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往事回眸
王應(yīng)睞所長(zhǎng)談牛胰島素的人工合成

王應(yīng)睞 (1907-2001),福建金門(mén)人,生物化學(xué)家,中國(guó)現(xiàn)代生物化學(xué)主要奠基人和分子生物學(xué)開(kāi)拓者,中國(guó)科學(xué)院院士,主要從事酶化學(xué)與營(yíng)養(yǎng)代謝研究。曾任中國(guó)科學(xué)院原上海生物化學(xué)研究所首任所長(zhǎng),名譽(yù)所長(zhǎng),中國(guó)科學(xué)院原上海生命科學(xué)研究院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所研究員、中國(guó)科學(xué)院上海分院院長(zhǎng)。他是中國(guó)生物化學(xué)科學(xué)研究工作的卓越?jīng)Q策者和領(lǐng)導(dǎo)人,在他的組織和領(lǐng)導(dǎo)下,1965 年和1981 年,中國(guó)在世界上分別首次完成具有生物活力的人工全合成結(jié)晶牛胰島素和酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸的兩項(xiàng)重大基礎(chǔ)性工作,使中國(guó)人工合成生物大分子的水平保持世界領(lǐng)先水平,為中國(guó)生化事業(yè)發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。

1965年917日,世界上第一個(gè)人工合成的蛋白質(zhì)——牛胰島素在中華人民共和國(guó)誕生了。消息傳出,在國(guó)內(nèi)外引起強(qiáng)烈反響。19664月進(jìn)行了鑒定會(huì)。會(huì)議期間,中國(guó)科學(xué)院郭沫若院長(zhǎng)和參加工作的人員合影。1982年,國(guó)家科委為這項(xiàng)成果頒發(fā)科技成果一等獎(jiǎng)。在國(guó)際上,許多朋友在看到發(fā)展的論文時(shí),即來(lái)信來(lái)電熱烈祝賀。祝賀中國(guó)作出一項(xiàng)“可以得諾貝爾獎(jiǎng)金”的工作。有的通訊社做了長(zhǎng)篇報(bào)道,有的報(bào)刊以顯著版面發(fā)布消息和評(píng)論。196681日在華沙召開(kāi)的歐洲生物化學(xué)學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)第三次會(huì)議上,中國(guó)人工合成胰島素成了會(huì)議的中心話(huà)題。英國(guó)分子生物學(xué)家,諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者、胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)的闡明者桑格(FSanger)博士特別興奮。他說(shuō):你們合成了胰島素,也解除了我思想上的一個(gè)負(fù)擔(dān)?!痹瓉?lái),當(dāng)時(shí)有人對(duì)他1955年提出的胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)的部分順序表示懷疑。

牛胰島素的合成之所以引起這樣強(qiáng)烈的反響,是因?yàn)椋?/span>

1、?我們的合成產(chǎn)物,各項(xiàng)指標(biāo)均過(guò)硬。胰島素,是由51個(gè)氨基酸所組成的兩條肽鏈構(gòu)成的蛋白質(zhì)。這兩條鏈分別叫做A鏈和B鏈。A21個(gè)氨基酸,B30個(gè)氨基酸。A、B兩條鏈間有兩個(gè)硫硫鍵,A鏈上另一個(gè)硫硫鏈。天然胰島素是動(dòng)物胰腺的分泌物,有調(diào)節(jié)糖代謝、降低血糖的功用。不同動(dòng)物的胰島素有種屬差異性。其主要表現(xiàn)是A鏈第8、910位的氨氨基酸及B鏈氨端區(qū)和羧端區(qū)的氨基酸有所不同。我們所合成的胰島素是牛胰島素。我們的合成物的結(jié)晶產(chǎn)物,其結(jié)晶形狀(圖4)、層析、電泳、酶解圖譜均與天然的一致,活力為87%。這些數(shù)據(jù)雄辯地說(shuō)明,我們的工作非常出色,在世界上遙遙領(lǐng)先。

