曹天欽(1920—1995)，祖籍河北束鹿，出生于北平，生物化學(xué)家，中國(guó)科學(xué)院院士。他是中國(guó)現(xiàn)代蛋白質(zhì)研究的奠基人之一，肌球蛋白輕鏈的發(fā)現(xiàn)者。曹天欽于1938 年考入燕京大學(xué)化學(xué)系。1944 年畢業(yè)，1946 年前往英國(guó)留學(xué)。1948 年獲劍橋大學(xué)化學(xué)系學(xué)士學(xué)位。之后改攻生物學(xué)，主要從事肌球蛋白的物理化學(xué)研究。1951 年當(dāng)選劍橋大學(xué)岡維爾與凱斯學(xué)院院士?；貒?guó)后先后在中國(guó)科學(xué)院生理生化研究所、中國(guó)科學(xué)院生物化學(xué)研究所工作。曾參與領(lǐng)導(dǎo)了人工合成牛胰島素的研究。
曹天欽
胰島素的全合成，已經(jīng)由我國(guó)科學(xué)工作者在世界上首先完成了，它的結(jié)晶形狀、激素活力和一些化學(xué)性質(zhì)都同天然胰島素?zé)o異。我國(guó)科學(xué)工作者在攀登科學(xué)高峰、趕超世界水平的努力中，在蛋白質(zhì)人工合成方面取得了領(lǐng)先地位。
蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，它們都是由為數(shù)幾十或成百上千的氨基酸首尾相連所形成的多肽長(zhǎng)鏈構(gòu)成的。胰島素是一種簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)，自然情況下是人和動(dòng)物胰臟中的胰島細(xì)胞分泌的一種激素，具有調(diào)節(jié)血糖代謝的生理功能，在醫(yī)學(xué)臨床上可用來治療糖尿病。胰島素分子是由17種51個(gè)氨基酸按一定順序結(jié)成的兩條肽鏈通過兩對(duì)二硫鍵聯(lián)接組成的。一條是21肽，叫A鏈，一條是30肽，叫B鏈。人工合成胰島素，要首先把氨基酸按一定的順序合成A鏈和B鏈，然后將兩條鏈通過二硫鍵以正確方式連結(jié)成胰島素。胰島素分子中有碳、氧、氮、氫、硫五種共777個(gè)原子，所以人工合成胰島素，也是迄今人類在實(shí)驗(yàn)室里以化學(xué)方法合成的最大的、具有特定大小與特定化學(xué)結(jié)構(gòu)的天然有機(jī)化合物。
胰島素的人工合成揭開了新時(shí)期的重要一頁(yè)。通過胰島素人工合成的實(shí)踐，使人們對(duì)蛋白質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)與立體結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系有了進(jìn)一步的了解，為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的研究開辟了新的途徑。在科學(xué)工作者探索生命怎樣從無機(jī)自然界中發(fā)生、并在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行合成的實(shí)踐中，1828年從無機(jī)物中取得了第一種有機(jī)物——尿素，是第一個(gè)飛躍；現(xiàn)在人工合成了第一個(gè)蛋白質(zhì)，我認(rèn)為，可以看做是第二個(gè)飛躍。
回顧現(xiàn)代自然科學(xué)的歷史，人們對(duì)蛋白質(zhì)的認(rèn)識(shí)有著一個(gè)自少而多、由表及里的過程。蛋白質(zhì)的溶液，一般是粘粘的膠液。古典的化學(xué)方法對(duì)這類體系本來不易進(jìn)行定量的深入的研究。20世紀(jì)頭20年，是膠體化學(xué)促進(jìn)蛋白質(zhì)化學(xué)研究的時(shí)期。一些膠體化學(xué)的理論被應(yīng)用到蛋白質(zhì)體系上，對(duì)蛋白質(zhì)的溶解、沉淀、擴(kuò)散、透析、膨脹、粘度、酸堿平衡等現(xiàn)象，予以初步的說明與概括。但在這一歷史時(shí)期，對(duì)于蛋白質(zhì)化學(xué)本質(zhì)的了解，還很模糊；有著萌芽的多肽學(xué)說，也有著形形色色為后來科學(xué)實(shí)踐所淘汰了的其他看法。
