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我国的结晶牛胰岛素是如何人工合成的?

(2020-08-29 11:53:40)
标签:

教育

健康

胰岛素

分类: 生物学史与学家

我国的结晶牛胰岛素是如何人工合成的?

胰岛素的结构

值得学习:以下是我国著名生物学家邹承鲁院士撰写的回忆录节选,原发表于《光明日报》(1998130日)。

一、前提条件

当时,选择胰岛素作为当时人工合成蛋白质的对象是有道理的,不仅仅因为胰岛素只有51个氨基酸,分子小,还因为它是当时唯一已知一级序列的蛋白质。其一级序列的测定工作刚刚由英国的FSanger完成不久,为此他获得了诺贝尔奖。

世界上首例多肽合成,是du Vigneaud1953年合成的一个八肽—催产素。这项工作使他获得了1955年的诺贝尔化学奖。

当时我国还没有多肤合成的经验,除了谷氨酸钠(味精)之外,我国甚至没有制造过任何氨基酸。

二、A链和B链的组合

胰岛素是由两对二琉键联结的两条肽链组成的。除链间二硫键外,在A链上还有一对链内二硫键。因此,在工作初期,曾考虑了三种合成方案以供选择。

其中最为现实可行的方案是分别合成A链和B链,然后通过巯基的氧化使两条链正确组合。

当时我的任务是摸索胰岛素分子先经过还原、分离纯化之后的A链和B链是否能通过氧化重新组合形成天然的胰岛素分子。这一问题是胰岛素人工全合成成功的关键,而我有幸能和几位才华横溢的年青人在一起工作,他们之中包括杜雨苍、许根俊、鲁子贤和张友尚等,现在都是卓有成就的科学家了。

我们开始查阅文献时发现我们的前景并不乐观,国外许多人都曾尝试过把还原的胰岛素肽链重新组合,以期获得一定产率的天然胰岛素,而这些探索都无一例外地失败了,甚至有人报道说,对于部分还原的胰岛素而言,氧化会导致活力的进一步降低。

当时除了像催产素这样的小肽以外,还没有一个含二硫键的蛋白能在还原后通过氧化而成功地再生。等到使Anfinsen获得诺贝尔奖的工作,即氧化被还原的核糖核酸酶肽链能得到活力恢复发表时,我们都已经由还原的胰岛素肽链得到相当产率的胰岛素了。

三、A链和B链的合成

B链的合成以及由人工合成的B链与天然的A链构建成胰岛素首先获得成功,其结果在1964年发表。而A链的合成却遇到些麻烦,因此龚岳亭加入到上海有机化学研究所的小组中帮助解决问题。

当我们通过小鼠惊照实验证明纯化的人工合成胰岛素确实具有和天然胰岛素相同的活性时,那一刻真是令人终身难忘。这个最后进行的实验是在1965年的一个清晨进行的。只有与这个实验直接有关的人员才允许观察小鼠经受第一个人工合成蛋白质处理的反应,而其他关注此事的人只能在另一间屋子里焦急地等待。当注射了合成胰岛素的小鼠惊顾实验宣布成功时,那实在是一个无法用语言形容的激动人心的时刻。

A链和B链能成功地组合成胰岛素,并得到相当可观的产率,后来被国外其他从事胰岛素合成的实验室所证实,并应用到70年代末由重组DNA技术得到的A链和B链组合成完整的胰岛素分子的工业生产,所采用的基本上就是我们的方法。

虽然胰岛素合成成功已经过去30多年了,但我今天仍想强调,在合成的最后一步,在含有大量其他的因错误连接而产生的非胰岛素肽链的复杂混合物中,A链和B链能彼此识别并通过二硫键正确相连而组合成天然胰岛素分子,说明这两条肤链具有相互识别而正确配对的能力和专一性。

可惜的是,在胰岛素合成完成20年后,我们才得以进行这个对蛋白质折叠研究有着重要意义的理论问题的实验证明。

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