華若曦

在地球上，蛋白質(zhì)是生命的基礎(chǔ)，所有已發(fā)現(xiàn)的生命體都含有蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)本身也具有非常重要的作用，在工業(yè)上，蛋白質(zhì)可以分解雜質(zhì)、提高效率;在醫(yī)學(xué)上，蛋白質(zhì)可以檢測疾病、治病救人，等等?？梢哉f，自從人類開始合成蛋白質(zhì)，科學(xué)的發(fā)展又上了一個新臺階，而這一切始于中國科學(xué)家合成的第一個蛋白質(zhì)——人工胰島素。

我們很難想到，中國首次合成蛋白質(zhì)的時間竟然早在20世紀(jì)五六十年代、新中國還一窮二白的時期。而合成蛋白質(zhì)的初衷，僅僅是“做一個大項目，向國慶十周年獻禮”?？蒲腥藛T那時并不知道，他們面臨著怎樣的難題。

上海生化所的科學(xué)家在進行實驗

無論如何，當(dāng)中科院上海生物化學(xué)研究所的科學(xué)家提出用合成蛋白質(zhì)向祖國獻禮時，獲得了滿懷愛國熱情的人們的一致贊成。中國科學(xué)家首先要選擇合成對象，有那么多蛋白質(zhì)，合成哪個呢？擺在他們面前的選擇其實就一個：胰島素。胰島素是控制糖尿病的唯一藥物，也是當(dāng)時人類唯一已知氨基酸序列的蛋白質(zhì)。從1955年搞清它的序列后，國際上許多科學(xué)家就在嘗試合成胰島素。

鄒承魯

胰島素還有一個適于人工合成的優(yōu)勢：它的分子很小，僅由51個氨基酸組成。于是，中國科學(xué)家也將合成胰島素選定為目標(biāo)。胰島素分子這么小，各國科學(xué)家卻一直沒能成功合成，原因是這51個氨基酸分成了A、B兩條鏈，A鏈有21個氨基酸，B鏈有30個氨基酸，兩條鏈由兩個化學(xué)鍵連接在一起，而這兩個鍵的位置并不確定。這樣，胰島素的結(jié)構(gòu)就有無窮多種，很難合成出具有活性和功能的天然結(jié)構(gòu)。

中國科學(xué)家也面臨著同樣的難關(guān)，不過，他們有面對困難迎難而上、堅持不懈的決心，無論經(jīng)歷多少次失敗都決不放棄。上海生化所的科學(xué)家鄒承魯帶領(lǐng)的科研小組負責(zé)的工作就是確定胰島素的A、B鏈中化學(xué)鍵的位置，搞清楚胰島素的結(jié)構(gòu)，為后續(xù)全合成奠定基礎(chǔ)。

鄒承魯小組選擇的方法是“胰島素拆合”，就是先把天然胰島素拆開成兩條單獨的A鏈和B鏈，之后去尋找條件，使分開的A、B鏈重新組合成天然胰島素并確定其中化學(xué)鍵的位置。說起來容易做起來難，科研小組查閱了所有能找到的實驗文獻，他們看到許多外國科學(xué)家都曾嘗試過重新組合胰島素，但這些探索都無一例外地失敗了。甚至有人認為，曾經(jīng)用過的合成單鏈氨基酸鏈的方法并不適合胰島素的合成。

上海生化所的科學(xué)家在進行實驗

高倍顯微鏡下的人工胰島素結(jié)晶

鄒承魯并沒有被前人的失敗嚇倒，反而迎難而上，嘗試了許多種將A鏈和B鏈重新組合的方法。科研人員后來回憶，實驗過程所用去的化學(xué)溶劑足以灌滿一個游泳池。經(jīng)歷了無數(shù)次失敗和重來，一年多后，鄒承魯小組最終發(fā)現(xiàn)了不使用氧化劑而使胰島素雙鏈在低溫下緩慢重組的方法。采用這種方法，A、B鏈在反應(yīng)體系中自由重組成多種“胰島素”，其中，天然胰島素占比達到了10%。

這意味著什么呢？如果反應(yīng)體系中只有一條A鏈和一條B鏈，那么形成的胰島素的結(jié)構(gòu)是確定的，重復(fù)進行許多組實驗，形成天然胰島素的概率也大致相同?？墒?，當(dāng)反應(yīng)體系中有成千上萬條A鏈和B鏈時，兩條鏈可以以不同比例與方式組合成許多種“胰島素”，但只有一種是天然胰島素的結(jié)構(gòu)，所以組合正確的概率是無窮分之一——約等于0。而鄒承魯小組卻實現(xiàn)了天然胰島素的重組率達到10%的壯舉，這樣的結(jié)果暗示著胰島素的天然結(jié)構(gòu)是其所有可能結(jié)構(gòu)中最穩(wěn)定的一個，因此在自由重組形成的產(chǎn)物中含量最高。

科學(xué)家們在小白鼠身上試用人工胰島素

中國科學(xué)家在進行牛胰島素的合成實驗

鄒承魯小組的實驗成果確定了胰島素的結(jié)構(gòu)，由此開始了人工全合成胰島素的攻關(guān)。1964年，兩個研究小組分別合成了胰島素的兩條鏈，同時，鄒承魯小組用相同的方法將A、B鏈重組成天然胰島素。1965年，科學(xué)家通過小鼠驚厥實驗證明了人工合成的胰島素確實具有和天然胰島素相同的活性。經(jīng)過6年多的辛勤奮戰(zhàn)，中國科學(xué)家首次用人工方法合成了具有全部生物活性的結(jié)晶牛胰島素。

可以看到，在進行人工合成胰島素的嘗試中，中國科學(xué)家付出了極大的人力、物力和時間精力，當(dāng)時，僅在中科院上海分院，就集中了五家研究所300多人的科研隊伍。其時正逢國家經(jīng)濟困難時期，合成工作困難重重，甚至一度因沒有成果而被叫停。好在黨中央、國務(wù)院、教育部等多部門都對這些工作表示了支持和鼓勵，時任國務(wù)院副總理的聶榮臻同志表態(tài)：你們做，再大的責(zé)任都由我們承擔(dān)，人工合成胰島素100年也要搞下去！

我們現(xiàn)在知道，這些支持和鼓勵對實驗的成功乃至如今中國科技的發(fā)展具有重大意義。作為新中國誕生后第一個居世界領(lǐng)先水平的基礎(chǔ)理論研究成果，結(jié)晶牛胰島素的合成在國際上引起巨大的轟動，不但上百名世界各地的著名科學(xué)家來信祝賀，英國電視臺、《紐約時報》等許多國家知名媒體也重點報道了這一消息，大大提高了中國在科技領(lǐng)域的國際地位。

此外，人工牛胰島素的合成，標(biāo)志著人類在認識生命、探索生命奧秘的征途中邁出了關(guān)鍵性的一步，促進了生命科學(xué)的發(fā)展，開辟了人工合成蛋白質(zhì)的時代;大大促進了我國的基礎(chǔ)研究的發(fā)展，通過胰島素的人工合成工作，中國整個多肽領(lǐng)域都被帶動發(fā)展了起來;在人工合成胰島素研究中集中培養(yǎng)起的一批科研人才，日后成為我國生物化學(xué)界的中堅力量。盡管首次合成胰島素沒能獲得諾貝爾獎，也沒能帶來實際的經(jīng)濟效益，但它所承載的歷史意義是毋庸置疑的。