20世紀(jì)20年代，科學(xué)家發(fā)明了超離心機(jī)。利用在離心場(chǎng)中沉降速度的快慢，首先來測(cè)量這類膠體顆粒的大小，卻意外地發(fā)現(xiàn)膠體的蛋白質(zhì)，每一項(xiàng)都具有特定的分子量，一如簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物。其后，更多的物理化學(xué)新技術(shù)如滲透壓力、光散射等等，都被運(yùn)用來研究蛋白質(zhì)的大小與形狀，進(jìn)一步證實(shí)了每種蛋白質(zhì)的分子都有其特定的大小與形狀。在此歷史階段中，還有一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)，即纖維狀蛋白質(zhì)，如毛發(fā)、肌肉、角、甲中的蛋白質(zhì)和血纖維蛋白，同球狀蛋白質(zhì)一樣，在化學(xué)結(jié)構(gòu)上都是由多肽鏈狀分子所構(gòu)成的。一些球狀蛋白質(zhì)如種子蛋白、乳酪蛋白、卵白蛋白等，在經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗?，結(jié)構(gòu)都可以松散，轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維狀。X- 光衍射技術(shù)對(duì)人類認(rèn)識(shí)上的這一深入，起了重要的作用，它揭示出各種不同蛋白質(zhì)之間的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)一步確立了蛋白質(zhì)的多肽學(xué)說。
繼之而來的是一個(gè)探索蛋白質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的階段。經(jīng)歷了十年的苦功，利用了一系列的分離分析技術(shù)，胰島素的全部化學(xué)結(jié)構(gòu)首次獲得闡明。這是一個(gè)重要的進(jìn)展。這項(xiàng)結(jié)果揭示，在蛋白質(zhì)分子中，氨基酸按嚴(yán)格的順序一一結(jié)合( 所謂一級(jí)結(jié)構(gòu))。X-光衍射研究，更揭示在一些纖維狀蛋白質(zhì)中，多肽長(zhǎng)鏈以螺旋狀盤曲( 即所謂二級(jí)結(jié)構(gòu))。在球狀蛋白( 如血紅蛋白、肌紅蛋白) 中，此螺旋又局部保留、局部盤折，形成特殊的立體結(jié)構(gòu)( 即所謂三級(jí)結(jié)構(gòu))。許多簡(jiǎn)單的蛋白質(zhì)都只有一條肽鏈，但也有一些蛋白質(zhì)，是由兩條或兩條以上的相同或互異的肽鏈構(gòu)成的，鏈與鏈間由硫硫相連接的二硫鍵接連。胰島素便是一例。但多鏈的蛋白質(zhì)有時(shí)僅藉一些很弱的鍵如氫鍵、疏水鍵或藉靜電吸引而使各鍵相連接。這后一類的蛋白質(zhì)?？梢颦h(huán)境條件的改變而分離成不具生物活力的單獨(dú)的肽鏈，即所謂亞基。這些亞基在構(gòu)成蛋白質(zhì)分子時(shí)，按一定方式互相結(jié)合，形成蛋白質(zhì)分子的四級(jí)結(jié)構(gòu)。X-光衍射研究便使人們確切地獲知血紅蛋白中四個(gè)亞基在空間排列中的相互關(guān)系。
近年來的科學(xué)實(shí)踐，證實(shí)而且豐富了上述的各級(jí)結(jié)構(gòu)的概念?，F(xiàn)在除了胰島素外，一級(jí)結(jié)構(gòu)已全部闡明的還有其他約10種蛋白質(zhì)；除了肌紅蛋白和血紅蛋白外，二三級(jí)結(jié)構(gòu)粗知輪廓的也有其他不到10種蛋白質(zhì)。電子顯微鏡的觀察可以直接看到在病毒巨大分子的蛋白質(zhì)外殼中，成百上千的亞基按一定幾何形式結(jié)合成多面體或長(zhǎng)棒的細(xì)節(jié)，為四級(jí)結(jié)構(gòu)提供了豐富的例證。