1、酶学研究领域中的诺贝尔奖取得者及其功效酶学研究领域中的诺贝尔奖取得者及其功效摘要：酶是生命活动中的“催化剂”，主宰着生命活动的进程。生物的生长、发育、繁衍、运动等一切生命活动都与酶的催化进程紧密相关，能够说，没有酶的参与，生命活动一刻也不能进行。因此，酶学研究对于人们熟悉生命活动的本质和规律无疑是十分重要的，酶学研究中的重大发觉和理论上的冲破也一次又一次取得了诺贝尔奖的桂冠。从1907年布赫纳取得酶学研究史上的第一次诺贝尔奖开始，以后在此领域中又有七次诺贝尔奖取得者。这其中既有萨姆纳证明酶的本质是蛋白质，又有切克和奥尔特曼发觉了核酶打破酶是蛋白质这一传统观念。最近的一次是2009年医学或生理学
2、三位美国科学家发觉端粒和端粒酶保护染色体的机理。这些诺贝尔奖取得者为酶学研究做出了庞大的奉献。关键词：诺贝尔奖 酶学 发酵 蛋白质 核酶 ATP合成酶 逆转录酶 限制性内切酶 端粒酶 1.诺贝尔化学奖取得者及其功效 1907 发觉无细胞发酵现象 1897年，德国化学家布赫纳用砂粒研磨酵细胞，把所有的细胞全数研碎，并成功地提掏出一种液体。他发觉，这种液体仍然能够像酵母细胞一样完成发酵任务。那个实验证明了活体酵素与非活体酵素的功能是一样的。因此，“酶”那个词此刻适用于所有的酵素，而且是使生化反映的催化剂。 19世纪中期学术界对发酵本质争辩激烈。布赫纳用实验说明了发酵主如果酵素而不是酵母细胞起作用，
3、从而发觉了酒化酶。他的主要高作有“无细胞发酵。”（1897年）“酒化酶发酵”（1903年）等。他推动了生物化学、微生物学、发酵生理学和酶化学的进展，于1907年获诺贝尔化学奖。 1929年化学奖 发酵机理的研究亚瑟哈登（Harden,Sir Arthur）英国生物化学家。1897年他加入了詹纳预防医学并开始研究酒精发酵。1904年他把酵母提取物放入一个由半渗透薄膜制成的袋内渗析时发觉，酵母酶的活性消失，它再也不使糖发酵了。但是，若是他将渗析至袋外的水加入袋内的物料中，则活性又恢复。看来，酵母酶似乎是由两部份组成的，一部份是小分子，另一部份则是大分子。若是将袋内的物料煮沸，则活性消失，即便袋内加
4、入了袋外之水也是如此。因此，大部份分子多半是蛋白质。小分子经受住了煮沸，因此多半不是蛋白质。后者是“辅酶”的第一个实例，它是一种不是蛋白质的小分子，这种小分子对于酶的作用是不可少的，而酶本身则是一种蛋白质。 奥伊勒-凯尔平等研究了辅酶的化学性质，并弄清了下述事实：维生素对于生命之所以重如果由于它们组成了辅酶的一部份；哈登注意到了另外一件有趣的情形。开始时，酵母提取物超级迅速地将葡萄糖分解并产生二氧化碳，可是随着时刻的推移，其活性逐渐降低。因此，人们很自然地以为，酶是随着时刻的推移而逐渐分解的。但是，哈登在1905年证明实际情形不是如此的。若是把无机磷酸盐加入溶液中，则酶又恢复到原来的活性。这是
5、一个奇妙的发觉，因为被发酵的糖，产生出来的酒精和二氧化碳以有酶本身都不含磷。由于无机磷酸盐消失了，所以哈登就寻觅由无机磷酸盐形成的有机磷酸盐，结果发此刻一个糖分子上附着两个磷酸盐基团如此的结构形式。在发酵进程中，就形成了如此的糖分子，尔后，在发生了许多其他的化学反映以后，这两个磷酸盐基团又离开了糖分子。这是对中间代谢作用进行研究的开端。现今，中间代谢是生物化学中最活跃和最重要的分支之一。而且，哈登的工作使化学家慢慢熟悉到下述事实：磷酸盐基团在生物化学的每一方面都起着大体的作用。由于哈登在发酵方面的研究工作，他与奥伊勒-凯尔平分享了1929年化学诺贝尔奖。汉斯.冯.奥伊勒-凯尔平（Hons Vo
