互动科普

当我们享受美食、呼吸新鲜空气、悠闲散步时，都有大量的酶在体内默默无闻地工作着。酶存在于体内的哪些地方？究竟有多大？下面，通过放大手指表面，让我们一起见识酶的真面目吧。

仔细观察手指表面，可以看到上面有许多指纹。用显微镜放大，可以看到大量细胞聚集在一起形成了皮肤的组织。细胞的大小约为0.01～0.1毫米。

进一步放大，我们可以看到细胞中有各种各样的小器官——细胞器。线粒体是其中之一，是细胞内的“能量制造工厂”，可以将分解食物所获得的分子转换为能量。

把线粒体放大，可以看到其内膜上分布着各种各样的酶。ATP合酶是其中之一，只有0.00001毫米那么大，仅仅是细胞的1/1000～1/10000。进一步放大的话，我们可以看到构成酶的原子的排列。

图1. 生命活动的根本是酶的作用

追根溯源，人体是由各种分子构成的，分子则是由碳原子、氧原子等连接而成的。其实，人体内每时每刻都在进行各种化学反应，一些分子结合在一起形成了大分子，另一些分子则被切割成小分子。

可以说，酶是“能够高效、精确地促进化学反应的蛋白质”。正是由于酶的存在，生命才得以维持。

酶的种类繁多，多达数千种，而且每种酶的形状都不相同。那么，这些形状各异的酶是如何形成的呢？

绝大多数的酶都是蛋白质，蛋白质则是由20种氨基酸聚合而成的长链分子构成的。氨基酸的排列顺序，即，蛋白质的合成信息全都存储在细胞核内的DNA中。

现在，一条信使RNA（mRNA）从核孔穿出来进入细胞质中，与核糖体结合起来。mRNA是复制了DNA信息的“副本”，上面存储着蛋白质的合成信息。核糖体能够以mRNA上的信息为模板引发化学反应，并将氨基酸连接到一起。  

转运RNA（tRNA）游离在核糖体周围，它携带着特定的氨基酸（20种氨基酸中的一种）以及该氨基酸所对应的3个碱基。例如，当3个碱基为尿嘧啶、胞嘧啶及鸟嘌呤时，则代表着氨基酸中的丝氨酸。如果遇上的tRNA携带着与mRNA相对应的碱基的话，核糖体就会从tRNA上“卸下”氨基酸，并引发化学反应将其与别的氨基酸连接在一起。这一过程多次重复，最终会按照mRNA的指令，形成一条由氨基酸结合而成的长链分子。

在形成之初，长分子链的形状尚不固定。不过，当核糖体将其释放下来后，长分子链就开始盘曲折叠。例如，疏水部分向内回折。带负电荷的部分与带正电荷的部分之间有弱引力作用，相对而言较难移动。

图2. 氨基酸结合成的长分子链逐渐折叠

氨基酸共有20种，有些带正电荷或负电荷（蓝色与黄色），有些则不带电荷，具有疏水性（绿色）。带负电荷的氨基酸与带正电荷的氨基酸容易相互吸引，而且它们都易溶于水，所以都露在外面以接近周围的水分子。与此相反，疏水氨基酸容易向内回折。就这样，长分子链最终折叠为某种固定的形状。

就这样，长分子链经过盘曲折叠，最终固定为某种形状，就形成了酶。氨基酸的排列顺序决定了酶的不同形状以及丰富多彩的功能。数千种的酶都是通过核糖体这个“装配机”合成的。

（本文发表于《科学世界》2016年第4期）