年荣获诺贝尔化学奖。
  

酵母

• 酶是蛋白质
  受当时技术所限，人们无法对相继发现的各种酶（木瓜蛋白酶、淀粉酶、胃蛋白酶、蔗糖酶等）进行提纯和鉴定。1917年，美国科学家萨姆纳从资料中得知刀豆种子中能水解尿素的脲酶含量相当高，决定从中提纯酶，历时九年屡败屡战，终于1926年的一个清晨惊喜地看到了丙酮溶剂中的结晶，这是提取物达到一定纯度的体现，而这种结晶溶于水后恰好能催化尿素分解成氨和二氧化碳，萨姆纳用多种方法证明了脲酶是一种蛋白质，并因为对酶的分离研究的贡献，成为1946年诺贝尔化学奖得主之一。此后，由于发现的几千种酶都被证实是蛋白质，科学家普遍认为酶是一类具有催化作用的蛋白质。
  

脲酶

• 酶是RNA
  1971年，加拿大裔美国生物学家奥特曼（S. Altman）在实验中发现RNA的催化活性，但他怀疑是某种未知蛋白在起作用，1981年，美国化学家切赫（T. R. Cech）同样观察到这一点，他不受已有定论的束缚，坚信实验结果，果断地公布了自己的结论，这时奥特曼也修正了原先的错误结论，他们敢于向权威和定论发起挑战，而事实证明他们是正确的，两人因此荣获1989年的诺贝尔化学奖。现在，我们把这种具备催化功能的RNA称为核酶。
  

新型RNA荧光适配体Pepper与染料配体HBC

• 酶是DNA
  1994年，美国Scripps研究所的乔伊斯和布雷克获得具备催化活性的DNA，并提出脱氧核酶的概念，使酶本质的范围得到延申，而今，脱氧核酶已在生物传感、分子医学领域占有一席之地。脱氧核酶由人工筛选获得，暂未发现天然的。
  

<hr/>补充1）甲醇中毒
自酿白酒一定要注意“掐头“，由于甲醇比乙醇沸点低，蒸馏最开始得到的酒头含甲醇过多。甲醇在体内经乙醇脱氢酶和甲醛脱氢酶催化依次转化成甲醛和甲酸。甲酸可以结合细胞色素氧化酶，导致细胞缺氧，糖代谢向糖酵解途径倾斜产生乳酸，大脑缺氧兴奋引起癫痫，甲酸容易沉积视神经引起视觉丧失。
乙醇从1940年就被用于治疗甲醇中毒，是传统解毒剂，原因是乙醇脱氢酶对乙醇的亲和力高于甲醇，静脉输注10%乙醇可抑制甲醇在体内转化，尽量使得甲醇直接从尿液排出。
补充2）RNA世界
RNA既可以顶替DNA编码遗传信息又有酶催化功能，那么RNA分子有没有可能抛开DNA和蛋白质而独霸天下？1986年诺奖得主Walter Gilbert曾在Nature上高调提出“RNA世界”的论点。尽管“RNA世界”仍存在疑问，但其核心却直指生命的本源，联想到多种重要生物分子结构中都含有核苷酸成分，比如能量载体ATP，多种辅酶和多种细胞信号分子等，多种证据都指向可能真存在过一个RNA独霸江湖的世界。



生命中心法则

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