中國首次合成蛋白質分子——胰島素
恩格斯指出:“生命是蛋白質的存在方式。”用現代的觀點看,“蛋白體”實際上是蛋白質和核酸的複合體。
十九世紀,人們從動物和植物中分離出一些蛋白質,並進一步研究了蛋白質的水解,從水解產物中分析出多種氨基酸——組成蛋白質的基本單元。那時很多人就已經意識到這類物質與生命現象的密切關係。早在1820年,勃萊孔諾就研究了明膠的水解,在水解產物中析離了一種具有甜味的物質,他稱之為glycine。希臘原文的意思是“甜的”。後來發現這個“明膠糖”含有氮,這就是最早最簡單的氨基酸——甘氨酸。同一年,他還從肌肉水解產物中得到了亮氨酸。此後,人們從各種類型的蛋白質水解產物中陸續析離出多種氨基酸。
那麼這些氨基酸怎樣結合成蛋白質呢?1902年,費歇爾提出了蛋白質的多肽結構學說。指出:蛋白蛋分子是許多氨基酸以肽鍵(酰胺鍵)結合而成的長鏈高分子化合物。兩個氨基酸結合成二肽,三個氨基酸結合成三肽,多個氨基酸結合成多肽。
蛋白質化學中的一個重要進展是多肽鏈中氨基酸順序測定。1945年,桑格用2.4－二硝氟苯做為多肽鏈端上氨基的試劑,在溫和的條件下,這個試劑可和蛋白質縮合,在酸性水解時,端的氨基酸成為鮮黃色的2.4－二硝基生物。它可以和其它氨基酸分離,並用紙上層析方法加以鑒定。為了測定蛋白質中多肽鏈氨基酸的順序,桑格等人將蛋白質部分水解,產生二肽和三肽的混合物,這些小肽可用上述方法進行研究。如果水解產物中所有可能的二肽都能加以鑒定,則蛋白質中氨基酸的順序也就可以確定了。
桑格及其共同工作者於1945年開始研究胰島素的結構。他們將胰島素局部水解為小肽,再用紙上層析或電泳法進行分離,並用2.4－二硝基氟苯法測定氨基酸的排列順序,經過十年的努力,終於測出牛胰島素中全部氨基酸的順序。胰島素是現在已知的蛋白質分子中最小的一個,因而是研究蛋白質的極好對象。蛋白質研究領域中的重大突破,常常與胰島素的研究有關。1955年,胰島素中氨基酸的順序確定後,世界上一些國家的科學家就想人工合成,1958年,我們中國的科學工作者經反複研究,決定用人工方法合成胰島素。
1958年底,中國科學院生物化學研究所首先進行了天然胰島素的拆合工作,即將胰島素中三個硫硫鍵拆開後,再通過硫硫鍵的接合,使重新成為與天然胰素活力相同的分子。天然胰島素的拆合成功,把人工合成胰島素的工作簡化到先行分別合成二十一肽和三十肽。
1959年,中國科學院生物化學研究所、有機化學研究所、北京大學化學係等單位協作,全麵開展了人工合成胰島素的工作。經過幾年的奮戰,終於在1965年9月17日,獲得了首批用人工方法合成的結晶胰島素,結晶形狀與天然胰島素相同,生物活力與天然胰島素相等。
我國科學工作者多次重複上述試驗,每次都獲得結晶,結晶形狀都與天然胰島素相同,生物活力都與天然胰島素相等。再加上電泳行為,層析行為,酶解圖譜以及免疫化學行為等指標,都充分說明了我國所獲得的全合成產物的結晶就是結晶胰島素。這是世界上第一個人工合成的蛋白質。是我國科學家在奮力攀登世界科學高峰、趕超世界先進科學水平的偉大進程中,為祖國人民在理論科學研究方麵爭得的一項世界冠軍。
人工合成胰島素的成功,在人類認識生命、揭開生命奧秘的偉大曆程中,又邁進了一大步。恩格斯在十九世紀七十年代指出:“現在隻剩下一件事情還得去做:說明生命是怎樣從無機界中發生的。在科學發展的現階段上,這就是要從無機物中製造出蛋白質來。”
我們知道,生命起源問題是科學上的一個重大問題,從無機界出現生命,是物質運動漫長發展的結果。從無機物到有機物,從一般有機物到生物高分子——蛋白質和核酸,再從生物高分子到生命現象,是這漫長發展過程的幾個階段。因此,在人們探索生命怎樣從無機界產生,並在用化學方法人工合成的實踐中,尿素的合成是一個突破,胰島素的合成是又一個突破。尿素的合成,突破了無機物和有機物的界限,從而開創了有機合成的新時期;胰島素的合成,突破了一般有機物和生物高分子的界限,從而開創了人工合成蛋白質的新時期。