6、n Euler-chelpin，1873-1964）是瑞典杰诞生物化学家。他的主要奉献是阐明了糖发酵的进程和酶在其中的作用，专门是提示了辅酶的存在和作用机理。因此与英国生物化学家*哈登合获1929年诺贝尔化学奖。 1946化学奖揭露了酶是蛋白质 萨姆纳（）美国生物化学家。20世纪20年代,许多生物化学家以为酶是附着在胶体上的低分子量物质,而萨姆纳则相信酶是蛋白质。他从1917年开始用刀豆粉为原料,分离提纯其中的脲酶(刀豆中脲酶多,易于测定)。1926年他成功地分离出一种脲酶活性很强的细小晶体,并经各类实验证明这些细小晶体是蛋白质。这是生物化学史上第一次取得的结晶酶,也是第一次直接证明酶是蛋白质
7、,推动了酶学的进展。1937年他又取得了过氧化氢酶的结晶,还提纯了几种其他的酶。由于脲酶和其他酶的工作,他于1946年取得诺贝尔化学奖。 诺思罗普（Northrop,JohnHoward,1891- ）美国化学家。诺思罗普主要研究酶的离析与结晶化问题，首选离析出细菌病毒，肯定酶的核蛋白性质与化学反映规律，第一个在实验定制备出胰蛋白酶。1941年获结晶状白喉抗毒互。由于这些成绩，1946年与萨姆拉、斯坦利共、获诺贝尔化学奖。斯坦利（Stanley,WendellMeredith,1904-1971 ）美国生物化学家。斯坦利主要研究病毒学。1935年第一次获抱病毒结晶体，证明病毒是蛋白质的。193
8、6从结晶病毒中离析出核酸。还对流行性伤风、病毒变种及繁衍进行了大量研究。斯坦利因病毒蛋白酶的研究功效，1946年与萨姆纳、诺思罗普共获诺贝尔化学奖。 1989化学奖打破了酶是蛋白质的传统观念 在70年代时，生物化学家们已提纯了数百种酶分子，更掌握了数千种的酶活性，而这些具有催化活性的酶分子都无一例外地的是蛋白质。所以当奥尔特曼提出RNA分子竟然也能够有生物催化功能，而且可进行催化反映的部位，即活化中心，和被催化而进行反映的部位，即基质，竟然可同处于一个RNA分子中，即同一分子的不同部位别离失学催化者与基质的角色，这固然会在生物化学界中引发庞大震撼。在70年代后期，奥尔特曼在研究RNA的催化功能
9、时，首选发觉原生动物Tetrahymena中所存在的一种较大的t-RNA，当经“修改”为较短的功能性St-RNA的进程中并无蛋白质型态的酶参与裁剪进程，而是由自我准确地切断它中间的一413苷，再由其头尾两段又接合成终极t-RNA。他而且判明能发挥催化功能的正是这段含413个核苷的“插入序列”（IVS），所以Tetrahymena的t-RNA的成熟是自我催化，从而第一次提出了“RNA可独立具有催化流行性”。这一发觉开创了核酸化学中的一个新领域。切赫于1981 年后也全力投入了RNA分子的催化功能研究，在不满十年里便成绩斐然。他将奥尔特曼的研究功效和演说推而广之，并能提出分子层次上的化学理论来解释
10、RNA分子的自我催化机理。因此，他为成立生命科学的、在分子层次上的理论基础做出了令人鼓舞的奉献。为此，他和阿尔特曼一路取得了1989年的诺贝尔化学奖 1997化学奖揭露了ATP合成酶的作用机制 1997年，美国科学家博耶Paul 、英国科学家沃克尔John 、丹麦科学家斯科Jens 因在“生命能量通货三磷酸腺苷ATP”方面的研究而取得诺贝尔化学奖。他们发觉，在叶绿体膜、线粒体膜和细菌的质膜中都可发觉ATP合成酶，膜双侧氢离子浓度差驱动ATP合成酶合成ATP。ATP分子结构简式ATP(adenosine-triphosphate)中文名称为腺嘌呤核苷三磷酸，又叫三磷酸腺苷(腺苷三磷酸)，简称为A
11、TP。在有机物氧化分解或光合作用进程中，ADP可获取能量，与磷酸结合形成ATP。ATP和ADP这种彼此转化，是时刻不断的发生且处于动态平衡当中的。ATP被称为生命的能量通货。ATP合酶普遍存在于线粒体、叶绿体、原核藻、异养菌和光合细菌中，是生物体能量代谢的关键酶。该酶别离位于类囊体膜、质膜或线粒体内膜上，参与氧化磷酸化与光合磷酸化反映，在跨膜质子动力势的推动下催化合成生物体的能量“通货”ATP。ATP合酶的F0部份比鞭毛的动力结构的直径快要小一半。鞭毛的运动要通过几百个步骤，而ATP合酶的运动只需要几步。 ATP合成酶结构模式图博耶运用化学方式提出了ATP合成酶的功能机制，ATP合成酶像一个由
