Original 2017-02-14  SME

 

 

 

1965年9月17日，中科院生物化学研究所

一阵欢呼声响起，每个人的脸上都是掩盖不住的兴奋

 

经过一系列复杂的分析与鉴定，所里的科学家们宣布了这个激动人心的消息

世界上第一个人工合成的蛋白质——结晶牛胰岛素成功合成

 

 

 

世界上首个人工合成蛋白质——结晶牛胰岛素

 

这是科学家们第一次完整地合成了一个有活性的蛋白质

为人类认识生命、揭示生命的奥秘打下了第一座城池

 

这是一项震惊了全世界的科研成果，自然聚集了无数的目光

国家自然科学一等奖的荣誉毫无例外落到了它的身上

甚至人们还觉得，这个成果可以试着申请一下诺贝尔奖

 

 

 

然而现在，大家都知道，第一个拿到诺贝尔奖的中国科学家是屠呦呦

这么说来，结晶牛胰岛素的全合成是肯定没有得到诺贝尔奖委员会的青睐

可这样一项让全世界瞩目的成果为什么被诺贝尔奖忽视了呢

 

对于这个中国骄傲，坊间有很多传言

最多的传言就是，因为诺贝尔奖只能颁给3个人，但是中国当时参与结晶牛胰岛素的研究的科学家有几十个，坚持集体主义的中国自愿放弃了这个奖项

 

 

 

可实际上，这不过就是当时的“朋友圈谣言”

1979年，中国选择了一位叫做钮经义的科学家作为代表，提名了诺贝尔化学奖

但那一年的10月，诺贝尔奖宣布的获奖名单中，却没有钮经义的名字

 

世界上第一个人工合成的蛋白质，就这样被诺贝尔奖抛弃了

毕竟，这不算是个开创性的成果

而是建立在一位英国科学家的基础研究之上的一个成果

 

 

我国著名生物化学家——钮经义

 

相比起来，这位英国科学家可以说得上是诺贝尔奖的宠儿

他两次获得了诺贝尔化学奖，更是培养了3位获得诺贝尔奖的博士生

 

身为“富二代”，他靠着“走后门”进入了剑桥大学

他是个偏科boy，却两次改变了生物学的研究走向

 

他被誉为“人类基因学之父”

一开始却连一间属于自己的实验室都没有，还因为别人的投诉被迫停止实验

 

 

 

他的家中几乎没有任何的纪念牌匾、奖章或者证书

甚至连诺贝尔奖奖章也被他放在了柜子里

 

他拒绝了大多数的采访，拒绝各种学校给他的教授职务

即便已经是英国皇家学会的院士，他的名字后边也只挂着“博士”的头衔

 

他拒绝了英国女王准备给他的爵位，只是因为不想听到别人称他为“sir”

功成名就的他在65岁就退出了科研圈，打理起自己的花园

而他的花园，现在也成为了一个著名的景点

 

 

弗雷德里克·桑格尔（Frederick Sanger）

 

弗雷德里克·桑格尔（Frederick Sanger），人类探索与揭示生命奥秘的引路人

 

…

 

1918年8月13日，桑格尔出生于英国格洛斯特郡

他的父亲是一名全科医生，还曾到过中国进行医疗传教

他的母亲则是一位来自贵族家庭的小姐

 

从小桑格尔就没有为钱的事情担忧过

作为一个富二代，他一直接受着良好的教育

还经常和比他大一岁的哥哥一起采花扑蝶

 

 

桑格尔（中间）与哥哥和妹妹

 

作为一名优秀的医生的儿子，桑格尔从小就受到了医学的熏陶

幼年的他也一直将成为一名优秀的医生作为人生目标

 

然而随着年龄的增长，桑格尔却渐渐意识到医生这个职业似乎并不适合他

“与照顾很多人、解决不同的问题相比，我更喜欢专注于一个问题，并进行深入的研究”

 

于是，到了上大学的年纪，桑格尔选择了物理和化学作为主修课程（当时的剑桥大学要求学生学习两个主修学科和一个副学科）

然而，才大学的第二年，桑格尔就学不下去了

 

 

 

他曾经说过，“如果不是父母相当富有，我很可能根本进不了剑桥”

高中时期的他学习成绩很一般，并不是什么尖子生

靠着“走后门”进入了剑桥，他感到压力颇大

 

物理学科的复杂计算让他望而却步，只好转修了生理学专业

而选择副学科的时候，他也没离开生物和化学，选择了生物化学专业

 

虽然桑格尔在此之前并没有听说过生物化学这门学科

但是“用化学的方法来解决生物问题”这样的思路却十分吸引他

反正如果读不下去就再转修咯，反正有钱的桑格尔也不在乎这些

 

 

剑桥大学

 

幸运的是，他的生物化学课程导师是一位很不错的老师

永远活力四射，也知道要怎么去引导学生思考

 

