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"Enzima" é infinito

A enzima é um material central indispensável para a vida.Edição de genes, tecnologia de células -tronco, medicamentos direcionados ... muitas tecnologias -chave e fabricação de produtos em ciências da vida são inseparáveis ​​de enzimas.Com o rápido desenvolvimento da biotecnologia moderna, o entendimento das enzimas dos cientistas é mais profundo.

1. Descubra e reconheça enzimas, uma história de longo prazo

A compreensão das pessoas sobre enzimas pode começar com vinho.Há uma visão de que o vinho se originou assim: depois que os antigos trabalhadores tinham comida excedente, eles existiam suas cavernas vazias de amoreira.Com o tempo, a comida se tornou um líquido perfumado.Mais tarde, essa descoberta inadvertida se tornou um comportamento consciente, e Brewed nasceu.Mas naquela época, as pessoas não sabiam que o processo de fabricação de cerveja era o começo do uso humano de enzimas -a razão pela qual o açúcar nos grãos poderia se tornar álcool foi que as enzimas desempenhavam um papel. jogo do bicho 14 00

Hoje, já sabemos que as enzimas são um catalisador produzido pelas células. jogo do bicho 14 00

A essência das enzimas é a proteína com eficiência catalítica, e sua estrutura espacial é complexa e diversa.Quando um material precisa ser convertido em outro material, às vezes é necessário atingir um nível de energia muito alto As enzimas para cortar a altura da montanha e acelerar o processo de transformação.As atuais enzimas conhecidas podem catalisar mais de milhares de reações bioquímicas.Devido à existência de enzimas, as criaturas podem realizar atividades de vida como crescimento, metabolismo, desenvolvimento e reprodução.

Do uso inconsciente ao entendimento científico, a compreensão das pessoas sobre enzimas passou por um processo longo e longo.

No século XIX, as pessoas descobriram gradualmente que os alimentos podem ser digeridos no estômago.Em 1878, o fisiologista Wilhelm Friedrich [~ símbolo ~] propôs primeiro o conceito de enzimas.Em 1897, o cientista alemão Eduard Buchner começou a estudar a fermentação do extrato de levedura sem extrato de levedura, que finalmente provou que o processo de fermentação não exigia células vivas completas.Essa descoberta abriu as portas para a ciência enzimática moderna e a bioquímica moderna, e ele também ganhou o Prêmio Nobel em 1907 por "descobrir a fermentação celular e a pesquisa bioquímica correspondente". jogo do bicho 14 00

Depois de reconhecer que as enzimas são substâncias que não dependem das células vivas, elas começam a identificar sua composição bioquímica.Em 1926, o bioquímico americano James Batcheller Sumner foi separado e obteve o cristal das enzimas de uréia.Em 1930, John Howard Northrop e Wendell Mredith Stanley estudaram o estudo de proteases digestivas, como protease gástrica, cordonina e protease pancreática e, finalmente, confirmaram que a enzima era proteína.Os três cientistas acima foram, portanto, ganharam o Prêmio Nobel de 1946 em química.

Para estudar a estrutura requintada das moléculas enzimáticas e explorar seus princípios catalíticos, os cientistas podem estudar a estrutura tridimensional das enzimas através da escultura de cristal de raios X, microscopia eletrônica congelada e outros meios.Em 1965, foi publicada a publicação da molécula enzimática, que obteve análise estrutural, marcando o início da pesquisa da biologia da estrutura enzimática, tornando possível o mecanismo de trabalho das enzimas em uma análise do mecanismo de trabalho dos níveis moleculares, que pode guiar Pessoas para realizar transformação molecular, o objetivo de expandir enzimas.

2. Enzima, Executor da Função da Vida

Com o aprofundamento da pesquisa, todos descobriram que as enzimas são tão importantes para a vida -não pensem que a "catálise" é apenas um termo químico, a vida é um grande evento químico e o corpo humano é um "dispositivo de reator bioquímico" extremamente complicado " , A rede de resposta bioquímica dada pela enzima estabelece a base principal das atividades da vida.

