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发信人: emacs (In the Name of Love), 信区: Science
标  题: 蛋白质·酶·催化作用
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年08月03日13:08:28 星期六), 站内信件



　　　　　　            酶

　　
　　蛋白质分子非常复杂，而且几乎有无数的种类，因而很有用
处。蛋白质在生物体内要执行多种不同的功能。

　　一种主要功能就是为身体提供结构骨架。正如纤维素构成植
物的骨架一样，各种纤维状蛋白质对复杂的动物也起着同样的作
用。蜘蛛织网的丝和昆虫幼虫做茧的丝都是蛋白质纤维。鱼和爬
行动物的鳞主要是由角蛋白构成的。毛发、羽毛、犄角、蹄子、
爪子和指甲也含有角蛋白，它们只不过是变化了的鳞。皮肤由于
含有大量的角蛋白才那么坚韧。体内的支持组织（软骨、韧带、
腱甚至于骨骼的有机支架）主要是由胶原蛋白和弹性蛋白一类的
蛋白质分子组成的。肌肉是由一种叫做肌动球蛋白的复杂的纤维
状蛋白质组成的。

　　在所有这些实例中，蛋白质纤维不是纤维素的代用品，而是
纤维素的改良品。蛋白质纤维比纤维素更结实、更柔软。纤维素
可以支持植物，但植物不需要做比随风摇晃更复杂的运动。而蛋
白质纤维则必须适应身体各部位的弯曲，以进行各种快速运动和
振动等。

　　可是，不论在结构上还是在功能上，蛋白质纤维只是蛋白质
中最简单的一类。大多数其他蛋白质要做的工作更精细、更复杂。

　　为了全面地维持生命，必须在体内进行许多化学反应。这些
反应种类繁多，而且必须高速进行，每一个反应都要和所有其他
的反应紧密配合，因为生命的平稳活动不是依赖某一种反应，而
是依赖所有的反应。此外，所有的反应必须在最温和的环境下进
行，即没有高温、没有强的化学药品，也没有高压。这些反应必
须在严格而灵活的控制下进行，而且必须根据环境的变化特点和
身体变化的需要经常进行调整。在成千上万的反应中，即使有一
个反应太慢或太快，多少都会给身体造成损害。

　　所有这一切都是由蛋白质分子来完成的。

　　                  催化作用

　　到18世纪末，化学家们以拉瓦锡为先导，开始用定量的方法
来研究各种反应，特别是测定化学反应进行的速率。他们很快就
注意到，环境稍微改变就会使反应速率发生重大变化。例如，当
克希霍夫发现有酸存在淀粉就会变成糖时，他注意到，尽管酸极
大地加快了这个反应，但在反应过程中酸本身并没有被消耗。人
们很快又发现了一些其他这样的例子。德国化学家德贝赖纳发现，
铂的粉末（称做铂黑）能够促使氢和氧结合成水，如果没有铂黑
的帮助，这个反应只有在高温下才会发生。德贝赖纳甚至设计了
一种能够自动点火的灯，在灯里面把氢气流喷到一个涂有铂黑的
面上，灯就点着了。

　　因为这种“被加快的反应”通常是朝着由一种复杂物质分解
为一种比较简单物质的方向进行的，所以贝采利乌斯把这种现象
命名为催化作用（源自希腊语，原意主要是“分解”）。于是，
铂黑被叫做氢和氧化合的催化剂，而酸被叫做淀粉水解成葡萄糖
的催化剂。

　　催化作用被证明在工业上具有头等的重要性。例如，硫酸是
一种仅次于空气、水和食盐的重要无机化合物，而制造硫酸的最
好方法就是将硫燃烧——先变成二氧化硫（SO2），再变成三氧
化硫（SO3）。如果不加入铂黑一类的催化剂的话，从二氧化硫
变成三氧化硫这一步就进行得像蜗牛爬行一样慢。镍粉末（在大
多数情况下用它来代替铂黑，因为它比较便宜）以及铬化铜、五
氧化二钒。三氧化二铁、二氧化锰等化合物也是重要的催化剂。
事实上，在工业上一个化学生产过程能否成功，在很大程度上取
决于能否找到正好适合有关反应的催化剂。正是由于齐格勒发现
了一种新型的催化剂，才使聚合物的生产发生了一场革命。

　　一种物质尽管有时用量很少，却能引起大量的反应，而自己
本身并不发生变化，这是怎么回事呢？

　　有一类催化剂实际上是参加反应的，但它是以一种循环的方
式参加反应的，因此它能够连续不断地恢复到原来的形态。五氧
化二钒就是一个例子，它能够催化二氧化硫变为三氧化硫。五氧
化二钒把它的一个氧原子递给SO2，把SO2变成SO3，而自身变成
四氧化二钒（V2O4）。但是四氧化二钒很快与空气中的氧反应。
又恢复成V2O5。这样五氧化二钒起了一个“中间人”的作用，把
一个氧原子递给二氧化硫，从空气中再另取一个，然后再递给二
氧化硫，如此循环不已。这个过程进行得非常快，因此，少量的
五氧化二钒就足以使大量的二氧化硫发生转变，而最终五氧化二
钒看上去并没有改变。

　　1902年，德国化学家隆哥提出，上述情况可以解释一般的催
化作用。1916年，朗缪尔又向前迈进了一步，他对像铂一类物质
的催化作用提出了一种解释：这类物质非常不容易起反应，因而
不可能指望它们参与一般的化学反应。朗缪尔认为，铂金属表面
多余的价键能够抓住氢分子和氧分子。当氢分子和氧分子被束缚
在非常靠近铂的表面时，比起它们作为一般的游离的气态分子更
容易化合成水分子。水分子一旦形成，就会被氢分子和氧分子从
铂的表面推开。铂捕捉住氢和氧，使氢和氧化合成水，把水释放
掉，再捕捉氢和氧，再形成水，这个过程可以无休止地进行下去。

　　这个过程叫做表面催化作用。自然，一定质量的金属，粉末
越细，所能提供的表面积就越大，因而进行催化作用的效率也就
越高。当然，如果有任何外来的物质牢固地附着在铂表面的键上，
就会使这种催化剂中毒。

　　所有的表面催化剂多少都具有选择性或专一性。有些容易吸
收氢分子，因而能够催化与氢有关的反应；另一些容易吸收水分
子，因而能够催化缩合反应或水解反应；等等。

　　表面普遍具有能够吸附多层分子的能力（吸附作用），这种
能力除了可以催化以外，还可以有其他用途。制成海绵状的二氧
化硅（硅胶）能吸收大量的水，把它放进电子设备里，可以起干
燥剂的作用，使湿度降低。在湿度高的情况下，电子设备的性能
会受到损害。

　　还有，研成细粒的木炭（活性炭）很容易吸附有机分子；有
机分子越大就越容易被吸附。活性炭可以用来使溶液脱色，因为
它能吸附有色的杂质（通常分子量很大），而留下所需要的物质
（通常无色，分子量也比较小）。

　　活性炭还被用于防毒面具。这个用途英国医生斯坦豪斯早就
预示到了，1853年，他首先制成了一个活性炭空气过滤器。空气
中的氧和氮通过这种物质时不受影响，但比较大的毒气分子则被
吸附。




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