(06)二十一世纪之光-第12部分

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费在闲聊上。
　　　　　桑格不止一次地说，“我喜欢这样的环境，很能激励人，我能在这样的
实验室里工作，这真是很幸运。不存在人间的相互摩擦而干扰我们的研究工
作。”
　　　　　早在19世纪初期，许多科学家曾从动植物体内分离出一些蛋白质，并且
已经开始意识到这类物质笃定与生命现象有着密切关系。似是，蛋白质的结
构是什么，大家谁也没法子给弄清楚。
　　　　　桑格和他的助手们选择了胰岛素这种激素作为研究对象，一方面因为它
普遍存在　（所有哺乳动物都产生），另一方面也因为它比其他蛋白质小。
　　　　　桑格和他的小组运用各种方法来水解胰岛素，每种方法都得到了不同的
水解产物。
　　　　　例如，用消化蛋白质的酶——胃蛋白酶，总是得到末端为某种氨基酸的
片断；用胰蛋白酶，通常得到末端为另一种氨基酸的片断。
　　　　　反之，若用强酸处理，则各种末端氨基酸的片断是随机的。
　　　　　由此，桑格设想，酸水解肽键是随机的，消化蛋白质的酶是专性的，只
断裂某些氨基酸之间的肽键。
　　　　　桑格和他的同事们一旦分离出各种片断，他们就能确定每个片断的化学
特性，并确定它们的数量。
　　　　　用这种方法，他们鉴定了数百个片断并确定了每种片断出现的频率。
　　　　　最后，桑格不但搞清了胰岛素中氨基酸的数目和种类，而且还揭示了它
们彼此连接的特定顺序。
　　　　　1945年，桑格曾把进行这项工作的难度比喻为从一堆废料中挑选零件，
然后重新组合为一辆完整的汽车。
　　　　　桑格认为，这项工作的关键是找到由两个或两个以上氨基酸连接成的片
断，就像在一大堆废料中寻找轮子和轴连在一起的零件一样，由此可以推测
出这两部分在完整的汽车上的连接情况。
　　　　　桑格用2，4二硝基氟苯作为多肽链端上氨基的试剂进行实验，发现在比
较温和的条件下，这个试剂可以和蛋白质结合，然而在酸性水解时，端基的
氨基酸又成为鲜黄色的2，4二硝基衍生物，即所谓PNP化合物。
　　　　　由此，桑格断定，利用这种试剂可以使端基氨基酸和其他氨基酸分离。
接着，桑格又利用电泳法和色谱法来进行分离和鉴定，用酸和酶来降解蛋白
质所得到的产物。
　　　　　后来，桑格和他的小组终于描绘出牛胰岛素的氨基酸排列顺序图。
　　　　　这个胰岛素分子总共由51个氨基酸组成，排成两条多肽链（标为a链和
b链），两条肽链之间由二硫键相连。
　　　　　桑格的工作第一次证明了蛋白质是氨基酸通过肽键连结在一起的聚合
物。
　　　　　这在当时是一个重大的突破，桑格也因此而荣获1958年诺贝尔化学奖。
　　　　　桑格对胰岛素的研究和测定，为人工合成胰岛素开辟了一条广阔的道
路。
　　　　　1958年，中国科技工作者在前人对胰岛素结构和肽链合成方法研究的基
础上，开始研究合成胰岛素。
　　　　　他们主要是分三步来完成这项工作的：
　　　　　第一步先把天然胰岛素的两个肽链拆开，然后再重新合成有活性的胰岛
素；
　　　　　第二步用一条人工合成的肽链来代替一条天然肽链，合成半人工胰岛
素；
　　　　　第三步用两条人工合成肽链合成人工胰岛素。
　　　　　1965年，中国科技工作者在世界上首次合成了结晶牛胰岛素。
　　　　　当各种荣誉纷至沓来的时候，桑格并没有骄傲自大，孤芳自赏，他对于
自己心爱的实验工作，更是一丝不苟了。
　　　　　无论是洗刷烧瓶试管等玻璃器皿，还是进行测定工作，他都坚持亲自去
做。他说：“我最喜欢也最擅长于实践，我当然也会思考，但不善于讨论。”
　　　　　他怎么也忘不掉，他在攻读博士学位的时候，他的导师皮里教授对待博
士生的方法，那就是“把他们扔进深渊，让他们寻找出路。”而这种方法，
终于迫使桑格独立地思考，大胆地去探索、实验。
　　　　　在漫漫的科学道路上，桑格一如既往地沿着既定的目标，奋力地上下求
索着。
　　　　　不久，桑格又发明了测定DNA顺序的科学方法，使揭示生命奥妙的工作