對(duì)于各級(jí)、特別是二三級(jí)結(jié)構(gòu)的概念，人們雖然還有著這樣或那樣不同的見解，但X-光衍射分析卻說明，在肌紅蛋白和血紅蛋白等分子中，二級(jí)的螺旋結(jié)構(gòu)像在一些纖維狀蛋白分子中一樣，是客觀存在。肌紅蛋白的X-光衍射分析已達(dá)1.4 ?，即原子水平，為人們提供了最直接的、確切的知識(shí)。在肌紅蛋白分子中，三級(jí)結(jié)構(gòu)的每一細(xì)節(jié)，如肽鏈哪里有螺旋、哪里有彎曲，哪些氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)與哪些另外的氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)相互作用，也都“歷歷在目”。在溶液中，由于水分子的作用，蛋白質(zhì)分子的立體結(jié)構(gòu)可能不如在晶體中那樣規(guī)則，但近年來出現(xiàn)的一些新技術(shù)，如重氨交換、旋光色散、熒光光譜、遠(yuǎn)紫外吸收光譜、紫外二色性等，提供不少證據(jù)：蛋白質(zhì)分子在溶液中也保有很大程度的甚至接近全部的二、三級(jí)或四級(jí)結(jié)構(gòu)。用最保守的提法，目前大家已一致認(rèn)為：每種蛋白質(zhì)都有其特殊的立體結(jié)構(gòu)。生物化學(xué)的研究實(shí)踐證明，這種結(jié)構(gòu)與其生物活力之間有著不可分割的關(guān)系。破壞了此結(jié)構(gòu)，生物活力也即隨之而喪失。
任何有機(jī)化合物都有其一定的化學(xué)結(jié)構(gòu)和一定的立體結(jié)構(gòu)，但蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)有其非常特殊之點(diǎn)，除了核酸而外，還沒有其他有機(jī)化合物能與之比擬。蛋白質(zhì)立體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：
(1) 具有上述的以一級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的二、三級(jí)甚至四級(jí)結(jié)構(gòu)。
(2) 構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸雖然只有20 多種，但基于氨基酸總數(shù)不同、各種氨基酸比例不同和排列順序不同，它所可能形成的一級(jí)結(jié)構(gòu)數(shù)目是幾乎無限的。正如20幾個(gè)拼音字母不同的排列組合可以記錄表達(dá)幾乎無限的知識(shí)一樣。
(3) 一般簡(jiǎn)單有機(jī)化合物分子能具有的化學(xué)組成相同而空間結(jié)構(gòu)不同的異構(gòu)物是有限的。鏈狀長(zhǎng)分子具有眾多單鍵，由于圍繞單鍵自由回轉(zhuǎn)的可能，分子可以呈現(xiàn)的不同空間構(gòu)型是為數(shù)很大的。對(duì)橡膠來說，這即是它具有彈性的分子基礎(chǔ)。一個(gè)松散的多肽也是如此，它沒有一定的、專一的立體結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的特點(diǎn)，即它的分子在具有天文數(shù)字可能性的構(gòu)型中，通過眾多弱鍵的協(xié)同作用，在一定條件下，只呈現(xiàn)一種特定的構(gòu)型。
(4) 一般有機(jī)化合物中，碳原子與碳原子之間或碳原子與其他原子之間，主要是靠一種很結(jié)實(shí)的化學(xué)鍵即共價(jià)鍵接連起來的。分子之中，間或有個(gè)別較弱的鍵，如氫鍵等，但對(duì)維系立體構(gòu)型并不起主要的作用。因此有人把有機(jī)化學(xué)看成是碳的共價(jià)鍵化合物的化學(xué)。在蛋白質(zhì)分子中，肽鍵主鏈和氨基酸側(cè)鍵都是通過共價(jià)鍵構(gòu)成的，也即是一級(jí)結(jié)構(gòu)的形成主要靠共價(jià)鍵。