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现代生物技术――酶

　　酶对于大多数非专业人员来说，还是比较陌生的，甚至不知道酶为何物，可是随着生物技术的飞速发展，酶迅速的深入应用于与人们息息相关的各工业部门及日常生活中。酶是一切生命活动的序幕，决定着机体内一切化学反应过程，是机体一切化学变化的激动者。酶学无论从理论上还是从应用上，都是现代生物技术领域中一个十分重要的学科。由于酶的独特功能，近年来它在工业、农业、医药和环境保护等各个方面的应用越来越广泛。

　　一、酶的认识过程
　　早在几千年前，人类已开始利用微生物来制造食品和饮料，不自觉地利用了酶的催化作用，这就是工业用酶的前身。然而真正认识酶的存在和作用，是从19世纪开始的。1833年Payen和Persoz从麦芽的水抽提物中，用酒精沉淀得到一种对热不稳定的活性物质，可以促进淀粉水解成可溶性的糖，他们把这种物质叫淀粉酶。19世纪中叶，Pasteur等人指出酵母中存在一些使葡萄糖转化为酒精的物质，1878年Kunne首先把这种物质称之为酶（enzyme），这个词来自希腊文，意思是“在酵母中”。
在随后的几十年，人们通过生产实践和科学试验，证实了酶的存在，也认识了酶的本质。而对于酶的概念，仍然正在进行争鸣，半个世纪以来的教科书中都把酶定义为“生物体内产生的具有催化功能的特殊蛋白质”，是一类特殊的生物催化剂。

　　二、酶的催化特性
　　我们常说的催化剂是指参与化学反应过程，可以改变化学反应的速度，但不改变化学反应的性质，即不改变反应的方向和平衡点；在反应前后组成和化学性质、质量不发生变化。酶是一类特殊的催化剂，具备一般催化剂的上述特性，但它又是不同于一般催化剂的生物催化剂。和化学催化剂相比，酶具有高效率、高度专一性、活性可调节等优点。
　　1、催化效率高
　　在相同的条件下，酶的存在可以使一个反应的反应速度大大加快。酶反应速度比非酶反应速度高109～1012倍。
　　2、专一性强
　　酶的专一性是指酶对它的催化对象有严格的选择性，即一种酶只能催化一种或一类结构相似的物质进行某种类型的反应。酶与这种物质在结构上有严格的互补关系，很像一把钥匙插入一把锁一样。
　　这一特性与工业中的许多化学转化过程相似，但各种工业中许多化学的转化过程存在故有的缺点：非特异性反应会导致劣质产品，高温、高压、耗水、苛刻及有害的条件需要大量的资金投入，副产品对环境可能有负面影响，所有这些弊端均可以通过酶来消除。
　　3、酶的活性可以调节
　　生命是严格有序的，一方面这种有序的过程依赖酶的催化作用；另一方面酶又受这个有序过程的严格调控。机体内不同的反应体系的酶，采取不同方式进行调控，严密而灵巧，这更是一般催化剂所不具有的特性。用于生产中可以使反应条件温和，使生产更安全、环保、减少设备投资。

　　三、酶的应用
　　酶作为生物催化剂普遍存在于动物、植物、微生物中，大自然本身就是一个天然的各种酶的巨大储藏器，目前已工业化生产出多种酶制品应用于食品工业、医学领域、分析领域、化工生产以及废物处理过程，特别是在废水处理中的应用愈来愈受到重视。
　　大多数的废水处理过程可分为物理化学过程和生物处理过程。而随着工业的飞速发展难降解有机污染物的排放日益增多，使用传统的物理化学和生物处理方法已很难达到满意的去除效果，酶的处理介于二者之间，它参与的化学反应是建立在生物催化作用的基础上，与传统的处理过程相比有以下几个优点：
　　1、能处理难以生物降解的化合物，并且高浓度和低浓度废水都适用；
　　2、操作条件宽松，pH、温度和盐度的范围很广；
　　3、不会因为生物物质的聚集而减慢处理速度，处理过程的控制简便易行。
　　近年来研究较多的有：用淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶等去除各种有机物（如碳水化合物、蛋白质、脂肪和油等）。利用辣根过氧化酶，在有过氧化氢存在时，催化氧化很多种有毒的芳香族化合物，其中包括酚、苯胺、联苯及其相关异构体。利用氰化物酶和氰化物水合酶处理氰化物。等等。

作者:李宗轩	北京东方石油化工有限公司东方化工厂科协
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