Entre eles, devemos primeiro falar sobre o papel máximo das enzimas -altos catalisadores de eficiência.Na vida, as reações catalíticas ocorrem a cada minuto e a cada segundo.Por exemplo, os alimentos humanos não fornecem energia diretamente, mas para oxidar a glicose nos alimentos, a fim de liberar energia para manter a temperatura corporal do organismo e fornecer energia para as atividades da vida.

Se não houver participação enzimática, leva alguns anos ou mais por mais sob temperatura normal e pressão normal.Para acelerar a resposta, ele deve ser usado em altas temperaturas de mais de trezentos metros, o que é impossível de alcançar no organismo.Algumas enzimas em nosso corpo podem aumentar a taxa de substratos em produtos em milhões para centenas de milhões.Sob o efeito catalítico de uma série de enzimas, o processo de oxidação da glicose pode ser concluído instantaneamente em temperatura normal.

Algumas reações enzimáticas se cruzam com nossas percepções inadvertidamente.Por exemplo, quando mastigamos repetidamente os pães ou o arroz, a língua percebe a doçura.

A existência de enzimas também pode explicar muitos fenômenos.Por exemplo, por que algumas pessoas bebem "rosto superior", algumas pessoas não podem?Por que as pessoas "Hangover"?Isso é muito pesado com as duas enzimas: a etanol desidrogenase no fígado é responsável por oxidar o etanol no vinho em acetaldeído, e o acetaldeído gerado é ainda transformado em ácido acético inofensivo sob a catálise do acetaldehyde -de -deshidrogenase.Algumas pessoas têm alta atividade de etanol desidrogenase, então o nível de acetaldeído depois de beber aumenta rapidamente, e o acetaldeído expande os capilares, o que mostra que o rosto está vermelho;

Esses recursos tornam as enzimas inseparáveis ​​da medicina moderna.Por exemplo, os médicos podem julgar a condição da doença detectando o conteúdo de uma enzima específica.Por exemplo, quando a transaminase é anormal, o fígado pode ser danificado.Determine um conjunto de enzimas para comparar as alterações em diferentes enzimas e fornecer uma base para o diagnóstico clínico, chamado teste de espectro enzimático.Para outro exemplo, o espectro da enzima do miocárdio integra uma variedade de enzimas do músculo miocárdico.A detecção dessas enzimas miocárdicas tem um valor clínico para o diagnóstico de infarto do miocárdio e avaliação da terapia trombolítica.

As enzimas também se tornaram um medicamento para o tratamento.As enzimas e as enzimas urinárias são comumente usadas para terapia trombolítica e têm décadas de histórico de aplicações clínicas.A enzima ChainStart é a primeira trombolita para medicamentos trombolíticos clínicos, mas sua meia -vida no corpo é curta e o custo de produção é alto.A enzima excitada em cadeia é transformada com meios de engenharia genética para obter uma excitação de cadeia reorganizada, que é prolongada, fácil de produzir e é mais segura e controlável.

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Além da eficiência catalítica, as enzimas também têm muitas características.

Uma característica importante das enzimas é dedicada.Geralmente, uma enzima só pode catalisar uma substância, uma reação ou a mesma reação de substâncias semelhantes na estrutura química e não causa efeitos catalíticos em outras substâncias.Isso também garante que as enzimas não "bagunçam" em nosso corpo -como glicose oxidase, apenas catalisou a oxidação da aldarina da glicose ao ácido da glicose, não a outros grupos de glicose, e não catalisam a oxidação de outras substâncias.No processo de evolução contínua, os organismos fornecem várias funções exclusivas da enzima. .Esta é uma das razões para muitas doenças.

A enzima também tem as características da diversidade da estrutura molecular.As moléculas enzimáticas são geralmente muito maiores que o substrato que precisa ser reagido. Centro de atividades, para que as enzimas possam fazer alterações parciais de acordo com o meio ambiente.

