生物工程的光芒: 人工酶的研究
除了酶的生产之外,近些年来,酶工程又出现了一个新的热门课题,那就是人工合成新酶,也就是人工酶。这是因为,人们发现光从微生物里提取酶仍不能满足日益增长的对酶的需求,需要另辟新路。
人工酶是化学合成的具有与天然酶相似功能的催化物质。它可以是蛋白质,也可以是比较简单的大分子物质。合成人工酶的要求是很高的,它要求人们弄清楚:酶是如何进行催化,关键是哪几个部位在起作用,这些关键部位有什么特点..最终,对人工酶还有另外一层要求,那就是简单、经济。
有人已经合成了一个由34个氨基酸组成的大分子,这个大分子具有跟核糖核酸酶一样的催化作用。然而,人们仍然嫌它太复杂,继续寻找更简单、更稳定、更小的人工酶,寻找在生产上比天然酶经济得多的人工酶。
尽管人工酶的效益尚不明显,然而从事人工酶研究的队伍却日益壮大。
也许,在不久的将来,人工酶在酶工程的生产领域里将正式取得一席之地,而且地位不断上升,甚至压倒天然酶..微生物酶人类认识和利用微生物酶的历史较长,总是揭开一个谜,使生产前进一步,紧跟着又产生一个新的待揭之谜,引导着科学家不断地研究,不断地前进。
酒精虽说是化工产品,但酒精厂里根本不像一般的化工厂,既没有高温高压的化工设备,也没有耐酸耐碱的大型装置,仅有一排排简单的大发酵罐,像是列队欢迎人们来参观,给人一种温和而亲切的感觉。走到发酵罐旁看看温度计,这里的温度只有32°。原来这是温和化工厂,它的“脾气”比一般化工厂温和,因为微生物是制造这些合成与分解反应的“小工艺师”,它们在生命活动过程中可以迅速把各种原料“吞吃”掉,同时“排泄”出我们所需要的各种发酵产品,例如酒精、甘油、柠檬酸、氨基酸、青霉素、链霉素等数千种与人类生活密切相关的产品。
这些“小工艺师”个子十分矮小,小到我们用肉眼看不见。例如一种名叫大肠杆菌的细菌,要1000名成员排起来才有一颗小米粒那么大。它们不能耐高温、高压,更忍受不了强酸碱,但在常温常压酸碱度接近中性或稍酸些稍碱些的环境下,能迅速地繁殖,24小时就可繁殖72代,这个生长繁殖速度是动植物望尘莫及的。虽说微生物的个子很小,可它的精力旺盛,干劲十足,一个微生物一昼夜就能“吞下”并消化掉相当于它自身重量30~40倍的食物。它吃得多,长得快,代谢速度十分惊人。微生物之所以有如此大的食量,是因为它体内有丰富的酶,科学工作者估计微生物体内含有1300多种酶。这些酶,我们可以将它分离提纯用于发酵工业等方面。
最初,人们多从动物脏器及植物种子果实里提取酶,但这些生物内含酶量很少,而且这些生物繁殖饲养受到一定自然条件的限制,因此酶的生产量小,与酶制剂越来越广泛的应用是很不相称的。
人们敲开微生物世界大门后,发现各种动植物体内的一切酶类,几乎也都存在于各种微生物体内,因为微生物的一切生命活动都离不开酶,微生物体外的大分子营养物质如淀粉、蛋白质、脂肪等都必须由胞外酶分解成小分子化合物后,才能被微生物吸收。小分子化合物进入细胞后也要由酶来分解,从而释放能量并获得中间产物。微生物利用这些中间产物和能量,组成它自己的细胞物质,这一系列的生物化学反应都是在酶的催化下进行的。这些微小生物里酶的发现,一下子丰富了酶的来源,每个微生物细胞都是一座生产酶的“小工厂”。这为酶在医药、化工、食品、纺织、造纸、酿造、日化、制革等方面的广泛应用打开了方便之门。
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