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  • 1 # 裸猿的故事

    RNA為什麼是酶呢,答案很簡單,因為某些RNA具有催化能力,通常負責催化RNA的降解和連線。但人們發現酶乃至發現RNA也是酶,走過了漫長的歷程,不如讓我們快速的瞭解一下酶學研究歷史。

    酶學研究歷史。

    酶這個概念來自對酒精酵母菌發酵的研究和拓展。

    巴斯德發現發酵的秘密是酵母菌,並提出酵素(ferment)這個概念

    圖示:酵素並沒有什麼養生排毒的功效,不要上當。

    法國化學家巴斯德率先發現,酵母菌有許多種,其中某些有能力把葡萄糖轉變為酒精,當時法國葡萄酒產業普遍性的發生了雜菌汙染事件,導致釀造出來的葡萄酒味道不對。而巴斯德則建議,徹底消毒窖池,然後引種特定的酒精酵母。此外,他還建議對發酵完成後的葡萄酒進行輕微加熱,殺死酒液中的酵母菌,這樣不管把葡萄酒放置多久運輸多遠,都能保持出窖時的風味。這一舉措拯救了法國葡萄酒產業。這就是在知其然並知其所以然之後,就能主動運用規律得到想要的結果。但巴斯德犯了一個錯,那就是他老人家認為,只有完整的酵母菌才有能力進行酒精發酵。結果,他老人家這個斷言,給後世科學家一個得諾獎的機會呢。

    圖示:葡萄糖水中加入酒精酵母,將會生成酒精和二氧化碳,二氧化碳可以用石灰水加以鑑定,它們發生化學反應生成碳酸鈣沉澱。

    畢希納進一步發現,發酵不需要完整的細胞,只需要細胞中的部分物質,這些未知物質被他稱為發酵酶(zymase)

    德國化學家愛德華·畢希納(Eduard Buchner),在1897年成功實現了無細胞發酵,他發現如果用洗乾淨並消毒後的沙子輕輕的研磨酵母菌,並用細菌漏斗過濾研磨液,這個液體中將不含有任何完整的酵母菌,卻依然保留了將葡萄糖發酵為酒精的能力,而他將液體中所含有的能發揮發酵作用的未知神秘物質命名為發酵酶(zymase)。這一發現,讓他獲得諾貝爾化學獎。

    有人或許認為,如此簡單的實驗和發現,為什麼可以得諾獎?畢希納的獲獎原因,是因為他率先打開了細胞的大門,告訴大家細胞裡面有許多可以研究的東西,就像打開了四十大盜藏寶庫的大門,雖然當時的人們還不知道,寶庫裡有什麼,但意義重大,這就是他獲獎的原因。

    圖示:我們越來越清楚植物和動物細胞就像一個化工廠,各種各樣的產物在單獨的車間裡被製造出來。 —— 畢希納

    當人們意識到催化化學反應並沒有細胞內外之別的區分後,酵素(ferment)和酶(enzyme)這兩個概念開始合二為一,統稱為酶。在從前人們認為那些被分泌到消化道中催化化學反應的的神秘物質才被稱為酶。但現在,無論細胞內外,都統統稱為酶。不過酵素這樣的說法並未完全消失,甚至在如今還突然開始時髦起來了 。

    第一次純化出有催化能力的蛋白質

    從畢希納提出發酵酶的觀念開始,人們迅速的將細胞內或生物體內,催化所有化學反應的神秘物質,統統都命名為酶(enzyme),但直到1926年,美國生化學家詹姆斯·薩姆納從刀豆中得到了一種純的蛋白結晶,他證明這種蛋白質,可以催化尿素分解為二楊氧化碳和氨,因此該蛋白被命名為尿素酶。他也因此獲得1946年的諾貝爾化學獎。

    圖示:尿素酶(脲酶)的空間結構

    自此之後,生化學家開始源源不斷的純化出各種蛋白質,然後發現許多蛋白質都能催化這個或者那個化學反應,而此後陸陸續續發現了兩千多種具有催化能力的蛋白質,這就讓生物化學家們認為,只有蛋白質才能催化化學反應。但這毫無疑問就是一個不完全歸納法。

    每一次對認知邊界的重大突破,都意味著諾貝爾獎

    在研究酶的過程中,生化學家們發現某些酶的組成中既有蛋白質又有RNA,比如大腸桿菌的RNaseP(一種負責摧毀RNA的酶),為了確定該酶中蛋白質和RNA各自負責什麼功能,生化學家們利用蛋白酶水解了RNaseP中的蛋白質部分,然而讓他們詫異的是,在這種情況下,剩下的RNA部分,居然能繼續摧化其它RNA的降解!此後,又在研究四膜蟲的生成的rRNA(參與構成核糖體的RNA)前體時,發現這東西具有相當專一的催化RNA斷裂和連線的能力。最終這些發現,帶來了1989年的諾貝爾化學獎,由切赫(T.Cech)和奧爾特曼(S.Altman)兩人獲得。

    所以,RNA為什麼是酶呢,答案很簡單,因為某些RNA具有催化能力,通常負責催化RNA的降解和連線。

    今年高考生物學有道單選題,其中有個選項正涉及到核酸和酶之間關係。造成出題錯誤,讓單選題有兩個答案可選。據說解決方案是,這兩個答案任選一個都算對。

    圖示:這道題A和B都可以選。A選項中果糖是單糖因此也是錯誤的。而B選項的表達不嚴謹。

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