Outra característica das enzimas é a vulnerabilidade da estrutura e da função.A maioria das enzimas precisa de condições leves para garantir a eficiência catalítica eficiente.Algumas moléculas também podem afetar a atividade de enzimas, como inibidores de enzimas podem reduzir a atividade da enzima, e os agentes da enzimestabina podem melhorar a atividade da enzima.Hoje, muitos medicamentos são inibidores de enzimas. jogo do bicho 14 00

As enzimas também são frágeis.Obviamente, existem algumas condições extremas, como as enzimas nas bactérias que vivem no ambiente vulcânico têm forte resistência ao calor; jogo do bicho 14 00

Essa característica também faz com que as enzimas também desempenhem um papel importante na vida cotidiana das pessoas e na indústria moderna.

Nossa vida diária é inseparável de enzimas.Por exemplo, nas sete coisas abrirem a porta "Chai Mi Oil and Sal Molel Vinegar Tea", a fermentação de molho de soja, vinagre e chá é inseparável de enzimas.Na cerveja de molho de soja, as enzimas produzidas por microorganismos aceleraram a conclusão de várias reações bioquímicas, como hidrólise de proteínas, fermentação de ácido orgânico de amido, enzima;Por exemplo, o pó é inseparável de enzimas.Manchas comuns nas roupas, como leite, ovos, suco de frutas e manchas de suor contêm proteínas, é difícil ser removido pela superfície ativa ou outros agentes de lavagem.Somente adicionando proteases nele e a proteína na sujeira é divulgada pela primeira vez em peptídeos ou aminoácidos solúveis, as roupas podem ser limpas como novas.

Para a indústria moderna, as enzimas também são o principal "chip" da fabricação biológica verde.Como as enzimas têm as vantagens de alta eficiência catalítica, alto grau de especificidade, condições de efeito leve e biodegradável, elas podem reduzir o consumo de matérias -primas e energia na fabricação industrial, reduzir a descarga de resíduos e ter um exemplo típico de verde típico de verde Desenvolvimento de fabricação e sustentável. jogo do bicho 14 00

Por exemplo, a fábrica farmacêutica usa enzimas sintéticas específicas para sintetizar antibióticos;Na pesquisa científica, as "tesouras moleculares", "sutura" e "editor de precisão" da operação de genes são enzimas; EssênciaEstudos demonstraram que a preparação média de 1 kg de enzima na produção industrial pode reduzir as emissões de dióxido de carbono de 100 kg de dióxido de carbono, enquanto produz 1 kg de preparações enzimáticas, as emissões médias de carbono produzidas por menos de 10 kg -esse é "pico de carbono" , "Carbono", "Carbono Carbono", "Carbono Carbono", "Carbono Carbono", "Carbono Carbono" A chegada da neutralização fornece uma boa solução.

4. De enzimas naturais a enzimas artificiais, a pesquisa enzimática começou sob o pé

As enzimas são presentes dados a nós na natureza.No processo de evolução de centenas de milhões de anos na natureza, as moléculas enzimáticas formaram uma estrutura complexa para exercer suas respectivas funções.Encontrar uma enzima natural do organismo é uma fonte importante de enzimas industriais.Os microorganismos no ambiente natural são ricos em diversidade.

Definir e identificar novas enzimas diretamente das amostras ambientais é um dos meios importantes de escavação enzimática. Fundação Técnica.Nos últimos anos, os avanços de novos métodos, como a tecnologia de sequenciamento de genes em grande escala, a tecnologia de síntese artificial genética e a tecnologia de triagem de alta de todos, de modo que os cientistas também começaram a usar métodos de mineração de dados para explorar novas enzimas.

