在中国，早在4000多年以前，酿酒就已十分盛行。酿酒用的原料是谷物，但光有谷物是不够的，还需要加入“酒曲”。这是为什么呢？古人只知其然，不知其所以然。其实，酒曲中含有大量的微生物和酶（淀粉酶、糖化酶和蛋白酶等），酶能够加速将谷物中的淀粉、蛋白质等转变成糖和氨基酸；糖在酵母菌和酶的作用下进一步转化成酒精。所以说，酒曲是酿酒过程中必不可少的物质。从这个意义上讲，“酒曲”是人类发现最早的“酶”之一，而酿酒也是历史最为悠久的酶催化反应之一。
酶是催化剂中的一类，因为具有生物活性，所以人们也称酶为生物催化剂。
神奇的催化力量
1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼（L.Spallanzani）做了一个奇妙的实验：他将一小块肉块放入一个小巧的金属笼中，然后让鹰吞下去。一段时间后他将金属笼从鹰的肚子里取出，却发现肉块消失了。很显然，肉块不会“无缘无故”地自己离开金属笼，而金属笼的巧妙设计也使得肉块不会因为胃的蠕动而被研磨成碎屑，作为一名科学家，斯帕兰扎尼更不会认为是什么超自然力使肉块“不翼而飞”，他推断胃液中一定含有能消化肉块的物质。但具体是什么物质促使了肉块的消化，他并没有研究出具体的结果。1836年，德国科学家施旺从胃液中提取出了消化蛋白质的物质，从而解开了胃消化食物之谜。这可以说是人类最早对生命体内的起催化作用的物质的科学认识。
19世纪，法国微生物学家巴斯德在研究糖类发酵成酒精的实验中，用显微镜观察发现在发酵的过程中有酵母菌，于是巴斯德得出结论：没有活的酵母细胞，糖类不可能变成酒精。这是一个极其有名的实验，它使人们清楚地认识到发酵作用与活细胞有关，而不是一个单纯的化学反应。应该说巴斯德已经前进了一大步。
19世纪末，德国生物学家、化学家毕希纳（Edward Buchner）制取了酵母提取液（其中不含完整的酵母细胞）。酵母提取液能使糖发酵产生酒精。这一实验证明了酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，这就意味着，酵母细胞催化糖类发酵，起根本作用的是酵母细胞中含有的某种特殊物质，而非酵母细胞本身。毕希纳将这种起催化作用的物质命名为“酶” 。由于这项发现，他获得了1907年诺贝尔化学奖。
那么，这种存在于生命体内、有着魔力般作用的“酶”，究竟就种什么物质呢？
1926年，美国科学家萨姆钠（J.B.Sumner）从刀豆种子中提取出脲酶的结晶，并历时9年，通过化学实验证实脲酶是一种蛋白质。他因此而荣获诺贝尔化学奖。脲酶是一种蛋白质，这究竟是个普遍规律，还是一个特例，当时谁也说不清。不过，也许是出于萨姆钠获得诺贝尔奖的激励，也许是对“酶”的研究太过有诱惑力，也许是执着于对生命运行本质奥秘的追求，从此，神秘而奇妙的“酶”从“幕后”来到“前台”，成为了众多科学家们研究的对象。
20世纪30年代，科学家们相继提取出多种酶的蛋白质结晶，并在此基础上得出了结论：酶是一类具有生物催化作用的蛋白质。
科学研究永远没有尽头。20世纪80年代，美国科学家切赫（T.R.Cech）和奥特曼（S.Altman）发现少数RNA也具有生物催化作用。他因为此项研究获得1983 年的诺贝尔奖。
