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酶的本质的研究史:从18世纪意大利科学怪咖说起
傅小铄
2017年11月22日 22:21

酶是一类具有催化活性的有机物,对于它的研究仍然是当今科学界的一大热点。虽然大约四千年前我们的祖先就已经能够利用酵母酿酒,但今天的故事要从18世纪意大利的一位科学怪咖(奇葩)说起。

最初,人类通过观察鸟类吞咽砂石的行为以及在体内发现的砂囊(gizzard),普遍认为出鸟类的消化是经过砂石磨碎,物理消化的结果。 1773年,意大利生理学家斯帕兰扎尼做了这样一个实验,他把肉块放进一个小金属笼内,然后让鹰把小笼吞下去。一段时间后再取出来,肉块就消失了。他认为除了物理消化之外,还存在某种化学物质能够起到消化作用。

但是,他后来的做法有些过于放飞自我,他把这个实验在自己身上又做了一遍,把嚼碎的面包渣装进一个亚麻包里吞进肚子,过了23个小时后才取出来,面包不见了,亚麻包却完好无损,后来他又吞下了木质的小球和装有食物的开口金属管等等,不过没能成功,因为总是很快呕吐出来,他似乎一点都不担心自己的生命安全,即使他用来做实验的鹰被这样活活噎死了。

(论外国人少系列,但他活到了70岁)

1857年,著名的法国微生物学家、化学家巴斯德通过显微镜观察发现了酿酒中的发酵现象是由于酵母细胞的存在,认为在酵母细胞中存在一种活力物质用于催化发酵反应,但他认为活力物质只有在活细胞的参与下,才能发挥作用。德国化学家李比希却认为引起发酵的物质要在酵母细胞死亡裂解后才能发挥作用。

1897年,德国科学家毕希纳开始对发酵进行研究,通过一系列实验最终证明发酵过程并不需要完整的活细胞存在。他将酵母细胞放在石英砂中磨碎,得到不含酵母细胞的提取液,发现提取液仍可以进行与完整细胞相同的催化作用。这一贡献使他获得了1907年的诺贝尔化学奖。

不过这个时候人们并不知道酶的化学本质是什么,许多研究者指出一些蛋白质与酶的催化活性相关;但包括诺贝尔奖得主威尔施泰特在内的部分科学家则认为蛋白质只是酶分子的携带者,不具有催化活性。

直到1926年,美国生物化学家萨姆纳完成了一个决定性的实验。他首次从刀豆得到脲酶结晶,并证明了脲酶的蛋白质本质,又在1931年在过氧化氢酶的研究中再次证明其为蛋白质。后续研究者通过提取结晶陆续发现了包括胃蛋白酶等消化酶在内的两千多种酶均是蛋白质,萨姆纳因此获得了1946年诺贝尔化学奖。

1980年代,美国科学家切赫奥特曼分别从四膜虫的rRNA前体的加工和细菌的核糖核酸酶P复合物的研究中发现部分RNA也具有催化作用,从此酶的化学本质扩大到RNA,两人也因此获得1989年的诺贝尔化学奖。

故事到这里已经接近尾声,不过你可能不知道的是,萨姆纳17岁时因为一场意外失去了左臂,但他并没有因此沉沦,更加发奋努力,最终成为一位杰出的科学家;奥特曼出身贫苦家庭,父亲是小杂货店店主,母亲是纺织厂工人,但他刻苦学习,改变了自己的命运;故事中提到的最后两位科学家仍然健在,奥特曼还曾多次到访中国做报告,受聘为复旦大学名誉教授。

不得不说,科学发现的背后往往都有着或有趣或辛酸或励志的故事呐~