2、?我們闖過(guò)了許多異乎尋常的難關(guān),做了前人所沒(méi)有做的事情。1955年,當(dāng)桑格第一次闡明胰島素化學(xué)結(jié)構(gòu)的時(shí)候,英國(guó)的《自然》雜志預(yù)言,“合成胰島素將是遙遠(yuǎn)的事情”。實(shí)在說(shuō),他們的預(yù)言并不很保守。但是,誰(shuí)能想到??jī)H僅三年的時(shí)間,中國(guó)人就敢于做出跨越“遙遠(yuǎn)”的決定。我們首先遇到的是氨基酸的大量供應(yīng)問(wèn)題。生化所組織了技術(shù)小組,從無(wú)到有地生產(chǎn)出十幾種氨基酸,結(jié)束了國(guó)內(nèi)不能自制整套氨基酸的歷史。其次是多肽的合成問(wèn)題。50年代末期,我國(guó)只有合成8肽的基礎(chǔ),國(guó)際上也只能合成31肽;而我們要合成的產(chǎn)物,一條肽鏈?zhǔn)?/span>21肽,一條肽鏈?zhǔn)?/span>30肽。第三,天然胰島素的拆合工作。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題,雖然國(guó)際上早有嘗試,但我們著手解決這個(gè)問(wèn)題的時(shí)候,國(guó)際上并沒(méi)有成功的經(jīng)驗(yàn)。第四,多肽合成和拆合工作中,還遇到三個(gè)硫硫鍵問(wèn)題。此外,在幾百步的合作工作中,還有大量的保護(hù)基及其他試劑的制作和使用條件的摸索,合成工作中所需的一整套蛋白質(zhì)分離和分析技術(shù),也需要建立和提高。總之,要我們攀登的“珠峰”不是一座,也不是幾座。瑞典烏普薩拉大學(xué)生化研究所所長(zhǎng)、諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者和諾貝爾獎(jiǎng)金委員會(huì)主席蒂斯利尤斯19663月到生化所參觀了胰島素的工作。在參觀上,他說(shuō):“美國(guó)、瑞士等在多肽合作方面有經(jīng)驗(yàn)的國(guó)家未能合成它(指胰島素),也不敢去合成它。你們沒(méi)有之方面的專(zhuān)長(zhǎng)和經(jīng)驗(yàn),但你們合成了,你們是世界第一,這使我很驚訝?!被厝ズ蠼o曹天欽教授來(lái)信,又一次表達(dá)了同樣的贊嘆之情。他在歸國(guó)途中,適逢我國(guó)第三次核試驗(yàn)成功,他就此事答《瑞典日?qǐng)?bào)》記者時(shí)說(shuō):“核能力說(shuō)明了新中國(guó)的進(jìn)展,但更有說(shuō)服力的是胰島素;因?yàn)?,人們可以從?shū)本中學(xué)習(xí)制造原子彈,但不能從書(shū)本上學(xué)習(xí)制造胰島素。”

3、?是人類(lèi)認(rèn)識(shí)生命歷程中的一個(gè)劃時(shí)代進(jìn)步。多少年來(lái),人們通過(guò)各種手段,沿著不同路線(xiàn),艱難地提示著生命的奧秘。分子生物學(xué)在啟開(kāi)這個(gè)自然之謎中起著重要的作用。1828年,德國(guó)化學(xué)家維勒(FW?hler)用化學(xué)方法合成了尿素,這是第一個(gè)人工合成的有機(jī)分子,但這畢竟是個(gè)小分子。胰島素的合成,則向人們宣布,人工合成蛋白質(zhì)的時(shí)代開(kāi)始了。蛋白質(zhì)的性質(zhì)與功能,不僅取決于它的一級(jí)結(jié)構(gòu),而且與它的高級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)。我們合成的胰島素,活力在80%以上,這不僅說(shuō)明,我們的合成物不僅一級(jí)結(jié)構(gòu)和天然的相同,而且高級(jí)結(jié)構(gòu)也與天然的一致。這就說(shuō)明,蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)取決于一級(jí)結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu),在分子生物學(xué)理論上,也是重大貢獻(xiàn)。

