公元1941年—一基因一酵素假说

史上第一条指出基因功能的线索出现在1902年,英国医生亚契博德.盖罗发现黑尿症 (alkapconuria),这种罕见的家族性遗传疾病和人体缺乏某种酵素冇关。1909年,他推测人体合成特定酵素的能力与遗传有关,人体若无法制造这些酵素,则会导致先天性代谢异常,他的推测也在1952 年被证实。

虽然盖罗的这项生化发现极具价值,然而其中遗传相关的机转却一直为科学界所忽略,直至1930年代,当时的遗传学家相信基因具有多效性(pleiocropic),即一个基因具有多种主要效用。1941年,史丹佛大学的遗传学家乔治.比铎和生化学家爱德华.泰顿以红面包征菌(Neurosporacrassa)为材料,想要知道在彼此分离的生化反应的步骤当中,是台都能发现基因的表现。他们将红面包霉菌暴露在X光下,引发红面包霉菌的突变,对营养的需求因而改变,变得与末经过X光照射的野生行征菌不同。 因为营养需求受限,霉菌必须利用新陈代谢途径合成其他生存所需的物质。比铎和泰顿发现具有突变 的霉菌无法在最低营养条件培养基(minimalgrowth medium)上生长,因为它们无法合成必需胺基酸中 的精胺酸(arginine)。研究人员做出结论,认为突变儆菌体内合成精胺酸的多步骤新陈代谢途径已经有缺陷,缺乏能够合成精胺酸的酵素。

比铎和泰顿认为照射X光而发生突变的霉菌,体内特定基因发生缺陷,导致其无法产生特定的酵素,并提出一基因一酵素假说(onegene­one enzyme hypothesis) : 一个基因只能产生一种特定的酵素。这样的观念在当时广为接受,是生物学的统性观念,也为基因功能点亮一道曙光,导致生化遗传学的兴起,比铎和泰顿也因而

获得1958年诺贝尔奖。后续的发现显示这样的假说过于简化,基因的功能不只局限于产生一种酵素,还包括结构蛋白(如胶原蛋白)和转送RNA(tRNA)。

公元1878年—酵素

少了酵素 , 生命无法维持。活体细胞内要进行无数的化学反应:新细胞汰换老旧的细胞;简单的分子键结成复杂的分子;食物经过消化转换为能量;废弃物必须排出;还有细胞生殖。这些反应包含建构与分解,通称为新陈代谢。每一种反应的发生 , 都需要一定程度的能量供给(即活化能),缺乏 能筮 , 反应无法自行发生。而酵素的存在 通常为蛋白质或RNA 一一可以减少反应所需的活化能,并使反应速率增加百万倍。反应发生的过程中,酵素不会减少,化学性质也不会改变。

生物体内每一种化学反应都是某种途径或某种循环的其中一节,多数酵素具有极高的专一性,只针对反应途径中的一种受质(反应物)发挥作用,产生新陈代谢过程中需要的产物。生物活体细胞类 有4000种以上的酵素,大部分都是蛋白质 , 具有独特的立体构型,使酵素具有独特的专一性。酵素的 命名通常是在受质的英文字尾加上 「ase」,不过在化学相关的文献中,会有另外的特殊指称。

17世纪末、18世纪初 , 人们只知道胃的分泌液可以消化肉类,而唾液和植物萃取液可以使淀粉分解成简单的醣类。1878年 , 德国生理学家威廉‧屈内首次创造出 「 酵素」(enzyme)这个名词,用来指称他发现的蛋白质酵素—胰蛋白酶(trypsin),到了1879年,柏林大学的爱德华·布赫纳首度证明酵素在活体细胞外依然可以发挥功用。1926年,在康乃尔大学研究刀豆的詹姆士‧桑诺完成人类史 上第一次分离酵素尿毒酶(urease) ‘并使之析出 结晶,并提出决定性的证据证实其为蛋白质。桑诺 也是1964年诺贝尔化学奖的共同得主。