到现在为止，我们知道大多数酶其实是具有催化作用的蛋白质，少数是具有催化作用的RNA（核糖核酸）。
酶是生命体得以生存的基础。在人体内，酶广泛存在于各种细胞中，诸如细胞新陈代谢等几乎所有的生命过程中的化学反应，都是在酶的催化作用下完成的。例如，食物在人体内，必须在酶的作用下降解成小分子，才能透过肠壁，被组织吸收和利用。食物的消化离不开胃里的胃蛋白酶，肠里的胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶，和脂肪酶和淀粉酶等各种酶。科学家们预测，如果没有酶的作用，人体的体温要上升到大约300℃才能将食物消化。又如，营养物质如糖类等的氧化，为人体提供了能量，而这些氧化过程也都是在一系列酶的催化下完成的。
在人体中，如果没有酶的作用，那么，人体的新陈代谢以及其他与生命有关的反应只能以极其缓慢的速度进行，在这样的情况下，生命活动根本无法维持。当然这是不可能的，但可能存在的情况是，人体会因某些原因导致某些酶的缺失，使得该种酶所催化的反应发生异常，相应的物质代谢变得紊乱，从而产生某些疾病。例如，有些人体内缺乏乳糖酶，因此无法正常消化乳糖，对这部分人而言，常人可以畅饮的富含乳糖的牛奶等乳制品，就必须有节制、有限制地饮用。又如，白化病也是一种因酶的缺乏而导致的遗传性疾病，发病的主要原因是黑色素代谢障碍。健康人体内的黑色素由黑色素细胞合成，黑色素细胞中含有酪氨酸酶，这种酶能催化酪氨酸转变成黑色素的反应。在紫外线的照射下，黑色素细胞内的酪氨酸酶的催化活性增强，则黑色素的生成更为旺盛，这也就是为什么夏天在强烈的日照下人容易晒黑的原因。而白化病患者体内由于控制酪氨酸酶的基因发生突变，不能合成酪氨酸酶，导致酪氨酸酶缺乏失去了酪氨酸酶的催化错用，黑色素便不能顺利地合成，从而导致皮肤、黏膜、毛发等部位白化。白化病固然让人伤脑筋，但是，对许多爱美的姑娘们来说，变黑同样不是件让人高兴的事。于是，添加了抑制剂的各种美白化妆品成为了“爱白”的女孩们的首选，这主要是通过酪氨酸酶抑制剂，使得酪氨酸酶的活性降低，从而起到抑制黑色素合成、美白皮肤的作用。
不言而喻，酶对人体的重要性远非三言两语能够说清。那么，究竟酶催化的反应具有哪些特点，才使酶这一催化剂得以担当如此“重任”呢。
更快、更高、更强：酶催化的特性
酶是一种催化剂，与无机催化剂相比，酶有着许多共同的特点。比方说，酶只能催化实际能够发生的化学反应，对于诸如“水变油”之类的反应，再有活性的酶也无能为力；酶能催化化学反应，使化学反应的速度加快，也是通过降低化学反应的活化能来实现的；酶与许多工业催化剂一样，都会出现中毒现象，从而导致酶的催化效率降低乃至失活。
当然，酶作为一种具有生物活性的催化剂，还具有一些其他工业催化剂所不具备的特性。了解这些特性，对于我们认识酶、熟悉酶、更好地将酶用于工业生产中具有重要的意义。