4、?是唯物史觀一個(gè)勝利。唯物主義者認(rèn)為,生命是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種形式,是非生命物質(zhì)進(jìn)化的結(jié)果,生命不是上帝創(chuàng)造的。蛋白質(zhì)的人工合成,為唯物主義的生命觀提供了一個(gè)證據(jù)。

偉大的成果,出自非凡的膽略和超常的奮斗精神。牛胰島素的人工合成,是生物化學(xué)研究所、有機(jī)化學(xué)研究所、北京大學(xué)等單位并肩奮戰(zhàn)的結(jié)果。

人工合成胰島素,是1958年夏天由生物化學(xué)研究所提出的。當(dāng)時(shí),人們想對(duì)祖國(guó)做出大貢獻(xiàn)。什么貢獻(xiàn)才算大呢?當(dāng)時(shí)提出三個(gè)方面的課題。一是有關(guān)腫瘤的;二是放射生物學(xué)方面的;三是基礎(chǔ)理論研究課題。關(guān)于理論課題,有人主張搞結(jié)構(gòu),也有人主張搞蛋白質(zhì)合成。所謂合成蛋白質(zhì),就只能是合成胰島素,因?yàn)橐葝u素是當(dāng)時(shí)唯一已知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。經(jīng)過(guò)議論,最后決定搞胰島素的合成。

與此同時(shí),其他單位,如北京大學(xué)等,知道生化所準(zhǔn)備合成胰島素,也都想?yún)⒓印?/span>1958年秋,生化所召集學(xué)術(shù)討論會(huì),北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、有機(jī)所等單位都有人參加。曹天欽做了合成胰島素的選題調(diào)研報(bào)告。之后,生化所又派曹天欽、鄒承魯、王芷涯等同志到北京交流思想,組織協(xié)作。后來(lái),北京大學(xué)也組織人力進(jìn)行此項(xiàng)工作。

為了摸索合成路線(xiàn),生化所兵分五路。一路是有機(jī)合成,由紐經(jīng)義負(fù)責(zé);二路搞天然胰島素的拆合,鄒承魯負(fù)責(zé);三路的任務(wù)是建立肽庫(kù)和分離分析技術(shù),由曹天欽負(fù)責(zé);四路和五路分別做酶激活和轉(zhuǎn)肽的工作,由沈昭文負(fù)責(zé)。所里的五人領(lǐng)導(dǎo)小組擔(dān)任總指揮。領(lǐng)導(dǎo)小組成員是:曹天欽、王芷涯、張友尚、陳常慶、杜雨蒼。經(jīng)過(guò)實(shí)踐,三、四、五三條路線(xiàn)被否定,兵力集中于一、二兩條路線(xiàn)和分離分析工作。1960年初,杜雨蒼、張友尚、魯子賢、鄒承魯?shù)扔萌齻€(gè)二硫鍵拆開(kāi)的天然胰島素進(jìn)行組合獲得成功,重組合產(chǎn)物的活力逐漸提高到50%,產(chǎn)物純化后可以結(jié)晶,結(jié)晶形狀與天然胰島素相同。另外,杜雨蒼、許根俊、魯子賢和鄒承魯?shù)扔盅芯苛撕铣傻?/span>A鏈和B鏈連接為胰島素分子的條件,為全合成開(kāi)辟了道路。這一結(jié)果說(shuō)明先分別合成AB兩個(gè)肽鏈,然后進(jìn)行組合的合成路線(xiàn)是可行的,也說(shuō)明蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)取決于一級(jí)結(jié)構(gòu)。只要合成物的一級(jí)結(jié)構(gòu)和天然的相同,就可以得到有活力的人工合成的結(jié)晶胰島素。這個(gè)結(jié)果極大地鼓舞了所有參加胰島素合成的同志。