但在形成立體結(jié)構(gòu)也就是二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)，則全靠眾多的弱鍵即所謂次級(jí)鍵起作用。次級(jí)鍵中有氫鍵、疏水鍵等等，一般鍵能只有1~6 千卡，而有機(jī)化合物的共價(jià)鍵則鍵能一般在60 千卡以上甚至一百幾十千卡。在蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)中，主鏈上不同部位的基團(tuán)之間構(gòu)成氫鍵，因而形成螺旋的二級(jí)結(jié)構(gòu)，眾多不同的側(cè)鏈之間又通過形形色色的氫鍵、疏水鍵、鹽鍵等形成三級(jí)結(jié)構(gòu)。四級(jí)結(jié)構(gòu)也是靠側(cè)鍵之間的弱鍵所維系的。在蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中，次級(jí)鍵的數(shù)目與比例非常大，除核酸外，是其他類有機(jī)化合物( 包括多肽) 所沒有的。許多弱鍵的協(xié)同作用，使得蛋白質(zhì)的立體構(gòu)型具有相對(duì)的穩(wěn)定性，但局部的弱鍵可因體內(nèi)環(huán)境的改變而有所拆、合、交換，卻又使蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)具有相對(duì)的靈活性。有些蛋白質(zhì)如肌肉收縮蛋白、參與新陳代謝的許多酶蛋白等，可以在不同的條件下，通過一種特定構(gòu)型轉(zhuǎn)變成另一種特定的構(gòu)型，而完成不同的功能或同一功能的不同方面。
(5) 在有些蛋白質(zhì)分子中，除去肽鏈而外，還有以特定比例與方式結(jié)合的金屬離子或維生素、脂肪、糖或核酸分子等其他組分，這更加豐富了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化與功能的多樣性。
生命現(xiàn)象選擇蛋白質(zhì)和核酸這兩類物質(zhì)做為基本的物質(zhì)，來完成奧妙無窮的、錯(cuò)綜復(fù)雜的功能；而其他有機(jī)化合物，包括多肽在內(nèi)，盡管非常重要，但卻不起主導(dǎo)的作用，其關(guān)鍵可能即在此。
所以，從今日蛋白質(zhì)化學(xué)的成就來理解，氨基酸接連成多肽、在肽鍵由短而長(zhǎng)、肽的結(jié)構(gòu)自簡(jiǎn)而繁終至出現(xiàn)蛋白質(zhì)的過程，是一個(gè)量變到質(zhì)變的過程。在蛋白質(zhì)化學(xué)發(fā)展的不同歷史時(shí)期中，人們基于認(rèn)識(shí)的局限性，曾經(jīng)用能否為某些試劑所沉淀、能否透過半透膜、分子量是在1萬以上還是在1萬以下等非本質(zhì)的尺度來區(qū)分多肽與蛋白質(zhì)。近年的科學(xué)實(shí)踐、特別是各級(jí)結(jié)構(gòu)的闡明，使得人們有可能更深入一層地探索事物內(nèi)在的聯(lián)系與區(qū)分。從本質(zhì)上看問題，雖然胰島素分子不算很大，其化學(xué)單位的分子量是5733，但卻包含比一般多肽遠(yuǎn)較豐富的“信息”，“麻雀雖小，五臟俱全”，它是一個(gè)典型的蛋白質(zhì)。由于胰島素所具有的一些特點(diǎn)——分子量較小、容易結(jié)晶、容易純化等——它是在所有簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)中被人研究得最多的一個(gè)，為整個(gè)蛋白質(zhì)化學(xué)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。難怪許多科學(xué)工作者把胰島素看成是一個(gè)理想的蛋白質(zhì)研究對(duì)象。
作為一個(gè)典型的蛋白質(zhì)，胰島素是由我國(guó)第一次合成的，我國(guó)的科學(xué)工作者為祖國(guó)爭(zhēng)得了一個(gè)世界冠軍。
