人工合成牛胰島素

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人工合成牛胰島素

摘要:經(jīng)過6年多的艱苦工作,中國科學(xué)院生物化學(xué)研究所等單位共同邁出了關(guān)鍵的一步:人工合成結(jié)晶牛胰島素實(shí)驗(yàn)成功。這是當(dāng)時(shí)人工合成的具有生物活力的最大的天然有機(jī)化合物。

經(jīng)過6年多的艱苦工作,中國科學(xué)院生物化學(xué)研究所等單位共同邁出了關(guān)鍵的一步:人工合成結(jié)晶牛胰島素實(shí)驗(yàn)成功。這是當(dāng)時(shí)人工合成的具有生物活力的最大的天然有機(jī)化合物。

這一天是1965年9月17日,中國成為第一個(gè)合成蛋白質(zhì)的國家。

在人體十二指腸旁邊,有一條長形的器官,那就是胰腺。胰腺中,散布著許許多多的細(xì)胞群,叫做胰島。當(dāng)胰島中的β細(xì)胞受到比如葡萄糖、乳糖、胰高血糖素等刺激,就會(huì)分泌一種蛋白質(zhì)激素——胰島素。人的胰腺每天產(chǎn)生1到2毫克胰島素,一旦不足,就會(huì)引起代謝障礙,尤其是葡萄糖不能被有效地吸收,過多的糖隨尿排出——這就是糖尿病的由來。

研究人員在人工合成B鏈肽段和A鏈肽段(圖片來源:人民畫報(bào))

事實(shí)上,胰島素的發(fā)現(xiàn)不僅是糖尿病歷史上,也是整個(gè)醫(yī)學(xué)史的里程碑。1889年,德國的敏柯斯基(OskarMinkowski)首次發(fā)現(xiàn)了胰臟和糖尿病的關(guān)聯(lián)后,就不斷有人嘗試分離胰臟的“神秘內(nèi)分泌物質(zhì)”,陸續(xù)地,也有報(bào)導(dǎo)指出胰臟的萃取物具有降血糖的作用——但不是效果不夠好,就是副作用大,都沒有得到同行的認(rèn)可。

盡管早早被人類發(fā)現(xiàn),但胰島素的作用多樣,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,遲遲不能完全為人類了解。真正的純化及結(jié)構(gòu)決定,要到1955年,才由英國劍橋大學(xué)的弗雷德里克·桑格用生物降解和標(biāo)記方法確定了第一個(gè)活性蛋白質(zhì)——牛胰島素分子的氨基酸連接順序(一級結(jié)構(gòu))。1958年,桑格獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

1958年12月底,我國人工合成胰島素課題正式啟動(dòng)。

課題啟動(dòng)后,中國科學(xué)院生物化學(xué)研究所考慮到工作難度、工作量問題,先后請求與中國科學(xué)院有機(jī)化學(xué)研究所、北京大學(xué)化學(xué)系有機(jī)教研室合作。

北京大學(xué)同意了加入合作,抽出了人員來參與研究。北京大學(xué)的邢其毅教授、張滂教授和陸德培等4位青年教師、季愛雪等4位研究生一起,帶領(lǐng)有機(jī)專業(yè)的十多名應(yīng)屆畢業(yè)生展開研究;上海生化所則建立了由鄒承魯、鈕經(jīng)義、曹天欽、沈昭文等人分別負(fù)責(zé)的5個(gè)研究小組,他們也各帶了一批年輕的科研人員,分頭探路。由此,這場人工合成胰島素的奮戰(zhàn),也被稱為“大兵團(tuán)合作”。后來,經(jīng)過上海生化所所長王應(yīng)睞的提議,這種費(fèi)錢、費(fèi)力而不討好的合作研究方式告一段落。

當(dāng)時(shí)的蛋白質(zhì)研究正是世界生物化學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),甚至被視作“破解生命之謎的關(guān)節(jié)點(diǎn)”。作為蛋白質(zhì)的一種,胰島素由胰腺的胰島乙細(xì)胞分泌,由A、B兩條肽鏈,共26種51個(gè)氨基酸組成。

概括起來,研究過程可以分成三步:第一步,先把天然胰島素拆成兩條鏈,再把它們重新合成為胰島素,研究小組在1959年突破了這一關(guān),重新合成的胰島素是同原來活力相同、形狀一樣的結(jié)晶;第二步,合成胰島素的兩條鏈后,用人工合成的B鏈同天然的A鏈相連接——這種牛胰島素的半合成在1964年獲得成功;第三步,經(jīng)過考驗(yàn)的半合成的A鏈與B鏈相結(jié)合。

研究人員將重點(diǎn)放在了解決“如何使A鏈和B鏈通過氧化重新組合起來”上。這意味著要將胰島素分子還原、分離、純化。最后,通過小鼠驚厥實(shí)驗(yàn)證明了純化的人工合成胰島素確實(shí)具有和天然胰島素相同的活性。

合成過程中,研究人員向人工合成的牛胰島素中攙入了放射性14C作為示蹤原子,與天然牛胰島素混合到一起,經(jīng)過多次重新結(jié)晶,得到了放射性14C分布均勻的牛胰島素結(jié)晶,證明了人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素完全融為一體,它們是同一種物質(zhì)。

隨后,由中國科學(xué)院生物生化研究所副所長曹天欽主持起草了論文,將這一重要科學(xué)研究成果首先以簡報(bào)形式發(fā)表在1965年11月的《中國科學(xué)》雜志上,1966年4月,全文發(fā)表。

一段時(shí)間,關(guān)于這項(xiàng)研究錯(cuò)失諾貝爾獎(jiǎng)的種種猜測疑云,為“人工合成牛胰島素”罩上一層神秘色彩。

擔(dān)任過人工合成胰島素課題北大研究組長張滂解釋,“中國沒有因人工合成胰島素獲得諾貝爾獎(jiǎng),不過也沒有其他國家因?yàn)楹铣梢葝u素而獲獎(jiǎng)。”諾貝爾獎(jiǎng)的要求之一是“必須完全創(chuàng)新”,而人工合成牛胰島素的研究中,合成技術(shù)是已知的、沒有創(chuàng)新的方法,自然無緣諾貝爾獎(jiǎng)。

以今天的眼光回望,或許這項(xiàng)研究被賦予更多的是象征意義。

在張滂看來,“人工合成胰島素沒有任何應(yīng)用價(jià)值,人工合成的價(jià)格很貴,而今用的胰島素都是用生物方法合成。”

上世紀(jì)50年代,世界權(quán)威雜志《自然》曾發(fā)表評論文章,認(rèn)為人工合成胰島素還不是近期能夠做到的。1966年12月27日,毛澤東73歲生日的第二天,《人民日報(bào)》發(fā)表了一篇社論,宣布“我國在世界上第一次人工合成結(jié)晶胰島素”。

責(zé)任編輯:王梓辰校對:總編室最后修改:
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