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醫(yī)學諾貝爾之路:從"植物迷"到生化先驅

2012-09-14 15:55  來源:醫(yī)學教育網    打印 | 收藏 |
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  “組成蛋白質的積木(Bausteine)種類可能只相當于字母表中字母的數目。但是,正如字母的排列組合能表達無窮無盡的思想那樣,我們同樣能夠理解自然界中數不盡的有機體之蛋白質是由數量有限的分子組成的”。

  這段話摘自1912年出版的《細胞的化學組成》,作者是德國生化學家阿爾伯切特?科塞爾(Albrecht Kossel)。雖然近三個世紀前人們就從小麥中提取出了蛋白,但生物化學作為生理學和化學的衍生學科直到上世紀初才初具雛形,科塞爾和他的老師霍普?塞勒(Hoppe-Seyler)就是這一新興學科的兩位先驅。

  不過,這位名叫科塞爾的先驅在幼年時期卻是一個狂熱愛好植物學的“植物迷”。他熱衷于栽種和采集各種花卉植物,并喜歡將它們制作成精美的標本。他的書柜幾乎成了植物陳列的櫥柜。科塞爾的家庭條件相當優(yōu)裕,因此,盡管這個家庭有9個孩子,身為商人和銀行董事的老科塞爾仍然能夠提供給孩子們良好的教育。不過,老科塞爾顯然對兒子熱愛花卉這一點不太滿意,因此,在1872年,19歲的小科塞爾并未選擇植物學作為自己大學的主要專業(yè),而是離開家鄉(xiāng),跑到斯特拉斯堡大學去念醫(yī)學院。

  老父親的苦心顯而易見。然而新鮮的環(huán)境和遠離家庭的束縛使得科塞爾在斯特拉斯堡大學如魚得水,對植物學的熱愛并未稍減。當時斯特拉斯堡大學也是名師薈萃,科塞爾參加了很多植物學相關的課程。當然,專業(yè)也不能丟下:霍普?塞勒在這里主持著德國最早、很長時期內也是德國唯一的生物化學系,并教授生理化學和病理化學?迫麪栃蘖暳嘶羝?塞勒的所有課程,而這個沉默寡言的學生也深受這位名師的喜愛。1876年,塞勒指導科塞爾發(fā)表了一篇有關蛋白胨的論文。

  出于某些原因,科塞爾并未完成在斯特拉斯堡的學業(yè),而是回到了家鄉(xiāng)羅斯托克,繼續(xù)在當地念醫(yī)學院。1877年,科塞爾通過了國家醫(yī)學考試并于次年獲得醫(yī)學博士學位。不過這位昔日的植物迷看上去確實對做一名醫(yī)生不感興趣,他既沒有成為開業(yè)醫(yī)生,也沒有投身醫(yī)學臨床的研究,而是返回斯特拉斯堡大學給自己的老師霍普?塞勒當起了助手,并正式投身科學研究。

  早在1869年,弗雷德里希?米切爾(Friedrich Miescher)就在膿細胞內發(fā)現了“核素”(nuclein)。這種物質的性質有某些與眾不同之處。例如呈酸性,可溶于稀釋堿,不溶于稀釋酸和水,類似粘蛋白卻又不是粘蛋白,不含硫卻富含磷等。但是核素的性質和組成究竟如何仍不甚清楚。1878年,科塞爾的第一篇文章就是針對酵母菌核素的研究。在核素的水解產物里,科塞爾分離出了兩種堿:黃嘌呤和次黃嘌呤;1884年,科塞爾在鳥類的紅細胞小體內分離出了一種蛋白,命名為“組蛋白”;1885年,科塞爾發(fā)現了腺嘌呤,并描述了腺嘌呤向次黃嘌呤的轉化;1887年,已成為生理學教授的科塞爾又在茶葉中分離出了茶堿。

  1888年,Altmann發(fā)現了不含蛋白質的核酸,科塞爾就此對核酸展開了深入研究。1891年,科塞爾在文章中對核酸的組成給予了初步描述:它含有相當數目的腺嘌呤和鳥嘌呤,并含有某種具有糖類特征的物質。兩年后,科塞爾又與他的學生發(fā)現了胞嘧啶和胸腺嘧啶。至此,核酸(即DNA、RNA)的基本化學構成(戊糖、磷酸、堿基)已經呼之欲出。

  1895年,科塞爾將研究方向轉向蛋白質領域。在魚精蛋白的水解產物中,科塞爾發(fā)現了組氨酸。1900年,科塞爾發(fā)表了基本氨基酸測定法——銀鋇法。在此后的許多年間,銀鋇法一直是測定基本氨基酸的最佳方法。至此,科塞爾對蛋白質的結構產生了濃厚興趣,并指出精氨酸是構成魚精蛋白的主要成分。對于蛋白質的構成,科塞爾提出需要分三步研究:1確定蛋白質水解產物的組成;2定量確定各組分的構成比例;3弄清這些碎片的連接和排列形式。

  科塞爾的出色工作為人們探索蛋白質的本質指明了道路。不過遺憾的是,科塞爾始終未能發(fā)現酯法分離氨基酸,盡管他曾非常接近發(fā)現,并且條件也具備,但是學生的錯誤報告卻最終使他與這次發(fā)現失之交臂,這也是科塞爾本人非常心有不甘的一件事。

  盡管有些許遺憾,但科塞爾的成績也已經足夠驕人了。今天的生物化學早已碩果累累,關于蛋白質和核酸的研究依舊方興未艾。翻開任何一本教科書,蛋白質和核酸的結構和功能都是進入這門學科的首要內容:氨基酸是構成蛋白質的基本結構單位,蛋白質水解生成的天然氨基酸只有二十余種,氨基酸之間依靠酰胺鍵形成肽鏈;核酸的基本構成單位是核苷酸,核苷酸水解后產生核苷和磷酸,而前者又由戊糖和堿基(嘌呤堿和嘧啶堿)組成。在學科的起步階段,在缺乏必要的研究方法和設備的條件下,科塞爾的成就已經無愧于先驅的頭銜。1910年,科塞爾收獲了科學界的最高獎——諾貝爾生理學或醫(yī)學獎:

  “他在蛋白質以及核酸方面的研究工作為我們認識細胞化學做出了貢獻。”

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