在胰島素人工合成的過程中，人們關(guān)心的一個(gè)問題是，即使合成了胰島素A、B 兩條肽鏈，但把它們通過二硫鍵連接時(shí)，能否按正確的方式使之結(jié)合呢？國(guó)外文獻(xiàn)中討論胰島素A、B 鏈的連接時(shí)，涉及到順接、反接、多接等眾多的可能性，對(duì)正確連接的百分比是很悲觀的。毛主席教導(dǎo)我們：“辯證唯物論的認(rèn)識(shí)論把實(shí)踐提到第一的地位，認(rèn)為人的認(rèn)識(shí)一點(diǎn)也不能離開實(shí)踐”，“一切真知都從直接經(jīng)驗(yàn)發(fā)源的?！蔽覀儼凑彰飨闹甘?，采取了唯一的科學(xué)態(tài)度，即尊重實(shí)踐。根據(jù)把天然胰島素A、B鍵拆開再使之重合的試驗(yàn)，證明它們按正確的方式連接的機(jī)遇至少不低于50%。在一般蛋白質(zhì)分子中，二硫鍵起一個(gè)連接肽鏈、維系特定空間結(jié)構(gòu)的重要作用；二硫鍵拆開，蛋白質(zhì)即喪失其特有的生物活力。國(guó)外也有一些試驗(yàn)證明，像核糖核酸酶、溶菌酶的蛋白質(zhì)分子，在還原拆開二硫鍵因而失活之后，可用重氧化而使之正確連接，重新恢復(fù)部分或大部分活力。我們的工作與他們是同時(shí)并進(jìn)的，是最早獲得的肯定結(jié)果之一；而我們的結(jié)果遠(yuǎn)勝于他們，因?yàn)橐葝u素是一個(gè)兩鏈的體系，重合的困難與意義遠(yuǎn)較國(guó)外單鍵的體系為大。就蛋白質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)而言，人工合成胰島素是第一次用合成的方法證明了在二硫鍵連接時(shí)，連接方式是有高度選擇性的，肽鍵的氨基酸排列順序基本上決定了此種最合適的連接方式。
這個(gè)成就還有其更深一層的意義。因?yàn)閺默F(xiàn)代蛋白質(zhì)化學(xué)的知識(shí)來理解，合成的胰島素具有與天然相同的結(jié)晶、活力、免疫特征以及一系列化學(xué)的性質(zhì)，意味著在立體結(jié)構(gòu)上也是相同的；換句話說，只要合成了一個(gè)具有正確的氨基酸排列順序的肽鏈，則在適當(dāng)?shù)臈l件下，不但在連接二硫鍵時(shí)依照天然的方式連接起來的趨勢(shì)是很強(qiáng)的，而且肽鏈也是按著天然方式取向折疊的；也就是說，在為數(shù)極多的可能的構(gòu)型之中，肽鏈卻自然而然地趨向于與天然胰島素相同的特殊構(gòu)型。
最初醞釀合成胰島素的工作時(shí)，曾安排一部分力量探索控制肽鏈構(gòu)型的問題，但當(dāng)時(shí)和至今蛋白質(zhì)化學(xué)所能掌握的方法是極其有限的。如果合成了排列順序正確的肽鏈而無其特殊的立體構(gòu)型，則只能算合成了一個(gè)變性的蛋白質(zhì)、一個(gè)在結(jié)構(gòu)上屬于多肽范疇的物質(zhì)。但實(shí)踐證明，這個(gè)控制構(gòu)型的難題，卻比較容易地解決了。毛主席教導(dǎo)我們：“事物發(fā)展的根本原因，不是在事物的外部而是在事物的內(nèi)部，在于事物內(nèi)部的矛盾性。任何事物內(nèi)部都有這種矛盾性，因此引起了事物的運(yùn)動(dòng)和發(fā)展。事物內(nèi)部的這種矛盾性是事物發(fā)展的根本原因，一事物和他事物的互相聯(lián)系和互相影響則是事物發(fā)展的第二位原因。”看來蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)具有形成高級(jí)結(jié)構(gòu)的內(nèi)因，但具體能否形成正確的高級(jí)結(jié)構(gòu)，則要靠外因的作用，即尋找到合適的試驗(yàn)條件。在胰島素人工合成的工作中，通過大量實(shí)踐找到了這種合適的條件，因而形成了正確的立體結(jié)構(gòu)，獲得了與天然胰島素一樣的產(chǎn)物。