由可能转为现实，他本人也因此而于1980年再度获得诺贝尔化学奖。
　　　　　进入60年代以后，桑格开始转向核酸顺序的研究和测定工作，在对RNA
的顺序测定获得重大进展以后，于1969年又开始了对　DNA的顺序测定工作。
　　　　　DNA即脱氧核糖核酸，是一种遗传物质，主要集中在细胞核中。
　　　　　染色体是由蛋白质和核酸组成的。二者都是长链状的多聚体，由相似然
而并不必然相同的单体以化学键结合在一起而成。
　　　　　长期以来，认为蛋白质是活细胞中最重要的、最广泛存在的成份，而核
酸似乎是四种核苷酸按同样次序的重复排列。
　　　　　这就产生一种观念，即：基因和染色体的活性成份是蛋白质而不是核酸。
这种观念直到50年代初才被打破。
　　　　　随着基因论的发展，许多科学家推测基因是某种化学实体。1928年摩尔
根在　《基因论》一书中写道：
　　　　　“我们仍然难以放弃这个可爱的假设，就是基因之所以稳定，是因为它
代表着一个有机的化学实体。
　　　　　后来证明这个化学实体就是DNA。
　　　　　DNA分子链上的核苷酸的排列顺序是分子生物学所要解决的重要课题。
　　　　　生物遗传信息储存在DNA的核苷酸序列中，如果能够弄清楚各种生物的
核苷酸序列，就等于了解了生命的本质。
　　　　　桑格首先分析所测的DNA的两条单链效果，然后改进了测定方法，进而
又创造出自己独特的测定方法，使测定工作变得更加准确、简便、易于操作。
　　　　　由桑格所首创的DNA顺序测定法，至今仍被生物科学家们所特别看重，
并广泛地用于测定蛋白质中的氨基酸顺序。
　　　　　今天，分子生物学家还在继续深入地探讨研究这种方法，以企望对高等
生物的基因有更加深入的了解。
　　　　　桑格对人类的贡献是巨大的，也是不朽的。他于65岁的时候退休，因为
他总觉得：“若我继续工作下去，就会发现总失败，而且这样占着可给年轻
人的位置是一种犯罪。”
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　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。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　遗传学的研究
　　　　　后来，比德尔在斯坦福大学又遇到了微生物学家塔特姆，他们的合作导
致了生化遗传学史上硕果累累的时代。
　　　　　比德尔和塔特姆一致决定用红色面包酶来进行研究。
　　　　　红色面包酶的优点很多，主要是：
　　　　　首先，它产生有性后代的世代时间较短。
　　　　　其次，它在实验室内易于生长和保存　（在含有简单培养基的试管中就能
生长）；
　　　　　再次，它容易鉴别代谢的　（即生化的）突变体；
　　　　　最后，它的成体阶段是单倍体（只有一套染色体），这样就使所有的突
变基因都表现出它们的表现型。
　　　　　他们用X射线照射正常的红色面包酶的孢子以提高其突变率。由于大多
数突变是有害的，所以他们希望许多被照射过的孢子，将不能在“基本培养
基”上萌发。
　　　　　所有被照射的孢子最初培养在一种“完全”培养中，这种培养基含有原
料和生物体正常产生的全部物质。
　　　　　将每类生长旺盛的孢子采下来以后，再把它们培养在“基本培养基”上，
以决定哪些原种发生了突变。
　　　　　在鉴别了大量这样的突变体之后，比德尔和塔特姆对每一菌株形成的孢
子进行了遗传分析。结果表明，代谢障碍和基因分离直接相关。因此，可观
察到的代谢障碍看来是和基因突变相联的。
　　　　　因此，他们得出结论，基因突变引起酶的变化，而且每一基因一定控制
着某一种特定酶的合成。
　　　　　根据这项工作，他们提出了“一个基因一种酶”的假说，大意就是说，
每一个基因产生一种特殊的酶。
　　　　　比德尔和塔特姆的这个学说解决了基因怎样对遗传性状起作用，但是，
仍旧没有解决基因的物质基础是什么的问题。
　　　　　基因就好像一个神秘的幽灵一样，它到底在哪里呢？
　　　　　在30年代