酶是一种高效的催化剂。酶对化学反应具有极强的催化作用，其催化效率比一般无机催化剂的效率高107-1013倍，催化效率之高令人咋舌。这也是生物体内许多化学反应很容易进行的原因之一。我们都有这样的经验，当手上或身体其他部位不小心擦伤出血，为防止感染，可以用双氧水来清洗创面。在打针前，护士会用酒精来擦拭皮肤用以消毒，那为什么这时不用双氧水呢，你思考过这个问题吗？双氧水学名叫过氧化氢，医用的双氧水是2.5%—3.5%的过氧化氢水溶液。过氧化氢不太稳定，容易发生分解反应，变成水和氧气。因此医用双氧水常用棕色瓶储存（避光），并放置在阴凉处（避高温）。当然，有不少物质能加速过氧化氢的分解，如二氧化锰就是一种典型的过氧化氢分解反应的催化剂。把二氧化锰加入过氧化氢溶液里，随即产生大量的氧气，这一过程常被用于实验室制取氧气。不过，二氧化锰的催化能力相比过氧化氢酶而言，实在只能算小巫见大巫了。过氧化氢酶是存在于血液中的一种物质，它也能催化过氧化氢的分解反应，但过氧化氢酶催化过氧化氢分解的速度要比二氧化锰催化的速度几乎快数亿倍。创面上途上双氧水后，血液中的过氧化氢酶能极大地催化过氧化氢的分解，分解过程中产生的大量氧原子起到了消毒杀菌的作用。相反，对于一般皮肤的消毒，则不能用双氧水作消毒剂。
酶的催化具有专一性。这是指一种酶只能够催化一个或者一类化学反应。当然，催化剂都有其专一性，一般某种催化剂只能对特定的反应有催化作用，没有哪种酶是“多面手”。但相比其他催化剂而言，酶的专一性更为突出。科学家打过一个形象的比方——一把钥匙开一把锁。例如，存在于口腔唾液中的唾液淀粉酶只对淀粉的水解起催化作用，它可以催化淀粉水解为麦芽糖。所以，在嘴巴里细细咀嚼米饭，你会感觉到甜味。咀嚼时间越长，甜味越明显。因此，吃饭时多咀嚼可以让食物与唾液充分混合，有利于消化。不过，唾液淀粉酶只“负责”催化淀粉水解为麦芽糖，如果你希望它“顺道”再催化麦芽糖进一步水解为葡萄糖的话，这对唾液淀粉酶而言是个“不能完成的任务”。它无法越俎代庖，因为麦芽糖酶水解是麦芽糖酶的“份内之事”。
酶作为催化剂，所需的条件比较温和。比起那些工业催化剂动辄几百乃至上千摄氏度的反应温度而言，绝大多数的酶在常温下就能实现最佳工作状态。这并不奇怪，人体的体温约为37℃，因此大多数酶催化反应在常温下即可进行。当然，对于不同的酶，其最佳反应温度也不尽相同。通常，动物细胞中的酶在35℃—40℃范围内工作最为适宜，而植物细胞中的酶则适宜在40℃—50℃范围内工作。所以，酶催化的工业生产流程中一般不需要额外的加热装置，所需能耗较小。但这并不意味着酶是一种“不讲究”的催化剂。恰恰相反，酶对于反应环境的要求是相当苛刻的，温度、酸碱度等环境因素的改变，都会使酶的催化能力发生变化，轻则催化能力降低，重则完全丧失催化能力。比如人体在发烧时常会感觉胃口不好，这是由于发热导致消化酶的活力降低，影响了消化功能，使胃肠蠕动减慢，从而感觉食欲不振。这也同样不奇怪，因为酶本身就是蛋白质，而高温、高的酸碱度、辐射、重金属盐等环境因素都会引起蛋白质变性和失去活性。所以，尽管大多数酶催化的反应在常温、酸碱度接近中性的环境里就能顺利完成，但酶还是很“娇贵”的，对于环境很“挑剔”，这也是在工业生产中使用酶作为催化剂时亟需注意的。
另外，酶的活性还受多种因素调节和控制，具有可调节性，这也是生命体内调节物质代谢、适应外界条件的变化、维持正常生命活动的重要方式。例如，激素和神经体液能通过第二信使对酶活力进行调节；有些酶需在其他酶作用下，对酶分子结构进行修饰后才具催化活性，这类酶称为修饰酶。这其中特别有意思的就是酶原。
