七年堅持不懈 人工合成胰島素登頂化學合成之巔

　　1958年，胰島素化學結(jié)構(gòu)的解析工作獲得諾貝爾化學獎?！蹲匀弧钒l(fā)表評論文章說：合成胰島素將是遙遠的事情。

　　可能是在同時，遙遠的中國卻正式開啟了這個“遙遠”的事情——人工合成胰島素。

　　幾年后，由中國科學院生化所、有機所以及北京大學精干技術力量組成的中國團隊成功將“遙遠”鎖定為7年。后來的《科學》雜志登載了題為《紅色中國的胰島素全人工合成》的數(shù)頁長評。

　　國際學界認為的遙遠究竟有多遠？一個完整的胰島素分子由51個氨基酸組成，可以理解為51塊“拼圖”，但與實體拼圖不同的是，每一塊和另一塊都可能由于化學鍵的“相互吸引”而結(jié)合，進而產(chǎn)生無限可能。研究者一面要“攔”著錯的結(jié)合，同時還要探索促成對的結(jié)合的最佳條件。此外，對于化學合成多肽來說，“51”在彼時是個天文數(shù)字。

　　重重困難讓這個“遙遠”遙不可及，然而，中國用7年的堅持不懈，通過人工合成胰島素登頂化學合成之巔。

　　蹚出一條“A、B”路

　　這是一條被國外科學家從理論上證明不可能走通的路。“胰島素是一個蛋白質(zhì)，不僅分子量大而且結(jié)構(gòu)非常復雜，分子中含有三對雙硫(-S-S-)鍵。胰島素合成涉及有機合成、化學與生物分析、生物活性等方面。其工作量之大、難度之高是生物化學與有機化學領域中前所未有的。”參與人工合成胰島素研究工作的北京大學教授葉蘊華說。

　　胰島素的一級結(jié)構(gòu)分子式看起來像個兩層的“衣架”，最上面的提手是一個雙硫鍵，上層鏈(A鏈)和下層鏈(B鏈)由兩個雙硫鍵連接。

　　美國化學家考斯曼曾從相對概率的角度計算過，如果以A、B鏈為元件進行合成，A鏈與B鏈不僅可以A1B1的方式結(jié)合，而且可以AnBm等各種可能的方式結(jié)合，這使得A鏈與B鏈“隨機碰撞”后有無限多種可能，相應地其中正確胰島素結(jié)構(gòu)的可能性就微乎其微。這樣的證明以及其他嘗試者的失敗使得西方學界對于合成胰島素持悲觀的態(tài)度。

　　悲觀者往往正確，樂觀者卻往往成功。

　　中國團隊的樂觀不是無源之水。葉蘊華回憶：1959年初上海生化所鄒承魯課題組的杜雨蒼、張友尚等開始探索天然胰島素的拆分與重組合。他們的拆、合研究經(jīng)歷了多次失敗后，于1959年3月出現(xiàn)了好的苗頭：重新氧化拆開后的胰島素A、B鏈的混合物能表現(xiàn)出天然胰島素0.7%—1%的活力。

　　事實勝于雄辯?；旌衔锏幕盍φ急冗h比概率分析的高很多。通過在適當條件下氧化被還原的A鏈和B鏈，生物活力的恢復可達50%。在1961年發(fā)表的相關論文中，研究人員明確指出，“充分芐基化了的胰島素衍生物能恢復活力這一事實，說明可以通過人工合成的A鏈與B鏈最后合成胰島素”。

　　“從當時的國際學術環(huán)境看，雖然由于上世紀50年代的代表性工作使蛋白質(zhì)合成成為當時世界生物化學領域的研究熱點之一，但有關探索性工作還僅限于少數(shù)人在開展。人工合成蛋白質(zhì)研究尚處在起步階段。”中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所所長劉小龍表示，胰島素的合成不僅是開創(chuàng)性工作，還是逆勢而為的開創(chuàng)性工作。

