构型对酶作用的影响
酶只切割与自己形状相合的分子——像钥匙配锁。
酶是一把锁,只有一种形状的钥匙能打开它——而费歇尔找到了两种酶,它们的钥匙彼此互为镜像。
核心想法
酶是细胞里不知疲倦的工人:每一种只加速某一个特定的化学反应,几乎不碰别的。埃米尔·费歇尔问了一个显而易见、却很难回答的问题——在周遭成千上万的分子里,酶是怎样挑出它该作用的那唯一一个的?
他造了两种糖,它们在化学上完全相同,只在一个碳原子的三维排布上有别——就像你的左手与右手,那样相像,又那样不同。然后他把它们交给两种酶。每一种酶都只抓住与自己相合的那只「手」,把它拆开;而对那个镜像的糖,则完全不理睬。换句话说,酶读的并不是化学式。它在「摸」形状。
它是如何诞生的
到 1894 年,费歇尔已是全世界糖化学的大师。他花了十年,一点一点弄清各种糖的精确三维形状——正是这项成就为他赢得 1902 年诺贝尔奖——所以由他来制造「只差最小一点扭转」的两个分子,再合适不过。
他取来酵母里的转化酶,与苦杏仁里的苦杏仁酶,分别试在他那两个几乎一模一样的葡萄糖苷上。转化酶攻击其中一种、不动另一种;苦杏仁酶则恰恰相反。为了概括他的发现,费歇尔伸手抓住了一个朴实的意象,从此再没被人放下:酶与底物必须像「锁与钥匙」般彼此相合。
它为何重要
这是分子识别的种子——「生命之所以运转,是因为分子靠形状彼此相认」这一领悟。正因如此,你的身体才能同时跑成千上万个精确的反应而互不干扰;它也是现代医学的奠基思想:几乎每一种药,都被设计成一把钥匙,裁来正好配上某一把特定的蛋白质之锁,而尽量配不上别的。
一个可以想象的画面
想想一把钥匙和它的锁。一把差之毫厘的钥匙——比方说,正确那把的镜像——会插进去一半然后卡住,什么也打不开。费歇尔的两种糖,正是这样一对互为镜像的钥匙,而他的两种酶就是相配的锁:每一把只为一把钥匙转动。把左手套戴到右手上,也是同一个道理——同样的手指、同样的尺寸,却还是戴不进去。
它的位置
几十年前,巴斯德已经注意到,生物会偏爱一个分子的某一种镜像形式,却没人知道为什么。费歇尔把这条线索变成了机制:靠形状来识别。他那把静态的锁,后来被科什兰的「诱导契合」(1958)装上了灵活的合页;而他所说的「结合」这一步,则在 1913 年由米氏动力学化为可计量的公式(同样收录于本馆)。从那两种糖出发,一条直线通向整个结构生物学,通向今天基于结构的药物设计。
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.