七年堅(jiān)持不懈 人工合成胰島素登頂化學(xué)合成之巔

　　1958年，胰島素化學(xué)結(jié)構(gòu)的解析工作獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。《自然》發(fā)表評(píng)論文章說：合成胰島素將是遙遠(yuǎn)的事情。

　　可能是在同時(shí)，遙遠(yuǎn)的中國(guó)卻正式開啟了這個(gè)“遙遠(yuǎn)”的事情——人工合成胰島素。

　　幾年后，由中國(guó)科學(xué)院生化所、有機(jī)所以及北京大學(xué)精干技術(shù)力量組成的中國(guó)團(tuán)隊(duì)成功將“遙遠(yuǎn)”鎖定為7年。后來的《科學(xué)》雜志登載了題為《紅色中國(guó)的胰島素全人工合成》的數(shù)頁(yè)長(zhǎng)評(píng)。

　　國(guó)際學(xué)界認(rèn)為的遙遠(yuǎn)究竟有多遠(yuǎn)？一個(gè)完整的胰島素分子由51個(gè)氨基酸組成，可以理解為51塊“拼圖”，但與實(shí)體拼圖不同的是，每一塊和另一塊都可能由于化學(xué)鍵的“相互吸引”而結(jié)合，進(jìn)而產(chǎn)生無限可能。研究者一面要“攔”著錯(cuò)的結(jié)合，同時(shí)還要探索促成對(duì)的結(jié)合的最佳條件。此外，對(duì)于化學(xué)合成多肽來說，“51”在彼時(shí)是個(gè)天文數(shù)字。

　　重重困難讓這個(gè)“遙遠(yuǎn)”遙不可及，然而，中國(guó)用7年的堅(jiān)持不懈，通過人工合成胰島素登頂化學(xué)合成之巔。

　　蹚出一條“A、B”路

　　這是一條被國(guó)外科學(xué)家從理論上證明不可能走通的路。“胰島素是一個(gè)蛋白質(zhì)，不僅分子量大而且結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，分子中含有三對(duì)雙硫(-S-S-)鍵。胰島素合成涉及有機(jī)合成、化學(xué)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(xué)與有機(jī)化學(xué)領(lǐng)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(xué)教授葉蘊(yùn)華說。

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

　　美國(guó)化學(xué)家考斯曼曾從相對(duì)概率的角度計(jì)算過，如果以A、B鏈為元件進(jìn)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(jī)碰撞”后有無限多種可能，相應(yīng)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(xué)界對(duì)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(guó)團(tuán)隊(duì)的樂觀不是無源之水。葉蘊(yùn)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(shí)勝于雄辯?；旌衔锏幕盍φ急冗h(yuǎn)比概率分析的高很多。通過在適當(dāng)條件下氧化被還原的A鏈和B鏈，生物活力的恢復(fù)可達(dá)50%。在1961年發(fā)表的相關(guān)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(fù)活力這一事實(shí)，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(dāng)時(shí)的國(guó)際學(xué)術(shù)環(huán)境看，雖然由于上世紀(jì)50年代的代表性工作使蛋白質(zhì)合成成為當(dāng)時(shí)世界生物化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，但有關(guān)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(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所所長(zhǎng)劉小龍表示，胰島素的合成不僅是開創(chuàng)性工作，還是逆勢(shì)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(yáng)路320號(hào)牽動(dòng)著參與這一研發(fā)工作的所有人的心，但能進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的卻只有少數(shù)幾人。

　　“施溥濤代表北大，張偉君代表有機(jī)所與生化所杜雨蒼等少數(shù)人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其他人只能在實(shí)驗(yàn)室外面等待結(jié)果。”葉蘊(yùn)華仍然記得不能進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)時(shí)的焦急心情。

　　終于，杜雨蒼走出了實(shí)驗(yàn)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(shí)間和狀態(tài)，小鼠的驚厥證明了人工合成胰島素?fù)碛刑烊灰葝u素的活性。

　　經(jīng)過一系列的檢測(cè)，最終證明，中國(guó)團(tuán)隊(duì)在世界上第一次人工全合成了與天然胰島素分子化學(xué)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(dá)到天然胰島素的80%。

　　“胰島素合成是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。它是由51個(gè)氨基酸通過200多步化學(xué)反應(yīng)而合成的具有生物活力的蛋白質(zhì)。合成中每一個(gè)步驟都會(huì)影響最后的成敗，因此對(duì)每一步反應(yīng)都必須嚴(yán)格把關(guān)。每一步的產(chǎn)物均經(jīng)過嚴(yán)格鑒定合格后才能開啟下一步。”葉蘊(yùn)華說。

　　活性取決于每個(gè)分子基團(tuán)的狀態(tài)和位置，因此人工合成的每一步都是在對(duì)分子基團(tuán)進(jìn)行操作，其對(duì)精準(zhǔn)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(guó)工匠精神。“玻璃滴管頭拉得比發(fā)絲還細(xì)，以便精細(xì)調(diào)節(jié)溶液的pH值。”葉蘊(yùn)華對(duì)一次合成A鏈時(shí)的實(shí)驗(yàn)操作記憶猶新，“粗調(diào)”后的“細(xì)調(diào)”是根據(jù)精細(xì)pH試紙的顏色，現(xiàn)場(chǎng)討論是否要再多加一滴堿或一滴酸，項(xiàng)目組帶頭人汪猷親臨現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。

　　“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(xì)的計(jì)算，但是結(jié)果出來后，汪猷先生還要親自再用計(jì)算尺(當(dāng)時(shí)尚無計(jì)算器)復(fù)審。”葉蘊(yùn)華說。

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

　　這絕非單純的研究興趣使然，也非一味追逐科學(xué)發(fā)展的前沿?zé)狳c(diǎn)所致。1961年，時(shí)任國(guó)務(wù)院副總理的聶榮臻到生化所視察時(shí)表態(tài)：“你們做，再大的責(zé)任我們承擔(dān)，人工合成胰島素100年也要搞下去。”

　　“強(qiáng)烈的民族責(zé)任心、高度的國(guó)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(guó)爭(zhēng)光的強(qiáng)大精神動(dòng)力。”劉小龍說，“正是將國(guó)家利益置于首位，勇于為國(guó)擔(dān)當(dāng)，才使科研人員能夠以超乎尋常的膽識(shí)做大我國(guó)科技事業(yè)發(fā)展的格局。”

　　提到人工合成胰島素，國(guó)人總是糾結(jié)于它未曾得到諾獎(jiǎng)?wù)J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(guó)的胰島素”，這句擲地有聲的話語(yǔ)及其被強(qiáng)有力的執(zhí)行說明了一切?？梢哉f，人工合成胰島素是一個(gè)諾獎(jiǎng)難以詮釋的協(xié)作成果。（記者 張佳星）

　　轉(zhuǎn)自：科技日?qǐng)?bào)

　　【版權(quán)及免責(zé)聲明】凡本網(wǎng)所屬版權(quán)作品，轉(zhuǎn)載時(shí)須獲得授權(quán)并注明來源“中國(guó)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)”，違者本網(wǎng)將保留追究其相關(guān)法律責(zé)任的權(quán)力。凡轉(zhuǎn)載文章及企業(yè)宣傳資訊，僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，不代表本網(wǎng)觀點(diǎn)和立場(chǎng)。版權(quán)事宜請(qǐng)聯(lián)系：010-65367254。

延伸閱讀