　　活性！活性！活性！

　　1965年9月17日，上海市岳陽路320號牽動著參與這一研發(fā)工作的所有人的心，但能進入現(xiàn)場的卻只有少數(shù)幾人。

　　“施溥濤代表北大，張偉君代表有機所與生化所杜雨蒼等少數(shù)人進行實驗，其他人只能在實驗室外面等待結(jié)果。”葉蘊華仍然記得不能進入現(xiàn)場時的焦急心情。

　　終于，杜雨蒼走出了實驗室，手中捧著晶瑩透明的人工全合成牛胰島素結(jié)晶。一張經(jīng)典的照片記錄了合成成功的情景，小白鼠在注射天然胰島素和人工合成胰島素后均發(fā)生驚厥，研究人員記錄它們的驚厥時間和狀態(tài)，小鼠的驚厥證明了人工合成胰島素擁有天然胰島素的活性。

　　經(jīng)過一系列的檢測，最終證明，中國團隊在世界上第一次人工全合成了與天然胰島素分子化學結(jié)構(gòu)相同并具有完整生物活性的蛋白質(zhì)，且生物活性達到天然胰島素的80%。

　　“胰島素合成是一個復雜的系統(tǒng)工程。它是由51個氨基酸通過200多步化學反應而合成的具有生物活力的蛋白質(zhì)。合成中每一個步驟都會影響最后的成敗，因此對每一步反應都必須嚴格把關。每一步的產(chǎn)物均經(jīng)過嚴格鑒定合格后才能開啟下一步。”葉蘊華說。

　　活性取決于每個分子基團的狀態(tài)和位置，因此人工合成的每一步都是在對分子基團進行操作，其對精準度的要求可想而知，外界條件、溶液濃度等都不能差池半分，任何一步都決定之后的“活性”。

　　在沒有高精度儀器輔助的情況下，在沒有質(zhì)譜、核磁共振等現(xiàn)代光譜分析手段作為“敏銳的眼睛”判斷正誤的情況下，一切都依靠科研人員的大國工匠精神。“玻璃滴管頭拉得比發(fā)絲還細，以便精細調(diào)節(jié)溶液的pH值。”葉蘊華對一次合成A鏈時的實驗操作記憶猶新，“粗調(diào)”后的“細調(diào)”是根據(jù)精細pH試紙的顏色，現(xiàn)場討論是否要再多加一滴堿或一滴酸，項目組帶頭人汪猷親臨現(xiàn)場指導。

　　“在合成過程中，制備的大多數(shù)肽段均使用兩種或兩種以上不同的路線或方法，得到小肽后的分析數(shù)據(jù)的理論值雖然事先都經(jīng)過仔細的計算，但是結(jié)果出來后，汪猷先生還要親自再用計算尺(當時尚無計算器)復審。”葉蘊華說。

　　“一步出錯即滿盤皆輸。”劉小龍用最精當?shù)脑捳Z總結(jié)出這一研究的艱難險阻。

　　這絕非單純的研究興趣使然，也非一味追逐科學發(fā)展的前沿熱點所致。1961年，時任國務院副總理的聶榮臻到生化所視察時表態(tài)：“你們做，再大的責任我們承擔，人工合成胰島素100年也要搞下去。”

　　“強烈的民族責任心、高度的國家使命感無疑是驅(qū)使科研人員敢于作為、勇于創(chuàng)新、不懼困難，立志為國爭光的強大精神動力。”劉小龍說，“正是將國家利益置于首位，勇于為國擔當，才使科研人員能夠以超乎尋常的膽識做大我國科技事業(yè)發(fā)展的格局。”

　　提到人工合成胰島素，國人總是糾結(jié)于它未曾得到諾獎認可。“不搞上海的胰島素，不搞北京的胰島素，一心一意搞出中國的胰島素”，這句擲地有聲的話語及其被強有力的執(zhí)行說明了一切?？梢哉f，人工合成胰島素是一個諾獎難以詮釋的協(xié)作成果。（記者 張佳星）

　　轉(zhuǎn)自：科技日報

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