目前，生物化學(xué)的研究，已闡明了蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)如何通過復(fù)雜的核酸體系把氨基酸按一定順序結(jié)合成蛋白質(zhì)長(zhǎng)鏈的若干主要環(huán)節(jié)，但對(duì)于二三級(jí)結(jié)構(gòu)的形成，則需借助于“自行裝配”的設(shè)想，即在生物體內(nèi)的條件下，此肽鏈的主鏈和側(cè)鏈基團(tuán)間能自行逐個(gè)形成相應(yīng)的弱鍵，這些弱鍵的協(xié)同作用便決定了分子的立體構(gòu)型，因此，生物體系并不需要一些幫助形成高級(jí)結(jié)構(gòu)的核酸樣板或酶系。胰島素的人工合成，從實(shí)踐證明了“蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)決定于其一級(jí)結(jié)構(gòu)”和“自行裝配”這些概念具有豐盛的生命力。這不但為將來人工合成更多更大的蛋白質(zhì)開辟了無限的遠(yuǎn)景，也給予蛋白質(zhì)生物合成機(jī)制的闡明以有力的促進(jìn)；它還使我們看到，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的高級(jí)形式與簡(jiǎn)單低級(jí)形式之間的內(nèi)在聯(lián)系與質(zhì)的差異。
經(jīng)歷從生物學(xué)屬性、膠化性質(zhì)、物化特征和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)等不同深度的認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)的階段，目前，蛋白質(zhì)研究的前線，已進(jìn)入一個(gè)從生物屬性考察結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一的階段。這是一個(gè)螺旋的上升，是一個(gè)新的綜合。當(dāng)前要解決的中心問題是結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系問題，也即是為什么一個(gè)蛋白質(zhì)具有這樣結(jié)構(gòu)便有這樣的功能，而那樣的結(jié)構(gòu)便有那樣的功能；也即是為什么酶能夠催化，肌肉能收縮，毒素有毒，抗體是抗體？甚至為什么同一個(gè)酶在這種條件下催化這種生化反應(yīng)，而在另一種條件下卻催化其逆反應(yīng)或另種反應(yīng)，從而在分子水平上調(diào)節(jié)新陳代謝的途徑。分子生物學(xué)的研究已開始接觸這些生命活動(dòng)的機(jī)理。這里面自然也包含著一個(gè)問題，即為什么上述的和一些其他的功能都需要具有二、三級(jí)甚至四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子，而只有激素橫跨多肽與蛋白質(zhì)兩個(gè)領(lǐng)域；也即是為什么對(duì)有些類的代謝調(diào)節(jié)控制只需要短的或長(zhǎng)的多肽分子，如催產(chǎn)素、促黑激素、促腎上腺皮質(zhì)激素等，即可以了，而對(duì)另些類的代謝調(diào)節(jié)控制卻需要具有更高級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子，如胰島素、促乳激素、生長(zhǎng)激素等。
人工合成胰島素，為研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能找到了一條新的研究途徑。以往用合成和置換個(gè)別氨基酸組成的辦法，只能對(duì)簡(jiǎn)單的多肽激素或抗菌素進(jìn)行結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的研究，并探索合成更高效少害的這類藥物。對(duì)于蛋白質(zhì)，則以往僅局限于對(duì)側(cè)鏈基團(tuán)稍加改變以觀測(cè)其對(duì)生物活力的影響。人工合成了胰島素，則蛋白質(zhì)的禁區(qū)也打開了。可以設(shè)想，通過置換或增減蛋白質(zhì)分子中的一些氨基酸，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)功能關(guān)系有更深一層的了解。