在我们的血液中存在着一种凝血酶，当组织或血管由于受损而导致出血时，凝血酶能促使血液凝结成快，防止人体因过量出血而产生危险。或许你会由此产生担心，凝血酶既然有那么强大的“凝聚力”，那会不会使我们人体内的血液都凝结起来呢？其实你并不用担心，在正常情况下，血液中凝血酶基本上以无活性的酶原形式存在，只有当机体受损出血时，酶原才受到激活而产生催化活性，促使伤口处的血液凝结。
又比方说，人体通过胃蛋白酶等酶的催化作用，实现对蛋白质的消化分解（消化蛋白质的酶还有许多，这里仅以胃蛋白酶为例）。胃蛋白酶由胃腺细胞分泌。而我们知道，包括胃腺细胞在内的所有细胞，蛋白质都是其重要的组成成分。胃蛋白酶具有分解蛋白质的催化作用，那不连胃腺细胞中的蛋白质也能分解吗，而失去了蛋白质，胃腺细胞不也就被破坏了吗？这简直就是一个“无间道”酶!不过你不用担心，其实，胃腺细胞并不会因分泌胃蛋白酶而“自取灭亡”。胃腺细胞分泌的是胃蛋白酶原，并不具有催化活性，胃蛋白酶原在胃液内受到激活，成为具有催化活性的胃蛋白酶，这时，它才具有分解蛋白质的能力。这，是不是很奇妙呢？
正因为酶具有以上特性，才使得它能在生物体内十分温和的条件下，高效率地催化各种生物化学反应，并不断地进行自我更新，使细胞内错综复杂的合成代谢和分解代谢过程能有条不紊地进行，维持生命体各种正常的生理机能。酶也因此能担当起生命体赖以生存的基础的重任。
酶是一种生物催化剂，但这并不意味着酶只有在生命体内才能发挥作用。只要环境条件允许，酶在脱离了生命机体后仍然具有催化活性。正是基于这一点，才使得工业生产中许多以酶作为催化剂的反应得以实现。大多数酶催化的反应在常温、酸碱度接近中性的环境里就能顺利完成，因此在酶催化的工业生产流程中不需要额外的加热装置，所需能耗很小。事实上，工业生产中使用的许多酶制剂，都是由微生物、动物或植物在一定条件下进行培养，再经过分离纯化和产品成型后生产出来的。微生物等原材料经过培养处理后得到的发酵液，经过提取、分离、纯化等步骤，得到纯化后的酶液；酶液再经过浓缩、结晶、干燥、成型等工艺流程，制成各种酶制剂。只要酶制剂保存得当，即使保存比较长的时间，酶依然会具有催化活性。
无所不在的酶
说到酶在我们日常生活中的应用，那可真是无所不在。
你听说过“GPT”吗？通常我们在体检报告单上都会看到“GPT”这个项目，后面还有一个数字，它代表了什么意思呢？
有一件事，对你可能有些遥远和陌生，但却是很多上海人至今仍念念不忘的事。1988年，由于食用含有甲肝病毒的毛蚶，在上海共有超过30万人患上甲肝。一时间，上海甲型肝炎流行，医院里拥挤不堪、人满为患，众多的病人无法住进医院，连工厂、单位、学校等都专门辟出场地改作病房。“GPT”是谷丙转氨酶的英文缩写，主要存在于人体肝细胞中。当人体肝细胞遭到破坏之后，谷丙转氨酶便从肝细胞进入血液之中。通过检测血液中“GPT”的活力，就可以检测病人是否患上肝病，如果“GPT”活力越高，则说明病情越重。“GPT”正常值通常在40U/L以下，而患上甲肝的病人，其“GPT”可高达几百。
对于血液中谷丙转氨酶活力的检测，是诊断肝病的有效手段。其实不仅如此，酶在医学、食品工业等领域以及我们的日常生活中都有极其重要的用途。
酶在医疗领域的应用主要是诊断和治疗。前面说的用血液中谷丙转氨酶的活力诊断肝病，是酶在疾病诊断方面的重要应用。而将酶作为药物治疗疾病，也是酶在医疗上的重要用途。
