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2020-06-29誰說酶有你的事？關於酶的科學小故事
607 期
Author 作者
范博勛／於臺灣大學取得化學學士，目前是美國德州大學奧斯丁分校博士研究生，研究結構非典型醣的生物合成及反應機理。
為什麼生物必須進食才能維持生命？吃下肚的食物是怎麼被代謝？代謝，實際上是一系列化學反應串聯而成的，不過這些化學反應本身的反應速率可能太慢了，所以大自然創造了酶這個生物催化劑的蛋白質，透過降低反應的活化能加速反應的進行。酶催化的對象稱為反應物，反應過後生成的物質為產物，針對酶的科學研究統稱為酶學（enzymology），酶學到底有趣在哪，這就必須從歷史的觀點開始聊起。
食物與酶的關係
酒精、醋、麵包及起司等都是日常生活中常見的生活原料。仔細瞭解這些東西的製作過程，會發現它們都和酶脫不了關係。舉例來說，麵包蓬鬆的秘訣就是酵母菌 （yeast），酵母菌發酵（fermentation）過程中產生的二氧化碳會堆積在麵糰內（圖一），一旦送入烤箱加熱，堆積的氣體膨脹後會讓麵包變得蓬鬆又好吃。
圖一：葡萄糖在發酵反應過程中被酵母菌給轉化為乙醇與二氧化碳，發酵後的麵團體積明顯增大。
起司製作的歷史也挺有趣，大約在西元前8000年左右，前人經常使用動物的臟器，例如牛的胃袋，作為儲存水或食物的容器，結果不經意地發現存放在牛胃裡的牛奶竟然結成塊。另外，在古希臘哲學家亞里斯多德所留下的文獻中也記載，只有在未斷奶的小牛胃裡才看得到結塊的奶，於是，起司就誕生了。而這凝結現象背後的原理，其實和凝乳酶（rennet）有密切的關係（右圖）。
牛有四個胃，分別為瘤胃（rumen）、蜂巢胃（reticulum）、重瓣胃（omasum）及皺胃（abomasum），據說只有幼牛的皺胃中分泌的凝乳酶等活性物質，能將食入的牛奶轉化為易儲存的乳酪。
食物怎麼消化？酵素一詞的誕生
人類對於酶進行系統性研究是從17、18世紀左右才開始。消化系統是當時高度關注的課題，科學家想了解食物在胃裡是如何被消化。那時主要以鳥類作為實驗對象，法國化學家列奧米爾（René-Antoine Ferchault de Réaumur）認為禿鷹在沒有砂囊的情況下也能夠消化食物。
為了驗證此假設，他製備放有肉塊的金屬管並讓禿鷹吞下，有了金屬管的保護，砂囊便無法提供物理性消化，如磨碎食物。實驗結果顯示，生肉僅須接觸胃液便可消化，證明消化是化學現象，砂囊提供的物理消化僅是輔助。義大利化學家斯帕蘭札尼（Lazzaro Spallanzani）之後更將列奧米爾的實驗擴大應用到其他生物體，據說斯帕蘭札尼也曾用自己的胃液進行體外（in vitro）的消化實驗。另外，對胃液的定性研究也發現，胃液中的酶活性和溫度有關。……【更多內容請閱讀科學月刊第607期】