12、亚基和亚基交替组成的圆柱体。在圆柱体中间还有一个不对称的亚基。当亚基转动时（每秒100转），会引发亚基结构的转变。博耶把这些不同的结构称为开放结构、松散结构和紧密结构。沃克尔把ATP制成结晶，以便研究它的结构细节。他证明了博耶关于ATP如何合成的提法，即“分子机械”是正确的。 1981年沃克尔测定了编码组成ATP合成酶的蛋白质基因。斯科最先描述了离子泵一个差遣离子通过细胞膜定向转运的酶，这是所有的活细胞中的一种大体的机制。自那以后，实验证明细胞中存在好几种类似的离子泵。他发觉了钠离子、钾离子-ATP酶一种维持细胞中钠离子和钾离子平衡的酶。2.诺贝尔医学或生理学取得者及其功效 1975医学或生理
13、学逆转录酶的发觉 巴尔的摩（Baltimore, David, 1938-）美国微生物学家。主要研究核糖核酸的蛋白与核酸合成、动物病毒、脊髓灰质炎病毒与核糖核酸肿瘤病毒。1975年因研究肿瘤病毒和细胞遗传物质之间彼此作用的功效，与杜尔贝科、特明共获诺贝尔生理学和医学奖。 特明（Temin,Howard Martin）美国肿瘤学家。在研究癌细胞中，对遗传信息只是单方向地由染色体DNA到细胞浆中的RNA,、到酶有所怀疑。他以为在那个进程中有些迂迥，有些酶有可能影响DNA的功能。他弄清了这种称为“逆转录酶”的酶，巴尔蒂莫尔也独自弄清了这种酶。因此，特明和巴尔蒂莫尔与杜尔贝科分享了1975年诺贝尔生理
14、学和医学奖。 杜尔贝科（Dulbecco,Renato) 意大利诞生的美国病毒学家。杜尔贝科最重要的工作是研究癌症病毒，研究它们如何使细胞产生化学转变致使癌变。由于细胞内有极为错综复杂的无数化学反映在彼此作用，所以他提倡了向细胞内注入已知功能的单个病毒基因此不注入完整病毒的技术，以研究因此而发生的化学转变。这项技术的效果使他分享了1975年诺贝尔生理学和医学奖。 1978医学或生理学限制性内切酶的发觉和应用 阿尔伯（Arber,Werner） 瑞士微生物学家。卢里亚曾观察到,噬菌体不仅能诱发细菌细胞内的突变，而且其本身也发生突变。阿尔伯对此深感兴趣。他搜集了证据表明 ，细菌细胞能够通过一种“限
15、制酶”的存在来保护自己，抵御噬菌体的解决。这种限制酶通过割裂噬菌体的DNA使之大部或全数失活，从而遏制噬 菌体的生长。到1968年，阿尔伯收 集了足够多的关于限制酶的资料，终于能够 证明一种特别的限制酶的存在，它只割裂那些含有为噬菌体所特有的某种序列的核苷酸。这一工作通过内森斯和史密斯的进展，致使了伯格等人创造的重组DNA的技术。阿尔伯、内森斯和史密斯分享了1978年诺贝尔生理学和医学奖。 内森斯（Nathans, Daniel） 美国微生物学家。他与史密斯合作，研究了能在特定部位割裂DNA分子的酶。这令人们有可能对已知的大得足以带有遗传信息的核酸片断进行研究。这项研究于1971年完成，以后又
16、致使了旨在把核酸拆开再按其它结构加以组装 的重组DNA的研究工作。为此，内森斯和史密斯分享了1978年诺 贝尔生理学和医学奖。 史密斯1931年诞生，是美国著名的微生物学家。在史密斯研究限制酶前，1926年诞生的瑞士微生物学家沃勒阿尔伯和同事于50年代末和60年代初在另一名科学家卢里亚所完成的研究的基础上，通过进一步研究噬菌体在寄主体内发生的遗传性突变，发觉细菌体内存在可改变噬菌体脱氧核糖核（DNA）结构的限制性内切酶。可是，阿尔伯他们发觉的酶切断DNA分子的部位变更不定。但是，史密斯他们在研究流感嗜血杆菌从噬菌体P22同意DNA的机制时，于1968年发觉了一类新的限制酶，它们别离在特定部位切