誠(chéng)然，合成一個(gè)蛋白質(zhì)不是件易事，目前我們所做的還是一條費(fèi)力的途徑。但認(rèn)識(shí)與經(jīng)驗(yàn)是不斷在飛速進(jìn)展的。在技術(shù)革命、技術(shù)革新的基礎(chǔ)上，合成的方法是可以大大簡(jiǎn)化的?？梢灶A(yù)期，人工合成對(duì)于蛋白質(zhì)活力中心所必需的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制等問題的闡明，一定會(huì)有其特殊的貢獻(xiàn)；也可以預(yù)期，人工合成在酶的模擬研究中，會(huì)起極其重要的作用。
地球上生命的起源，是一個(gè)自然科學(xué)與哲學(xué)中重大的問題。從無機(jī)自然界出現(xiàn)生命，是一個(gè)億萬年物質(zhì)運(yùn)動(dòng)發(fā)展的結(jié)果。在這個(gè)漫長(zhǎng)的演化途中，蛋白質(zhì)與核酸的出現(xiàn)，占有一關(guān)鍵的位置。我們可以用下圖示意：
可以設(shè)想，在其他星球上如果有生命，其最基本的物質(zhì)系統(tǒng)，如不是蛋白質(zhì)與核酸，也必會(huì)是按類似的結(jié)構(gòu)原則組成的“信息”高度集中的化合物。病毒的出現(xiàn)可以看做是演化途中的一條歧路，也可看成生命物質(zhì)由于核酸“犯錯(cuò)誤”而退化所成。無論怎樣了解，所有的病毒，其主要組成都是蛋白質(zhì)與核酸，最簡(jiǎn)單的病毒只有一種蛋白質(zhì)外殼和一種核酸內(nèi)含物。病毒雖然能夠增殖，但自己不能進(jìn)行新陳代謝，要依靠寄主的新陳代謝體系才能生存。
在19世紀(jì)初葉，所有當(dāng)時(shí)的有機(jī)化合物都是生物的組成成分或生命活動(dòng)過程中所產(chǎn)生的物質(zhì)，再不然就是生物體死后所變化衍生出的物質(zhì)。1828年味勒把腈酸銨溶液加熱獲得了尿素，第一次從無機(jī)物獲得一個(gè)有機(jī)化合物。百余年來，化學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中合成了無數(shù)的有機(jī)化合物，其中有與生命現(xiàn)象有關(guān)的或生命過程中所產(chǎn)生的許多重要物質(zhì)，如糖、性激素、膽堿、萜、靛藍(lán)、維生素、青霉素、葉綠素、核苷酸、多肽激素等等，也有一些本非天然產(chǎn)物卻對(duì)生物體有作用的藥物。這些成就，科學(xué)界都給予了應(yīng)有的評(píng)價(jià)。但直到我們合成了胰島素以前，在生命現(xiàn)象中起主導(dǎo)作用的蛋白質(zhì)，卻只能是生物體活動(dòng)的產(chǎn)物?，F(xiàn)在人工合成了第一個(gè)蛋白質(zhì)，從人類認(rèn)識(shí)自然的前景來看，是一個(gè)重要的突破。
盡管尿素是一個(gè)簡(jiǎn)單的“蹩腳”的有機(jī)化合物，是生命活動(dòng)所排泄出的廢物，但人工合成尿素的成就，在人類正確地認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象的本質(zhì)、從無機(jī)物中制造生命的歷史上，卻被看作是一個(gè)飛躍。因?yàn)樗黄屏藷o機(jī)世界與有機(jī)世界的界限。在蛋白質(zhì)中，胰島素也是最小的一個(gè)。胰島素的功能是參與新陳代謝的調(diào)節(jié)控制，在有些人看來，不如一些其他的蛋白質(zhì)如酶那樣更引人注目。同時(shí)，有一些其他激素功能由很小的多肽分子即可完成，不像生物催化、新陳代謝、收縮、抗體、毒素等功能，都需要較大較復(fù)雜的蛋白質(zhì)、而非多肽小分子所可完成的。盡管如此，胰島素是一個(gè)蛋白質(zhì)，人工合成了胰島素，便突破了一般有機(jī)化合物與生物高分子之間的界限。所以人工合成胰島素的成就，在人類認(rèn)識(shí)并合成生命的歷史上，可說是第二個(gè)飛躍。
（本文原發(fā)表于《自然辯證法研究通迅》1966 年第1 期，后作者對(duì)文章作了若干修改。）