196054日,中國(guó)科學(xué)院在上海召集生物學(xué)部會(huì)議,科學(xué)院副院長(zhǎng)張勁夫派秘書(shū)長(zhǎng)杜潤(rùn)生召集有關(guān)的研究所開(kāi)會(huì),決定組織人工合成胰島素的大會(huì)戰(zhàn),生化所、有機(jī)所、生理所、實(shí)驗(yàn)生物所、藥物所等五所400多人參加會(huì)戰(zhàn)。王仲良任總指揮,邊伯明任副總指揮,王應(yīng)睞、汪猷任參謀長(zhǎng),曹天欽任副參謀長(zhǎng),“戰(zhàn)場(chǎng)”指揮是李載平,王芷涯負(fù)責(zé)后勤保證工作。工作緊張熱烈,日夜兼程,為以后的深入研究積累了經(jīng)驗(yàn)。

19607月,杜潤(rùn)生同志指示說(shuō),大兵團(tuán)作戰(zhàn),搞長(zhǎng)了不行,應(yīng)精干隊(duì)伍。于是各種都相斷調(diào)整。到196010月,隊(duì)伍減到幾十人,并恢復(fù)了所、室、組的正常建制。這時(shí),生理所、實(shí)驗(yàn)生物所、藥物所都已退出,科學(xué)院只剩生化所和有機(jī)所繼續(xù)工作,研究所之間,由協(xié)作組協(xié)調(diào)。科學(xué)院指定王應(yīng)睞為協(xié)作組組長(zhǎng),汪猷為副組長(zhǎng)。有機(jī)所也從百十人縮減到二、三十人,到年底只剩下七人。次年,有機(jī)所有的同志主張把課題“送還生化所”,所長(zhǎng)汪猷堅(jiān)持不下馬,領(lǐng)導(dǎo)著他的兩個(gè)研究生繼續(xù)工作。北京大學(xué)也結(jié)束了大兵團(tuán)作戰(zhàn)狀態(tài),人員銳減,最少時(shí)只有李崇熙、陸德培兩位同志。

這段時(shí)期,正趕上我國(guó)三年困難,合成工作中的困難和矛盾,也暴露得更具體、更清楚了。許多實(shí)驗(yàn)在失敗接著失敗中重復(fù),又加上美國(guó)和聯(lián)邦德國(guó)相繼發(fā)展了幾篇文章,于是一些同志思想波動(dòng),想下馬。這時(shí)候,黨中央、國(guó)務(wù)院、科學(xué)院、教育部相繼分別給了很大鼓勵(lì)。1963年,在全國(guó)天然有機(jī)化合物會(huì)議上,由院數(shù)理化學(xué)部召集生化所、有機(jī)所和北京大學(xué)三個(gè)單位的領(lǐng)導(dǎo)開(kāi)會(huì),傳達(dá)聶榮臻副總理的指示和決心。于是三個(gè)單位決定重新協(xié)作。北大的邢其毅教授,有機(jī)所汪猷所長(zhǎng)和生化所的同志一起分析形勢(shì),認(rèn)定美、德勁頭雖大,但老是在改變方案,說(shuō)明他們還沒(méi)有找到正確的路子。我們的工作比他們領(lǐng)先,只要扎扎實(shí)實(shí)搞下去,肯定能走在他們前頭。于是商定,由生化所合成B鏈,有機(jī)所和北京大學(xué)合作搞A鏈。A鏈合成由汪猷所長(zhǎng)負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)。

生化所的有機(jī)合成設(shè)在一室。鈕經(jīng)義任組長(zhǎng),主要工作人員是龔岳亭、黃維德、葛麟俊、陳常慶等。他們伯工作,既有繼承性,也有開(kāi)創(chuàng)性,而且以開(kāi)創(chuàng)性為主。工作量很大,還得經(jīng)常接觸有毒的光氣。經(jīng)過(guò)艱苦努力,終于在1964年合成了B鏈。接著,生化所用天然的A鏈和人工的B鏈接合,也告成功。

