因酶引起的研究

在生命现象中许多复杂的化学反应里，蛋白质作为生物体的基本建筑材料，都当仁不让地参加了。而生命体中的许多化学反应是靠酶这种特殊的催化剂加以完成的。

在生物学中，最先被研究的酶是动物体内的胃蛋白酶。这种酶能够把蛋白质分解做氨基酸，帮助消化。

1897 年，德国化学家爱达华·巴克纳在碾碎的酵母细胞提取液中发现了一种叫做酿酶的物质。

巴克纳正确地指出，酿酶具有“酵素”的特性，并证明在无细胞的情况下它仍有促进糖发酵的能力。

巴克纳相信酶是蛋白质，而且细胞中的每一步化学反应都是由专一的酶调节的。

巴克纳的学说唤起大批研究者试图去阐明所有生命过程中细胞内酶活动的直接功能，这股研究的热浪席卷了生物学界。

1991 年，俄国出生的美国生物化学家莱文发现有两种不同的核酸：一种核酸中含有和普通糖成份不同的核糖，称做核糖核酸（RNA）；另一种核酸中的核糖少一个氧原子，称做脱氧核糖核酸（DNA）。

1912 年，生理学家马克斯·卢比纳断言，细胞中的酶作用被限制成非常简单的化学反应类型，而较复杂、较根本的过程（如呼吸），则是“活力” 作用的结果。

对于某些人来说，“活力”意味着某些超自然的东西，它不受物理和化学定律的支配，但对另外一些人来说，这不过是与生命系统相连的物质性的组织结构而已。

大约在 1908 年至 1910 年间，奥特·瓦勃开始研究细胞呼吸问题。奥特·瓦勃早年曾在海德尔堡大学攻读医学博士学位。

在学医期间，他被威胁人类生存的不治之症——癌症所深深地吸引，尤其是对观察到癌细胞比正常细胞有快得多的呼吸速率和分裂速率这一现象产生了浓厚的兴趣。

对于呼吸速率的精确测量，不光提供了一种判断细胞是否癌变的诊断方法，而且也为研究作为癌变基础的可能化学反应提供了一条线索。

瓦勃针对当时有争议的细胞核是呼吸作用的场所的论点做了两种观察。首先，他观察到 8 个或 32 个细胞时期的海胆胚的呼吸作用和未分裂的卵

大致相同，虽然细胞的数目显著增多了。

其次，他观察到被阻止分袭的受精卵和进行正常分裂的受精卵都有同样的呼吸速率。

由此，瓦勃断定，分裂的细胞核不是呼吸作用的场所。

1910 年 4 月，瓦勃作了几个意想不到的观察，从而提供了呼吸作用可能在什么地方发生的线索。

他观察到精子穿入海胆卵后，几乎立刻在卵的表面产生了一层可见的“受精膜”，提供了一种防止其他精子进入的屏障。

同时，受精卵表现出吸氧（吸氧量是呼吸速率的一种量度）速度提高。另外，他观察到在细胞内容物（细胞质）的碱性没有明显增加的情况下，

碱性溶液能提高吸氧速率。

这就可以设想，碱性物质的作用位点可能在细胞表面。

当观察到有机溶剂被加入到有功能的海胆细胞中、破坏了细胞膜，使得呼吸速率下降时，这种设想就进一步被证实了。

1912 年，瓦勃发展了一套包括被他称为“呼吸酵素”的学说。

瓦勃承认，细胞中所发生的大部分化学反应可能是由酶催化的，他发现，作为一种蛋白质的呼吸酵素，在试管中能起发酵作用，尽管其反应速率很慢。可是，在完整的细胞中，呼吸酵素被吸收到细胞结构中去，并“被组织”

起来，所以它能以最大效率发挥作用。

在 20 世纪初期，蛋白质和核酸这两种生物大分子都登上了生物学的舞台，但是，受到的待遇却不一样。

一部分生物学家把自己的全部精力都投注到对蛋白质的结构和性能上去；另一部分科学家则特别迷恋于蛋白质中有神奇催化作用的酶；核酸却遭到了不公正的待遇，几乎被打入了冷宫。

然而，这种情况不久就发生了明显的变化。

在摩尔根发表了他的光辉理论以后，生物学界的一个中心议题就是，深入研究基因的作用和组成。

经过系统的研究，生物学家们发现，有不少遗传特性，比如眼睛、毛发和皮肤的颜色同氨基酸转化成的色素有关，而氨基酸怎样转化成色素以及生成色素的多少，却又和一些酶有关。

这就意味着生物的不同特性是由不同的酶决定的。遗传学指出生物特征受基因规定，那么基因和酶有什么关系呢？

1941 年，美国生物学家乔治·W·比德尔选择了一种简单的生物——红色面包霉菌（链抱霉），开始研究这个问题。

当比德尔还在攻读博士学位时，他就完成了关于小麦杂交遗传学的哲学博士论文。

1928 年，正当比德尔全神贯注于他的研究时，他出席了道奇主办的讨论会。当时，道奇正在用红色面包霉进行研究，并已经在两株霉菌的杂交后代中观察到了一些奇怪的分离现象。

在以后的几年中，比德尔积极试验和寻找某些研究果蝇性状胚胎发育的途径，果蝇的遗传性状如何。

最初，比德尔企图在试管中培养果蝇的组织（成虫、幼虫等），目的是为了研究不同物质对特定性状发育的影响。

比德尔用这种技术，将眼芽从一种遗传组成的果蝇中移植到不同遗传组成的幼虫体内。结果，移植眼的颜色依照芽体和受体的遗传组成而变化。

色素分子的发育似乎不只是依赖于移植体的基因，而且也依赖于眼芽从它的周围环境所得到的物质。

通过制作大量不同类型的移植体，比德尔设计出一种简单的生化分析方案。在该方案中，合成眼色素的每一单独步骤，都可以用特殊的中间物质鉴定出来。