17、断DNA分子，因此可用以研究DNA分子中核苷酸的顺序和用于DNA重组技术。 2009年医学或生理学发觉端粒和端粒酶保护染色体的机理因为发觉了端粒和端粒酶保护染色体的机理，三位美国科学家伊丽莎白布莱克本、卡萝尔格雷德、杰克绍斯塔克被授予了诺贝尔生理学或医学奖。 人们最初研究染色体时，对于其结尾是几乎“忽略”的，以为那里没有基因和酶，就算有，也不会对细胞的生长发挥专门大作用。而这次获奖的研究内容，则从根本上改变了人们先入为主的对染色体的观点。 端粒酶并非是什么“染色体的自然脱落物”，三位获奖科学家的研究当初也不是抱着揭开人类衰老和癌症之谜这么实际的动机，而是想要解决遗传学上的一个难题，它涉及到细胞
18、中的遗传信息是怎么被完整地复制下去的。 细胞割裂的时候，一分为二变成两个子细胞，原来的遗传信息也要复制一分传给子细胞。这时，原先结合在一路的两条DNA链在中间分开，一边分开，一边各以其中的一条旧链做为模板，按配对的原则合成新的DNA链，组成两个DNA分子。那个进程需要一种叫做聚合酶的蛋白质来完成。聚合酶只能合成5-3方向的DNA，而且前面必需已先有DNA或RNA（和DNA类似但不完全相同的物质）做为引物才能开始合成。问题就来了。其中一条旧链的起点是3，聚合酶用它做为模板合成一条5-3的新链，能够一直合成下去。可是另一条旧链的起点是5，聚合酶无法用它做模板合成3-5方向的DNA。细胞解决那个问题
19、的办法是在这条旧链的起点前面的某个地方放一小段RNA做为引物，聚合酶就从那个引物开始合成一小段5-3的DNA，一直合成到复制起点。然后在前面再放一段RNA引物，再合成一小段DNA最后就出现了许多小段的DNA，被许多RNA引物分隔开。然后，这些RNA引物被清除掉，由另一种聚合酶填补上DNA，如此就形成了一条完整的DNA新链了。这条DNA新链真的就完整了吗？并无。聚合酶在填补引物留下的空缺时，前面必需已有DNA在那里，它才能往上填。对那些在中间的空缺，这没有问题。可是在最结尾的那段空缺，前面没有DNA，它就填不了了。如此，DNA每复制一次，结尾就会丢失一截。人体细胞的遗传信息散布在46条染色体上，
20、一条染色体就是一条DNA双链。细胞每割裂一次，染色体也复制一次，染色体结尾就要丢失一截，相当于遗传信息少了一小段文字。遗传信息的复制必需超级忠实，有时改变一个字母都会引发突变致使大麻烦，何况每复制一次少一段文字呢？ 所以细胞一定有某种办法来保护染色体结尾的信息不丢失。那个巧妙的办法就是2009年诺贝尔奖取得者发觉的：在染色体结尾有一长串不带遗传信息的DNA，叫做端粒。如此染色体每次复制时丢失的是一小段端粒，不会影响到染色体携带的遗传信息的完整性。 可是染色体每复制一次端粒就短一截，复制几十次后端粒就没了，这时若是继续复制下去，遗传信息就要开始丢失了，细胞就会病变、死亡。所以一般细胞只能割裂几十
21、次就衰老、死亡，不能无穷割裂下去。有一个学说以为细胞割裂次数有限就是衰老的原因，而这是由于端粒愈来愈短致使的。 2009年诺贝尔奖取得者的另一个发觉是，在细胞中有一种叫端粒酶的蛋白质，能修复端粒。可是在一般的细胞中端粒酶的活性超级低，起不到什么作用。不过有一类细胞的端粒酶活性却是超级强，因此它们能够无穷地割裂下去，永生不老，那就是癌细胞！所以若是咱们想要永生不老而去增强端粒酶的活性，反而可能弄取得处长癌。不过，咱们能够按照癌细胞的那个特点，研制出针对端粒酶的疫苗，就有可能用来预防、医治癌症。此刻就有一些这种药物在进行临床研究。这是当初意料不到的。参考文献：1 王镜岩等.生物化学(第三版,下册)M.高等教育出版社 2 诺贝尔奖取得者传(第二卷)M.湖南科学技术出版社3 马克学 李芬 席兴字 酶学研究与诺贝尔奖4 张春美 郝凤霞 等.学科交叉研究的神韵：百年诺贝尔自然科学奖探析J.科学技术与辩证法 5 唐得阳.诺贝尔奖获奖者全书M.北京:团结出版社6 翟中和等.细胞生物学M.高等教育出版社7 宋伟 端粒和端粒酶是如何保护染色体的2009诺贝尔生理学或医学奖工作介绍及相关研究8 陈守义 酶工程 科学出版社