A鏈的合成可分兩個(gè)階段,1964年以前是有機(jī)所單獨(dú)進(jìn)行的,1964年以后,是北京大學(xué)化學(xué)系和有機(jī)所協(xié)作合成。前一段為后一段積累了經(jīng)驗(yàn)。后一段的收獲中包括了前一段工作的辛勞。在A鏈的合成中,主要解決了如下幾個(gè)問(wèn)題。一是合成路線(xiàn)的選擇。他們?cè)?jīng)用過(guò)5+16肽的路線(xiàn),實(shí)踐證明這個(gè)路線(xiàn)不好,主要是16肽溶解度太小,不易純化。后提出9+12肽的路線(xiàn),比較圓滿(mǎn)地解決了合成路線(xiàn)的問(wèn)題。二是縮合方案的創(chuàng)新。三是新的保護(hù)基團(tuán)的應(yīng)用。四是合成了同位素標(biāo)記肽,為A鏈的合成提供了新的鑒定手段。五是摸到了純化A鏈的最佳條件,提高了合成產(chǎn)物的得率。有機(jī)所參加胰島素A鏈合成的人員除所長(zhǎng)汪猷外,還有徐杰誠(chéng)、張偉君、陳玲玲、錢(qián)瑞卿等。生化所的龔岳亭、張申碚也曾到有機(jī)所幫助工作。

北京大學(xué)于1963年完成羊胰島素A6-10小環(huán)部分肽段的合成,當(dāng)時(shí),有機(jī)所也做A鏈,但他們做的是牛胰島素A鏈,二者在A9上有一個(gè)氨基酸不同。為了消除這“牛羊之分”,北大化學(xué)系決定改做牛胰島素A鏈,并派五名青年老師到上海協(xié)作,與有機(jī)所同志并肩作戰(zhàn)。為此,19643月,北京大學(xué)化學(xué)系黨總支副書(shū)記文重、邢其毅教授率領(lǐng)陸德培、李崇熙、季愛(ài)雪、施溥濤、葉蘊(yùn)華到有機(jī)所討論A鏈合成中的協(xié)作問(wèn)題。會(huì)上,生化所同志也發(fā)表了重要意見(jiàn),會(huì)議決定北京大學(xué)承擔(dān)A1-9九肽的合成任務(wù),有機(jī)所擔(dān)任A10-21十二肽的合成。經(jīng)過(guò)半年的努力,完成了A鏈的合成。用人工合成的牛胰島素A鏈與天然的B鏈接合,獲得成功。

至些,A鏈和B鏈的合成及牛胰島素的半合成均告成功。A鏈和B鏈都分別積累了一定量產(chǎn)物后,開(kāi)始了人工牛胰島素的合合成。合成的牛胰島素AB鏈連接成全分子并取得結(jié)晶的工作,由杜雨蒼同志在鄒承魯教授的領(lǐng)導(dǎo)下進(jìn)行。作第一次全合成實(shí)驗(yàn)即告成功。但活力很低,拿不到結(jié)晶。為此,需進(jìn)一步改善合成方法。經(jīng)過(guò)多次模型試驗(yàn),試用各種不同的保護(hù)劑,試用各種抽提方法,經(jīng)歷多次失敗,終于在1965917日得到更好的結(jié)果,宣告世界上第一個(gè)人工合成的蛋白質(zhì)在中國(guó)誕生!

多年來(lái),生物化學(xué)研究所、有機(jī)所、北京大學(xué)并肩作戰(zhàn),共發(fā)表論文25篇,其中生化所16篇 ,獲得國(guó)內(nèi)外一致肯定。

(本文原發(fā)表于《中國(guó)科技史料》1985年第1期,由于晨于198410月根據(jù)王應(yīng)睞所長(zhǎng)談話(huà)記錄及有關(guān)檔案資料整理,王應(yīng)睞審訂)