生物体内的魔术师——酶
生物体内有一种奇妙的蛋白质叫做酶，生物体内发生的一切化学反应都是在酶的催化作用之下实现的。酶是一种催化剂。
说起催化剂，少年朋友们也许会感到陌生，举个例子就明白了。一块糖用火是烧不着的，可是如果在糖块的一角撒一些烟灰，一点火，糖便可以烧起来。烧完以后，烟灰还是烟灰，并没有变化。在这里，烟灰起了催化剂的作用。催化剂能促进化学变化，但是在化学变化的前后，它本身的量和化学性质并不改变。酶在生物体内，也能起促进化学变化的作用，所以我们可以把它叫做生物催化剂。
酶是1815 年由一个俄国人发现的。但是，人类有意识的利用酶的历史则要长得多，我们的祖先远在4000 多年前就知道利用美军的淀粉酶来酿酒。我国是世界上第一个使用酶的国家。
酶字的一半是“每”字，正巧说明了最早的酶是从霉菌来的；也说明了酶的广泛存在和广泛用途。“每”种生物、“每”个器官、“每”个细胞里都有酶；生物体内的“每”种生化反应都需要酶。酶的品种很多，像个小王国，目前的“人口”有两千左右。它们分工严格，专一性很强，一种酶品只能催化一种反应，就像一把钥匙只能开一把锁一样。
人和动物身体里有着各种各样的酶。一条蟒蛇囫囵吞下一只完整的小动物，居然能把它消化掉，这就是酶的作用。酶把这只小动物的身体分解成几种化学成分，又把它们重新组合，变成蛇的肌肉。这情形就像一队建筑工人拆了一栋旧房子，然后又利用拆下来的砖瓦和木料建成一栋新房子一样，在这一拆一建之中，酶立下了汗马功劳。
由于酶有这样奇妙的本领，科学家们开始研究酶，想要造出一种具有酶的功能而又比酶稳定的人工催化剂。
前几年，有个叫凯富尔的人，成功地模拟了硫酸酯酶（也就是说，他用人工的方法造出了硫酸酯酶）。据试验，它的本领比天然的硫酸酯酶还要大， 这是模仿酶而又超过酶的第一个例子。后来，又有人成功地模拟了过氧化氢酶和血红蛋白。血红蛋白有可能用于人工肺中，以挽救垂危的病人；也可以给登山、长跑运动员、潜水员带来方便。
有一种酶叫固氮酶，模拟这种酶现在已经成为农业科学的重要课题。大家知道，各种庄稼在生长过程中都需要大量的氮肥，空气中本来就有大量的氮，可惜大部分庄稼都不能从空气中直接吸收，需要人工施肥，只有大豆、花生等豆科植物例外。这是因为，它们的根部有大批根瘤菌，根瘤菌里的固氮酶能利用空气中的氮合成氨，供给植物吸收。
固氮酶这东西远在1893 年就被人发现了，但是要人工造成这种酶很不容易，科学家们经过几十年艰苦卓绝的努力，才制成了有固氮本领的模拟酶。它们在室温（一般指摄氏15 度到25 度的温度）和常压下，几秒钟内就可以使空气中的氮和水中的氢直接结合成“联氨”，联氨经过加温以后可以释放出氨，供植物吸收。氨是植物的“粮食”，也是化学工业的基本原料，不远的将来，当人们能够大量生产固氮酶的时候，氨的产量也会大大增加。到那时候，化学工业和农业生产一定会飞速发展，出现魔术般的奇迹。
奇异的人工生物膜
我们的身体是细胞构成的，动物、植物、微生物的身体也是细胞构成的， 细胞是构成一切生物体的基本单位。细胞的形状多种多样，不过它们的构造却是一样的，一般由细胞核、细胞质和细胞膜组成。这三部分各有各的作用， 现在单说细胞膜。