你是否知道溶菌酶呢？当病人患有咽喉炎、扁桃体炎时，医生常开一些溶菌酶含片给病人服用，这是为什么呢？
科学家对溶菌酶的研究肇始于20世纪初。最早发现溶菌酶的就是赫赫有名的英国科学家弗莱明。弗莱明因发现青霉素而闻名于世，但早在他发现青霉素之前，他就已成功地在人的唾液及眼泪中发现了溶菌酶。我们都知道，细菌之所以顽固，很大程度上是由于它有一层坚硬的“外壳”——细胞壁。细胞壁能够有效地保护细胞，有了这层“天然屏障”，细菌就“无法无天”了。溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁，从而破坏细菌的完整结构，使细菌失去保护屏障而死亡。溶菌酶因此而得名。
溶菌酶在医药上用途广泛。当人体患有咽喉炎、扁桃体炎及口腔溃疡等疾病时，可服用溶菌酶。溶菌酶进入血液，可有效地杀死血液中的细菌或病毒。同时，溶菌酶还具有分解黏多糖的作用。人体在感冒咳嗽时，痰液中含有较多的黏多糖，溶菌酶能溶解呼吸道黏稠痰液中的黏多糖，促进痰液变稀而容易咳出，使呼吸道通畅。
溶菌酶本身无毒，对人体没有副作用，因此除了用作医药制剂外，还常常被用作食品工业的防腐剂。奶油蛋糕等糕点是很容易腐败变质的食品，在奶油糕点中加入溶菌酶，可有效地防止微生物的繁殖，起到防腐作用。
除了溶菌酶等用于消炎的酶外，还有大量的酶在帮助消化、治疗心血管疾病、治疗肿瘤、治疗酶缺乏症等各个领域发挥着重要的作用。当你有消化不良的症状时，医生会给你一些多酶片，多酶片中所含的多种酶能催化对食物的消化，增强人体的消化能力。尿激酶具有活化人体内的溶纤维蛋白酶原的作用，能使溶纤维蛋白酶原“激活”为具有催化活性的溶纤维蛋白酶；溶纤维蛋白酶具有催化溶解血管内纤维蛋白凝块的作用，因此用尿激酶制成的药物可以用来治疗血栓病。如今，以酶为代表的生物化学药物，已经成为医药中除西药、中药外的重要组成部分。
酶不仅本身能作为药物使用，利用酶的催化作用，还能生产、制造许多药物。例如，我们日常生活用的许多种抗生素，如羟氨苄青霉素（阿莫西林）、头孢氨苄、头孢拉定等，是由青霉素、头孢霉素通过青霉素酰化酶的催化作用得到的抗生素，医学上称其为半合成抗生素。它们具有许多独特的功能：副作用和毒性比较小、一般都具有广谱抗菌性能、能有效地对付一些耐药性细菌，因此在当前各种抗生素中“独领风骚”。
治好了病，该好好地吃一顿了吧。没错，酶帮助你摆脱了病痛的困扰，也一定能让你大饱口福的。什么，你想吃甜的东西？别着急，这正是酶的拿手好戏。
酶在食品工业中的重要应用，最为首要的就是葡萄糖、果糖等糖类物质的生产。对大多是食品生产企业来说，葡萄糖和果糖等糖类物质是必备的原料。
天然的葡萄糖主要存在于植物的浆液中，尤其是成熟的水果和蜂蜜中含量较多。但如果直接从含葡萄糖的水果和蜂蜜中提取葡萄糖，生产成本太高。事实上，工业上生产葡萄糖和果糖，用的原料是相对较为廉价的淀粉。淀粉也是糖，尽管它没有甜味；除此以外，没有甜味的纤维素也是糖。这可能会出乎你的意料，不过这的确是千真万确的。葡萄糖和果糖是称为单糖的糖类物质，而淀粉和纤维素属于多糖。淀粉通过水解反应，完全水解后可以得到葡萄糖。用酶催化淀粉水解生产葡萄糖的方法，在工业上称之为“双酶法”——顾名思义，在这一生产过程中要用到两种酶。原料淀粉乳，先后在α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶的催化作用下，发生水解反应生成含葡萄糖的糖化液，再经过一系列加工处理，就能得到葡萄糖成品。