Para construir um sistema geral de recursos enzimáticos e realizar a análise, avaliação e utilização dos recursos enzimáticos, os recursos biológicos estratégicos da Academia Chinesa de Ciências apoiam vários institutos de pesquisa e estabeleceu em conjunto a biblioteca enzimática que cobre milhares de reações industriais Atualizações tecnológicas e desenvolvimento industrial de dezenas de líderes da indústria e empresas emergentes de tecnologia forneceram um importante apoio estratégico à industrialização dos recursos enzimáticos em meu país.

Embora os recursos naturais da enzima sejam abundantes, suas reações catalíticas ainda lacunam com a demanda industrial.Os cientistas também estão constantemente aprendendo a natureza e criando enzimas artificiais que atendem às necessidades específicas.Para atender aos requisitos de alta eficiência, alta resistência e flexibilidade da indústria de fabricação biológica, as enzimas industriais devem ter excelente pH, temperatura, força de íons, solventes orgânicos e tolerância ao substrato e podem reproduzir uma catálise em um processo mais amplo, parâmetros de processo Sob o efeito mais amplo dos parâmetros do processo.Portanto, entender o comportamento catalítico das enzimas no ambiente industrial e realizar a transformação adaptativa, tornando -o o maior potencial catalítico e se tornando um gargalo que precisa ser resolvido.

Para isso, os cientistas desenvolveram tecnologia de engenharia enzimática, transformando moléculas de enzimas e redesenho, melhorando assim o desempenho das enzimas e permitindo que eles possam usar o ambiente industrial.O líder nesse campo, Frances H.arnold, fundou um método de evolução direcionado que simulou a natureza, e a invenção da tecnologia ganhou o Prêmio Nobel de 2018 em química.A evolução direta alcançou um sucesso significativo na transformação de muitas enzimas.

A pesquisa de biologia estrutural da enzima permite que as pessoas entendam a função da enzima a partir da perspectiva da estrutura.A combinação dessas tecnologias permite que os cientistas projetem enzimas de uma maneira mais sofisticada.Por exemplo, pesquisadores do Instituto de Microbiologia da Academia Chinesa de Ciências usam a tecnologia de design de enzimas de computação em várias escalas para realizar a produção industrial em grande escala de uma série de aminoácidos à mão.No entanto, no caso de que o mecanismo biofísico da estrutura e função da enzima não tenha sido totalmente analisado, o design de enzimas de alto desempenho ainda tem grandes desafios.

Atualmente, enzimas naturais e enzimas artificiais alcançaram a síntese biológica de muitos produtos de alto valor.É previsível que, com o aprofundamento contínuo da compreensão das pessoas da relação entre estrutura e função enzimática e o rápido desenvolvimento da inteligência artificial, o design e a síntese das enzimas serão mais rápidas, racionais e precisasAs características verdes e sustentáveis ​​das enzimas serão mais proeminentes, ajudando -nos a desfrutar de uma vida melhor.

A maioria dos artigosMais tarde, pedi ao leitor que pensasse comigo uma pergunta: se a enzima pode ser projetada, e a vida?

A vida é um sistema complexo de nível múltiplo.Para sintetizar a vida artificialmente, o sistema de engenharia é necessário a partir do fundo para cima e as enzimas são a base subjacente do sistema.Seguindo esse conceito, os cientistas chineses concluíram recentemente a pesquisa de amido sintético de dióxido de carbono.Entre eles, a polimerase enzimática -formaldeído projetada artificialmente abriu os principais canais de carbono inorgânico in vitro para carbono orgânico para o carbono orgânico.Como as criaturas da Terra são a vida à base de carbono, o trabalho converte o carbono inorgânico na natureza em carbono orgânico na vida, fornece a base para a criação de entrada de energia e realiza um passo importante da vida sintética.

De genes a proteínas, células, o design do design do organismo -a vida ainda está longe, e o trabalho da pesquisa enzimática está logo abaixo dos pés.

(Autor: Pesquisador do Instituto de Microbiologia, Academia Chinesa de Ciências, Li Tao é um estudante de doutorado no Instituto)