構型對酶作用的影響
酶只切割與自己形狀相合的分子——像鑰匙配鎖。
酶是一把鎖,只有一種形狀的鑰匙能打開它——而費歇爾找到了兩種酶,牠們的鑰匙彼此互為鏡像。
核心想法
酶是細胞裡不知疲倦的工人:每一種只加速某一個特定的化學反應,幾乎不碰別的。埃米爾·費歇爾問了一個顯而易見、卻很難回答的問題——在周遭成千上萬的分子裡,酶是怎樣挑出牠該作用的那唯一一個的?
他造了兩種糖,牠們在化學上完全相同,只在一個碳原子的三維排布上有別——就像你的左手與右手,那樣相像,又那樣不同。然後他把牠們交給兩種酶。每一種酶都只抓住與自己相合的那隻「手」,把牠拆開;而對那個鏡像的糖,則完全不理睬。換句話說,酶讀的並不是化學式。牠在「摸」形狀。
它是如何誕生的
到 1894 年,費歇爾已是全世界糖化學的大師。他花了十年,一點一點弄清各種糖的精確三維形狀——正是這項成就為他贏得 1902 年諾貝爾獎——所以由他來製造「只差最小一點扭轉」的兩個分子,再合適不過。
他取來酵母裡的轉化酶,與苦杏仁裡的苦杏仁酶,分別試在他那兩個幾乎一模一樣的葡萄糖苷上。轉化酶攻擊其中一種、不動另一種;苦杏仁酶則恰恰相反。為了概括他的發現,費歇爾伸手抓住了一個樸實的意象,從此再沒被人放下:酶與受質必須像「鎖與鑰匙」般彼此相合。
它為何重要
這是分子辨識的種子——「生命之所以運轉,是因為分子靠形狀彼此相認」這一領悟。正因如此,你的身體才能同時跑成千上萬個精確的反應而互不干擾;它也是現代醫學的奠基思想:幾乎每一種藥,都被設計成一把鑰匙,裁來正好配上某一把特定的蛋白質之鎖,而盡量配不上別的。
一個可以想像的畫面
想想一把鑰匙和牠的鎖。一把差之毫釐的鑰匙——比方說,正確那把的鏡像——會插進去一半然後卡住,什麼也打不開。費歇爾的兩種糖,正是這樣一對互為鏡像的鑰匙,而他的兩種酶就是相配的鎖:每一把只為一把鑰匙轉動。把左手套戴到右手上,也是同一個道理——同樣的手指、同樣的尺寸,卻還是戴不進去。
它的位置
幾十年前,巴斯德已經注意到,生物會偏愛一個分子的某一種鏡像形式,卻沒人知道為什麼。費歇爾把這條線索變成了機制:靠形狀來辨識。他那把靜態的鎖,後來被科什蘭的「誘導契合」(1958)裝上了靈活的合頁;而他所說的「結合」這一步,則在 1913 年由米氏動力學化為可計量的公式(同樣收錄於本館)。從那兩種糖出發,一條直線通向整個結構生物學,通向今天基於結構的藥物設計。
Um ein Bild zu gebrauchen, will ich sagen, dass Enzym und Glucosid wie Schloss und Schlüssel zueinander passen müssen, um eine chemische Wirkung aufeinander ausüben zu können.