不过，在嘴馋时，你如果用葡萄糖冲一杯糖水解解馋，只怕你要大失所望。你会发现，用葡萄糖冲的糖水并不甜。这倒不是说你买的葡萄糖是伪劣产品，这是由于，葡萄糖的甜度并不高。而同样是单糖的果糖，甜度比葡萄糖要高很多。在许多果汁、饮料及其他食品的配料表上，你也许看到过“果葡糖浆”。“果葡糖浆”的主要成分为果糖和葡萄糖。将葡萄糖转化为果糖，能大大增加甜度，而且果糖还具有许多独特的功效。生产果葡糖浆的原料是生产葡萄糖的糖化液。糖化液中的葡萄糖在葡萄糖异构酶的催化作用下，发生“改头换面”的异构化反应，变成了果糖（葡萄糖和果糖都属于单糖，其分子组成相同，分子式都可以用 C6H12O6表示，只不过其分子中各原子的构成方式不同，因此葡萄糖转化为果糖的反应属于异构化反应）。
除了生产葡萄糖和果葡糖浆外，各种酶在生产蛋白质类食品、食品的保鲜处理、生产各种食品添加剂等方面也有重要应用。例如，葡萄糖氧化酶可催化葡萄糖与氧气的反应。在食品储藏过程中，氧气是导致食品变质的重要原因之一。即使将某些食品放在密封的容器里，也会因为密封容器里仍有部分空气而导致保质期的变短。真空包装、充惰性气体可以延长食品的保质期，但成本都比较高。将葡萄糖氧化酶加入含葡萄糖的食物中，通过密封容器保存，葡萄糖氧化酶能催化葡萄糖的氧化反应，从而较快除去密闭容器里残存的氧气，使得食品能保鲜较长时间。这是一种重要的用酶来保鲜食品的方法。某些肉类，由于胶原蛋白的交联作用，会形成粗糙、坚韧的结缔组织，使肉吃起来感觉很“老”，影响了肉的质量。木瓜蛋白酶可以催化食品中大分子的蛋白质水解成小分子肽或氨基酸，用木瓜蛋白酶制成“嫩肉粉”，将“嫩肉粉”添加在肉丝、肉片中，能有效地分解肉的胶原蛋白，使肉制品烹调后吃起来更加嫩滑可口。
如果你觉得这些你都不太熟悉，那就说些你熟悉的吧。其实，在我们的日常生活中，也常常能见到酶的身影。如果你洗过衣服，就一定会有这样的经验：如果吃饭时不小心将油沾染在衣服上，或是喝果汁时将果汁洒到了衣服上，这些污渍是很难洗净的。即使你费力搓洗，最后总还是会在衣服上留下印记。不过，你要是因为这些小小的“瑕疵”而一怒之下把这些衣服“打入冷宫”，那也大可不必，因为有酶可以帮助你解决这些问题。现在有很多洗衣粉、洗衣液里都添加了如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、果胶酶等各种酶（如各种加酶洗衣粉、加酶洗衣液）。添加了酶的洗衣粉、洗衣液能催化蛋白质、淀粉、脂肪、果胶等物质的水解反应，把这些物质分解成水溶性较好的小分子物质，从而使污垢更易洗去。
现在生活条件好了，人们在吃好、穿好后也要考虑让自己的形象更好一些，于是，各种各样的美容品进入了我们的生活。说到美容品，这方面可是酶的“强项”。你听说过“SOD”吗？在市场上，有各种品牌的“SOD霜”、“SOD蜜”。其实，“SOD”也是一种酶，其名称为“超氧化物歧化酶”。
酶的应用实在是多，说上个三天三夜也说不完，那就在此告一段落吧。如果你还感觉意犹未尽，我相信，你一定能学得比我更多。
来源 科学松鼠会
