瑞典皇家科学院6日宣布，将年诺贝尔化学奖授予两名科学家本亚明·利斯特和戴维·麦克米伦，以表彰他们在发展不对称有机催化中的贡献。
有机催化上一次获得诺贝尔化学奖，还是在年。时隔20年再次拿下诺奖，无疑让研究有机化学，尤其是有机催化的研究者感到兴奋。这两位获得诺贝尔化学奖的科学家，均是有机催化不对称合成的奠基者。年，他们彼此独立地研发了不对称有机催化。
问题：高中生物教材中有酶的催化机理学说，诱导契合学说和锁－钥匙学说，今年的诺贝尔奖更能说明酶催化的机理，同时开启了有机小分子催化的开始。
典型试题解析
试题1：木瓜蛋白酶是什么？
答：木瓜蛋白酶是一种含巯基(-SH)肽链内切酶，具有蛋白酶和酯酶的活性，有较广泛的特异性，对动植物蛋白、多肽、酯、酰胺等有较强的水解能力，同时，还具有合成功能，能把蛋白水解物合成为类蛋白质。
木瓜蛋白酶由个氨基酸残基组成，当用氨基肽酶从N末端水解掉分子中的2/3肽链后，剩下的1/3肽链仍保持99%的活性，说明木瓜蛋白酶的生物活性集中表现在C末端的少数氨基酸残基及其所构成的空间结构区域。
试题2：人体蛋白质被水解的过程如图所示，下列相关叙述正确的是( )
A.蛋白质的水解只发生在细胞外，如消化道内
B.该过程中酶分子可发生可逆性形变
C.该过程为放能反应，释放的能量可用于合成ATP
D.酶活性的改变是因为其分子结构被破坏
解析：
蛋白酶的水解既可以发生在细胞外，也可以发生在细胞内，A错误；由题图可知，酶与底物结合后，会发生变形，反应结束，酶又恢复原来的形态，B正确；ATP的合成需要的能量来自光合作用中的光能转化和细胞呼吸过程中物质氧化分解，C错误；酶活性改变可能是由于酶的分子结构改变，温度较低时，酶的分子结构不变，酶的活性也降低，D错误。故答案为B。
不对称有机催化
作为化学家的基本工具，研究者长期以来认为，催化剂只有两种类型可以使用。一是金属，二是酶。和高中生物之间密切有关的应该是酶的催化，所以主要侧重解读和酶有关的机理研究。
但利斯特和麦克米伦开发了一种新的、巧妙的分子构建工具：不对称有机催化。
利斯特研究过程：
上世纪90年代，开发新型酶催化剂成为热门领域，利斯特的工作就是从此开始的。
在研究抗体酶时，利斯特开始“跳出盒子”思考酶究竟如何工作。酶一般是由数百个氨基酸组成的巨大分子，许多酶还含有可能具有催化作用的金属组分，然而大量酶催化的反应并不需要这些金属组分参与，而是由酶分子中一个或几个氨基酸驱动。
他提出的问题是：氨基酸必须作为酶的一部分才能发挥催化作用吗？一个单独的氨基酸或类似的简单分子，能做同样的工作吗？利斯特测试了一种叫做脯氨酸的氨基酸，将其当做催化剂，观察是否能够催化化学反应，结果显然出乎意料的好（如图）。
图片来源：果壳
利斯特测试了脯氨酸是否能催化羟醛反应，这种反应把来自两个不同分子的碳原子结合在一起。
通过实验，利斯特不仅证明脯氨酸是一种高效的催化剂，而且这种氨基酸还能驱动不对称催化。在两个可能的镜像中，其中之一的生成比另一个多得多。
上述现象在化学领域中称为手性特征，如同左手与右手的关系，可以镜面重合却无法在空间上完整重叠，天然的20个氨基酸中有19个具有手性特征。
麦克米伦的研究过程：
麦克米伦这边因为金属催化剂容易被水破坏，于是便想利用简单的有机分子，开发出一种更持久的催化剂。其中一种，被证明在不对称催化方面非常优秀（如图）。
图片来源：果壳
年以来，有机催化剂的发展堪比“淘金热”，而利斯特和麦克米伦保持领先地位。他们设计了大量廉价而稳定的有机催化剂，可用于驱动各种不对称催化反应，还可以用于级联反应（在一系列连续事件中前面一种事件能激发后面一种事件的反应），使化工生产中的多个反应步骤连续执行，减少中间产物浪费，大幅提高反应效率。
此次获得诺贝尔化学奖的不对称有机催化，与金属和酶相比，脯氨酸是一种简单、便宜、环保的分子，因此成为化学家梦寐以求的催化工具。虽然目前还未广泛地应用于工业生产中，但它指明了这样一个方向：简单、廉价，环保又高效。
酶的活性部位
从高中生物知识去看，通过这次的诺贝尔奖可以更深刻理解酶的作用机理。酶分子中能够与底物特异性地结合并催化底物转变为产物的具有特定空间结构的区域叫酶的活性中心或活性部位。酶的结构
参与构成酶的活性中心和维持酶的特定构象所必需的基团为酶的必需基团。
酶的分子中存在有许多功能基团例如，-NH2、-COOH、-SH、-OH等，但并不是这些基团都与酶活性有关。一般将与酶活性有关的基团称为酶的必需基团。有些必需基团集中在一起形成具有一定空间结构的区域，该区域与底物相结合并将底物转化为产物，这一区域称为酶的活性中心。
构成酶活性中心的必需基团可分为两种，与底物结合的必需基团称为结合基团，促进底物发生化学变化的基团称为催化基团。活性中心中有的必需基团可同时具有这两方面的功能。还有些必需基团虽然不参加酶的活性中心的组成，但为维持酶活性中心应有的空间构象所必需，这些基团是酶的活性中心以外的必需基团。
酶分子很大，其催化作用往往并不需要整个分子，如用氨基肽酶处理木瓜蛋白酶，使其肽链自N端开始逐渐缩短，当其原有的个氨基酸残基被水解掉个后，剩余的短肽仍有水解蛋白质的活性。
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