细胞是有生命的东西，每个活细胞都需要从外界吸收它所需要的物质。谁来完成这个任务呢？就是细胞膜。它好比是细胞的“采集员”和“运输员”。它对细胞外围的物质并非什么都要，而是严格挑选。不是细胞需要的东西， 它就拒绝接受，不准通过；凡是细胞需要的东西，它就努力搜集，并且运送到细胞内部。例如，海带的细胞膜就有从海水中摄取碘的本领，一般干海带里含碘0.3％～0.5％，有的可高达1%，比海水里含碘的浓度高出几万倍到十几万倍。有一种石毛藻的细胞膜有摄取铀的本领；海参的细胞膜是钒的收集者。如果我们把生物细胞膜的这种本领学到手，意义极大！它可以用于海水淡化、污水处理、气体分离、海洋资源的开发利用、微量元素的摄取等方面。目前，模拟生物膜已经发展成为一门新技术，并且取得了不少成就。举例来说：载人宇宙飞船飞上天以后，由于宇航员的呼吸作用，座舱里的二氧化碳越积越多。过去是没有什么办法处理的，现在发明了一种人工生物膜，它可以把氧从二氧化碳中分离出来，消除座舱中的二氧化碳。还有潜水员不带氧气瓶下水，就不能在水下长时间工作。为了解决这个问题，科学家正在研制一种人工生物膜，现在已经制出了样品，并且用老鼠做了一次试验。老鼠装在用这种膜封闭起来的笼子里沉入水中，居然能照常生活。原来通过这种膜，水中的氧气可以进入笼中，老鼠呼出的二氧化碳，又可以通过这种膜排进水里。氧气可进不可出，而二氧化碳则是可出不可进，你看多么奇妙！ 也许用不了多少年，潜水员就可以用上这种人工生物膜。
转换能量的高手
提起能源，人们就会想到煤炭、石油等，其实生物自身也可以产生能， 还能够把一种能转换成另一种能，而且转换效率很高。
为了说明这个问题，我们用磨面这件事做例子：磨面机是由电动机带动的，电是从发电厂送来的，发电机是蒸汽推动的，蒸汽是锅炉里产生的，而锅炉是用煤作燃料的。这个过程就是能量转换过程。
在这个过程中、煤的化学能量经过了三次转换，每一次转换，都要损失一些能量，转换效率大约是40％。
人力也能磨面，不过人的能源物质不是煤而是食物。人吃了食物，经过酶的消化作用变成葡萄糖、氨基酸等，再经过氧化作用，变成一种可以产生能量和储存能量的物质——腺三磷（ATP），人想推动磨盘了，腺三磷就放出能量使肌肉收缩，牵引肌腱去推动磨盘。从这个过程中，你可以看到：人体把食物的化学能转换成机械能，一次就完成了，转换效率比较高，大约是80％。
生物转换能量的高效率，引起了科学家们的兴趣，他们模仿人体肌肉的功能，用聚丙烯酸聚合物拷贝成了“人工肌肉”。这种人工肌肉也能把化学能直接转换成机械能。只要配合一定的机械装置，就能提取重物。据实验， 一厘米宽的人工肌肉带能提起100 公斤重的物体，这比举重运动员的肌肉还要结实有力！
现在我们常见的白炽灯是热光源，灯丝发光一般要烧到摄氏3000 度，90％的电能变成热能而白白浪费了，用于发光的电能只占10％。荧光灯要好一些，但转换效率也不超过25％。要想提高发光效率，还得向生物学习。例如萤火虫的发光效率就比白炽灯高好几倍。在萤火虫的腹部有几千个发光细胞，其中含有两种物质：荧光素和荧光酶。前者是发光物质，后者是催化剂。在荧光素酶的作用下，荧光素跟氧气化合，发出短暂的荧光，变成氧化荧光素。这种氧化荧光素在萤火虫体内的腺三磷的作用下，又能重新变成荧光素， 重新发光。
萤火虫在发光过程中产生的热极少，绝大部分的化学能直接变成了光能，所以它的发光效率非常高。它是一种冷光源。这种冷光源也引起了科学家们的兴趣。他们正在想办法人工合成荧光素和荧光素酶。等到试验成功并且大批生产以后，人们可以把这种冷光源用在矿井里，用在水下工地上；甚至可以把这种发光物质涂在室内的墙壁上，白天接受阳光照射，储存能量， 夜晚便可大放光明。
高效率的催化剂
生物的活细胞是天然化工厂。生物在进化过程中，获得了能有效地合成生命运动所必需的一切有机物的惊人本领。
