医学诺贝尔之路(1910):从“植物迷”到生化先驱

标签: 八卦 医学 医学诺贝尔 原创 诺贝尔之路 | 发表时间:2011-09-24 03:47 | 作者:赵承渊 猫
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“组成蛋白质的积木(Bausteine)种类可能只相当于字母表中字母的数目。但是,正如字母的排列组合能表达无穷无尽的思想那样,我们同样能够理解自然界中数不尽的有机体之蛋白质是由数量有限的分子组成的”。

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Albrecht Kossel

这段话摘自1912年出版的《细胞的化学组成》,作者是德国生化学家阿尔伯切特•科塞尔(Albrecht Kossel)。虽然近三个世纪前人们就从小麦中提取出了蛋白,但生物化学作为生理学和化学的衍生学科直到上世纪初才初具雏形,科塞尔和他的老师霍普•塞勒(Hoppe-Seyler)就是这一新兴学科的两位先驱。

不过,这位名叫科塞尔的先驱在幼年时期却是一个狂热爱好植物学的“植物迷”。他热衷于栽种和采集各种花卉植物,并喜欢将它们制作成精美的标本。他的书柜几乎成了植物陈列的橱柜。科塞尔的家庭条件相当优裕,因此,尽管这个家庭有9个孩子,身为商人和银行董事的老科塞尔仍然能够提供给孩子们良好的教育。不过,老科塞尔显然对儿子热爱花卉这一点不太满意,因此,在1872年,19岁的小科塞尔并未选择植物学作为自己大学的主要专业,而是离开家乡,跑到斯特拉斯堡大学去念医学院。

老父亲的苦心显而易见。然而新鲜的环境和远离家庭的束缚使得科塞尔在斯特拉斯堡大学如鱼得水,对植物学的热爱并未稍减。当时斯特拉斯堡大学也是名师荟萃,科塞尔参加了很多植物学相关的课程。当然,专业也不能丢下:霍普•塞勒在这里主持着德国最早、很长时期内也是德国唯一的生物化学系,并教授生理化学和病理化学。科塞尔修习了霍普•塞勒的所有课程,而这个沉默寡言的学生也深受这位名师的喜爱。1876年,塞勒指导科塞尔发表了一篇有关蛋白胨的论文。

出于某些原因,科塞尔并未完成在斯特拉斯堡的学业,而是回到了家乡罗斯托克,继续在当地念医学院。1877年,科塞尔通过了国家医学考试并于次年获得医学博士学位。不过这位昔日的植物迷看上去确实对做一名医生不感兴趣,他既没有成为开业医生,也没有投身医学临床的研究,而是返回斯特拉斯堡大学给自己的老师霍普•塞勒当起了助手,并正式投身科学研究。

早在1869年,弗雷德里希•米切尔(Friedrich Miescher)就在脓细胞内发现了“核素”(nuclein)。这种物质的性质有某些与众不同之处。例如呈酸性,可溶于稀释碱,不溶于稀释酸和水,类似粘蛋白却又不是粘蛋白,不含硫却富含磷等。但是核素的性质和组成究竟如何仍不甚清楚。1878年,科塞尔的第一篇文章就是针对酵母菌核素的研究。在核素的水解产物里,科塞尔分离出了两种碱:黄嘌呤和次黄嘌呤;1884年,科塞尔在鸟类的红细胞小体内分离出了一种蛋白,命名为“组蛋白”;1885年,科塞尔发现了腺嘌呤,并描述了腺嘌呤向次黄嘌呤的转化;1887年,已成为生理学教授的科塞尔又在茶叶中分离出了茶碱。

1888年,Altmann发现了不含蛋白质的核酸,科塞尔就此对核酸展开了深入研究。1891年,科塞尔在文章中对核酸的组成给予了初步描述:它含有相当数目的腺嘌呤和鸟嘌呤,并含有某种具有糖类特征的物质。两年后,科塞尔又与他的学生发现了胞嘧啶和胸腺嘧啶。至此,核酸(即DNA、RNA)的基本化学构成(戊糖、磷酸、碱基)已经呼之欲出。

1895年,科塞尔将研究方向转向蛋白质领域。在鱼精蛋白的水解产物中,科塞尔发现了组氨酸。1900年,科塞尔发表了基本氨基酸测定法——银钡法。在此后的许多年间,银钡法一直是测定基本氨基酸的最佳方法。至此,科塞尔对蛋白质的结构产生了浓厚兴趣,并指出精氨酸是构成鱼精蛋白的主要成分。对于蛋白质的构成,科塞尔提出需要分三步研究:1确定蛋白质水解产物的组成;2定量确定各组分的构成比例;3弄清这些碎片的连接和排列形式。

科塞尔的出色工作为人们探索蛋白质的本质指明了道路。不过遗憾的是,科塞尔始终未能发现酯法分离氨基酸,尽管他曾非常接近发现,并且条件也具备,但是学生的错误报告却最终使他与这次发现失之交臂,这也是科塞尔本人非常心有不甘的一件事。

尽管有些许遗憾,但科塞尔的成绩也已经足够骄人了。今天的生物化学早已硕果累累,关于蛋白质和核酸的研究依旧方兴未艾。翻开任何一本教科书,蛋白质和核酸的结构和功能都是进入这门学科的首要内容:氨基酸是构成蛋白质的基本结构单位,蛋白质水解生成的天然氨基酸只有二十余种,氨基酸之间依靠酰胺键形成肽链;核酸的基本构成单位是核苷酸,核苷酸水解后产生核苷和磷酸,而前者又由戊糖和碱基(嘌呤碱和嘧啶碱)组成。在学科的起步阶段,在缺乏必要的研究方法和设备的条件下,科塞尔的成就已经无愧于先驱的头衔。1910年,科塞尔收获了科学界的最高奖——诺贝尔生理学或医学奖:

“他在蛋白质以及核酸方面的研究工作为我们认识细胞化学做出了贡献。”

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