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在地球上，蛋白质是生命的基础，所有已发现的生命体都含有蛋白质，而蛋白质本身也具有非常重要的作用，在工业上，蛋白质可以分解杂质、提高效率；在医学上，蛋白质可以检测疾病、治病救人，等等。可以说，自从人类开始合成蛋白质，科学的发展又上了一个新台阶，而这一切始于中国科学家合成的第一个蛋白质——人工胰岛素。 唯一且正确的选择 我们很难想到，中国首次合成蛋白质的时间竟然早在20世纪五六十年代、新中国还一穷二白的时期。而合成蛋白质的初衷，仅仅是“做一个大项目，向国庆十周年献礼”。科研人员那时并不知道，他们面临着怎样的难题。 无论如何，当中科院上海生物化学研究所的科学家提出用合成蛋白质向祖国献礼时，获得了满怀爱国热情的人们的一致赞成。中国科学家首先要选择合成对象，有那么多蛋白质，合成哪个呢？摆在他们面前的选择其实就一个：胰岛素。胰岛素是控制糖尿病的唯一药物，也是当时人类唯一已知氨基酸序列的蛋白质。从1955年搞清它的序列后，国际上许多科学家就在尝试合成胰岛素。 高倍显微镜下的人工胰岛素结晶 胰岛素还有一个适于人工合成的优势：它的分子很小，仅由51个氨基酸组成。于是，中国科学家也将合成胰岛素选定为目标。胰岛素分子这么小，各国科学家却一直没能成功合成，原因是这51个氨基酸分成了A、B两条链，A链有21个氨基酸，B链有30个氨基酸，两条链由两个化学键连接在一起，而这两个键的位置并不确定。这样，胰岛素的结构就有无穷多种，很难合成出具有活性和功能的天然结构。 上海生化所的科学家在进行实验 中国科学家也面临着同样的难关，不过，他们有面对困难迎难而上、坚持不懈的决心，无论经历多少次失败都决不放弃。上海生化所的科学家邹承鲁带领的科研小组负责的工作就是确定胰岛素的A、B链中化学键的位置，搞清楚胰岛素的结构，为后续全合成奠定基础。 巧合发现中有必然 邹承鲁小组选择的方法是“胰岛素拆合”，就是先把天然胰岛素拆开成两条单独的A链和B链，之后去寻找条件，使分开的A、B链重新组合成天然胰岛素并确定其中化学键的位置。说起来容易做起来难，科研小组查阅了所有能找到的实验文献，他们看到许多外国科学家都曾尝试过重新组合胰岛素，但这些探索都无一例外地失败了。甚至有人认为，曾经用过的合成单链氨基酸链的方法并不适合胰岛素的合成。 邹承鲁 邹承鲁并没有被前人的失败吓倒，反而迎难而上，尝试了许多种将A链和B链重新组合的方法。科研人员后来回忆，实验过程所用去的化学溶剂足以灌满一个游泳池。经历了无数次失败和重来，一年多后，邹承鲁小组最终发现了不使用氧化剂而使胰岛素双链在低温下缓慢重组的方法。采用这种方法，A、B链在反应体系中自由重组成多种“胰岛素”，其中，天然胰岛素占比达到了10%。 这意味着什么呢？如果反应体系中只有一条A链和一条B链，那么形成的胰岛素的结构是确定的，重复进行许多组实验，形成天然胰岛素的概率也大致相同。可是，当反应体系中有成千上万条A链和B链时，两条链可以以不同比例与方式组合成许多种“胰岛素”，但只有一种是天然胰岛素的结构，所以组合正确的概率是无穷分之一——约等于0。而邹承鲁小组却实现了天然胰岛素的重组率达到10%的壮举，这样的结果暗示着胰岛素的天然结构是其所有可能结构中最稳定的一个，因此在自由重组形成的产物中含量最高。 科学家们在小白鼠身上试用人工胰岛素 邹承鲁小组的实验成果确定了胰岛素的结构，由此开始了人工全合成胰岛素的攻关。1964年，两个研究小组分别合成了胰岛素的两条链，同时，邹承鲁小组用相同的方法将A、B链重组成天然胰岛素。1965年，科学家通过小鼠惊厥实验证明了人工合成的胰岛素确实具有和天然胰岛素相同的活性。经过6年多的辛勤奋战，中国科学家首次用人工方法合成了具有全部生物活性的结晶牛胰岛素。 辛苦付出终获回报 可以看到，在进行人工合成胰岛素的尝试中，中国科学家付出了极大的人力物力和时间精力，当时，仅在中科院上海分院，就集中了五家研究所300多人的科研队伍。其时正逢国家经济困难时期，合成工作困难重重，甚至一度因没有成果而被叫停。好在党中央、国务院、教育部等多部门都对这些工作表示了支持和鼓励，时任国务院副总理的聂荣臻同志表态：你们做，再大的责任都由我们承担，人工合成胰岛素100年也要搞下去！ 我们现在知道，这些支持和鼓励对实验的成功乃至如今中国科技的发展具有重大意义。作为新中国诞生后第一个居世界领先水平的基础理论研究成果，结晶牛胰岛素的合成在国际上引起巨大的轰动，不但上百名世界各地的著名科学家来信祝贺，英国电视台、《纽约时报》等许多国家知名媒体也重点报道了这一消息，大大提高了中国在科技领域的国际地位。 中国科学家在进行牛胰岛素的合成实验 此外，人工牛胰岛素的合成，标志着人类在认识生命、探索生命奥秘的征途中迈出了关键性的一步，促进了生命科学的发展，开辟了人工合成蛋白质的时代；大大促进了我国的基础研究的发展，通过胰岛素的人工合成工作，中国整个多肽领域都被带动发展了起来；在人工合成胰岛素研究中集中培养起的一批科研人才，日后成为我国生物化学界的中坚力量。 尽管首次合成胰岛素没能获得诺贝尔奖，也没能带来实际的经济效益，但它所承载的历史意义是毋庸置疑的。 |
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