在生物工程界，有一位魔術(shù)師，叫酶工程。它的魔力體現(xiàn)在凡是有生命的地方就有魔術(shù)師在那里活動，無論是花草樹木還是鳥獸魚蟲，無論是高等的還是低等的，動植物都需要酶來維持生命。人類更是須臾不可離酶，新陳代謝過程的各種階段，都需"望'酶'止渴"。
加酶洗衣粉洗衣粉、多酶片等是酶工程在日常生活中應(yīng)用的實例，而對于整個酶工程來說，這僅是酶工程大海之滄海之一粟，只是簡單的應(yīng)用而已，2018諾貝爾化學(xué)獎因達(dá)爾文進(jìn)化論的活學(xué)活用蛋白酶，一石又驚起千層浪，讓人們再次認(rèn)清"廬山真面目"，意識到生物工程界魔術(shù)師的重要作用。
2018諾貝爾化學(xué)獎
北京時間10月3日，2018年諾貝爾化學(xué)獎新鮮出爐，各大朋友圈、網(wǎng)絡(luò)平臺被一則"瑞典皇家科學(xué)院公布了2018年度諾貝爾化學(xué)獎得主，其中諾貝爾化學(xué)獎一半頒給弗朗西斯·阿諾德（Frances H Arnold），獎勵她實現(xiàn)了酶的定向轉(zhuǎn)化，諾貝爾化學(xué)獎另一半頒給喬治·史密斯（George P Smith）和格雷戈里·溫特爾（Gregory P Winter），獎勵他們實現(xiàn)了多肽和抗體的噬菌體呈現(xiàn)技術(shù)"的消息瘋狂刷屏，用進(jìn)化的力量解決化學(xué)問題是2018年諾貝爾化學(xué)獎成果。
2018年度諾貝爾化學(xué)獎得主
酶定義
酶（enzyme）是由活細(xì)胞產(chǎn)生的、對其底物具有高度特異性和高度催化效能的蛋白質(zhì)或RNA。酶也具有一級、二級、三級，乃至四級結(jié)構(gòu)。按其分子組成的不同，可分為單純酶和結(jié)合酶，僅含有蛋白質(zhì)的稱為單純酶，結(jié)合酶則由酶蛋白和輔助因子組成。
蛋白酶是水解蛋白質(zhì)肽鏈的一類酶的總稱。按其降解多肽的方式分成內(nèi)肽酶和端肽酶兩類，別名：枯草溶菌素；解朊酶；舒替蘭酶；得自地衣芽孢桿菌。
酶號稱是生物工程界的魔術(shù)師，生命在它的指揮下，協(xié)調(diào)地演奏起一章章如詩如畫的生命交響曲來，世界因此而生機勃勃、色彩斑斕。
酶的特點
1926年，美國科學(xué)家薩姆納從刀豆種子中提取出脲酶的結(jié)晶， 并通過實驗證明: 脲酶是一種蛋白質(zhì)，弄清了酶就是蛋白質(zhì)，為此他獲得1946年諾貝爾化學(xué)獎金。從此，人們才逐步認(rèn)清"廬山真面目"，才意識到酶的重要作用，現(xiàn)代微生物酶技術(shù)才真正起步。到現(xiàn)在為止，人類已經(jīng)完全能確定其成分和功能的酶有3000 多種。
酶的高效性
酶的催化能力要比化學(xué)催化劑高出107～1013 倍。就拿纖維素的分解來說，用5％的硫酸，在4～5 個大氣壓、100 多攝氏度的條件下，四五個小時只能使纖維稍稍松動。而一旦纖維素酶出場，而且只是那么一點點纖維素酶，在常壓、40 攝氏度的條件下，四五個小時可以使50％的纖維素分解成葡萄糖，這幾乎就是牛胃里發(fā)生的反應(yīng)，只不過容器換了一下。
酶活性中心
酶的專一性
所謂專一，是指一種酶只能作用于具有一定結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。形象一點的說法就是"一把鑰匙開一把鎖"、"一個蘿卜填一個坑"。纖維素酶只能把纖維素分解成葡萄糖，碰到蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪之類，它是無動于衷的。同樣，那鷹胃里的胃蛋白酶，只對蛋白質(zhì)"情有獨鐘"，對纖維和其他有機物分子就毫無辦法了。鷹胃里除了主力軍胃蛋白酶之外，還有淀粉酶、纖維素酶、脂肪酶等許多酶；牛胃里除了主力軍纖維素酶之外，也還有胃蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等許多酶。這些酶分工明確，各司其職，專找特定的對象"開刀"。
酶專一性如鑰匙與鎖的關(guān)系
蛋白酶的定向進(jìn)化
弗朗西斯·阿諾德（Frances H Arnold）在1993年完成了首個酶的定向演化實驗，首次實現(xiàn)了她的理論。經(jīng)過多年發(fā)展，弗朗西斯·阿諾德（Frances H Arnold）的實驗室生成的酶已經(jīng)能夠催化那些自然界中都不存在的化學(xué)反應(yīng)，從而制造出全新材料。她的這些"量身定制"酶如今已是包括藥物在內(nèi)許多材料制作的重要工具，它在生產(chǎn)過程中能避免產(chǎn)生許多污染環(huán)境的副產(chǎn)物，蛋白酶定向進(jìn)化背后的機制如下：
第1步：向細(xì)菌的基因引入隨機的變異。
第2步：變異后的基因產(chǎn)生各種不同蛋白酶。
第3步：篩選出所有好用的蛋白酶，比如生物燃料和藥物，丟棄不好用的蛋白酶。
第4步：回到第一步，讓好用的蛋白酶基因產(chǎn)生進(jìn)一步變異，并反復(fù)循環(huán)。
自然界的進(jìn)化過程就是通過這樣的方式對生物進(jìn)行自然選擇，以便讓擁有優(yōu)秀形狀的個體能夠更好地壯大族群，這樣的自然選擇過程往往長達(dá)數(shù)萬年，然而，定向進(jìn)化所代表的蛋白質(zhì)人工篩選技術(shù)，為人類在微觀層面上操作蛋白質(zhì)等大型分子提供了有利武器，由于目的性明確，可能在很少的代數(shù)內(nèi)產(chǎn)生極大的性狀改變，更容易產(chǎn)生人們需要的蛋白酶，大大推進(jìn)了蛋白酶實際運用的研究進(jìn)程。感謝三位科學(xué)家，感謝它們讓人類駕馭生物工程界的魔術(shù)師成為可能。
參考文獻(xiàn)：
[1] https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2018/summary/
[2] http://www.sohu.com/a/257708267_99946290
作者簡介：滴水司南，男，生物醫(yī)藥高級工程師，立足于生物醫(yī)藥行業(yè)質(zhì)量管理工作，專注于生 物 導(dǎo) 彈產(chǎn)業(yè)，希望在知識的海洋里，用簡單的語言講述不簡單的專業(yè)知識，提供一枚知識的指南針，指引讀者到達(dá)知識的彼岸。
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