在导师的影响下，桑格尔爱上了生物化学这门学科

毕业的时候，他的生物化学成绩甚至被列为最优

 

从小到大，桑格尔还从来没有得到过那么优秀的成绩

对于他来说，这是个很大的鼓励

同时，也让桑格尔意识到，他虽然算不上什么天才，但是在实验方面，却是一把好手

 

 

 

他选择了继续学习生物化学的相关课程

他给生化系写了信，询问自己是否能继续学习研究生的课程

可一个月过去了，他所有的信件都如石沉大海，毫无回音

 

桑格尔决定，亲自到院系办公室里去问问

那时候，他的父母刚刚相继离开人世，他继承了一笔不小的遗产

他对生化系的教授们说，“我可以不需要任何的资助，只是想继续做实验”

 

 

桑格尔与同事

 

听到桑格尔的话，生化系的老师们眼睛都亮了

成绩优异，还不需要给钱，这样免费的优质劳动力还能去哪儿找

很快，桑格尔就收到了好几个实验室的邀请

 

1943年，桑格尔顺利完成了3年的学习，拿到了博士学位

他继续留在了剑桥，跟着新任的生化系教授奇布诺尔进行博士后的工作（当时欧洲一个系一般只有一个教授）

他的研究课题是——胰岛素

 

 

胰岛素分子结构

 

1923年，班廷和麦克劳因为对胰岛素的研究而获得了诺贝尔奖

很快，胰岛素就成为了生物化学领域研究的热门课题

 

胰岛素对曾经19世纪的不治之症——糖尿病有着无与伦比的功效（19世纪糖尿病患者平均寿命仅4.5年）

而且它还是那时候为数不多的几种可以被提纯的蛋白质之一

 

 

班廷发现胰岛素

 

当时，人们已经知道构成蛋白质的氨基酸有20种

可是人们对于蛋白质的氨基酸构成还一无所知

桑格尔的工作就是，研究出胰岛素的氨基酸序列

 

这听起来就像是玩拼图一样简单

可实际上，如果只是单纯拼凑的话，仅仅这20种氨基酸的排列组合就已经数以亿计

20的20次方，真是个可怕的数字

 

 

 

桑格尔的导师奇布诺尔发现，胰岛素有很多的自由氨基

可明明胰岛素是一个酸性氨基酸呀，多出来的应该是羧基才对

 

奇布诺尔认为，胰岛素应该是一种比较小的蛋白质，肽链的长度并不长，因此才会出现很多自由氨基的情况

 

奇布诺尔告诉桑格尔，让他想办法鉴定胰岛素的自由氨基

通过鉴定自由氨基，或许就能弄清楚胰岛素到底是由多少个氨基酸、由哪些氨基酸组成的

 

 

氨基酸结构通式

 

桑格尔心想，要鉴定自由氨基，就需要有一种介质

这种物质应该要能紧紧地结合在氨基上，还要容易被找到，能有颜色什么的就最好了

 

可这样的物质并不好找，桑格尔几乎尝试了当时所有的生化试剂

甚至还曾经因为某种试剂将整个实验室的生物制品都污染了而遭到投诉

功亏一篑的他只能从头开始寻找合适的试剂

 

多次的尝试后，桑格尔最终选择了一种叫做2,4-二硝基氟苯的物质

这种简称为DNFB的试剂后来被大家叫做——桑格尔试剂

 

 

2,4-二硝基氟苯

 

DNFB在常温下就能与自由氨基发生反应，避免了高温使蛋白质变性的问题

当其与自由氨基反应的时候，会紧密结合在氨基上，同时还会有颜色反应（变成黄色）

毫无疑问，DNFB是用来做实验的最合适的试剂

 

桑格尔先将DNFB与胰岛素放在一起，发现胰岛素有两个自由氨基

这说明胰岛素是由两条肽链组合而成的

桑格尔将这两条肽链分别称为A链和B链

 

 

一级结构即氨基酸排列

 

接着，他用盐酸和胃蛋白酶将胰岛素降解成小段的肽链

再用DNFB与这些小段的肽链结合

电泳、层析…拥有精湛实验技术的桑格尔将这些常见的分离方法玩出了花

 

他用“拼盘子”的说法来形容他的实验过程：将整条胰岛素摔成很多小段，再一点点拼凑起来，就能看到整个“盘子”的模样

 

 

桑格尔在冷泉港实验室

 

他成功了，1955年，桑格尔公布了胰岛素的结构

包括一级结构和两条肽链（A链与B链）的结合情况

这是第一个被解析出结构的蛋白质，桑格尔的工作自然引起了世界上的极大轰动

 

桑格尔的工作为人们打开了认识蛋白质，认识生命的第一道大门

也为1965年人工合成结晶牛胰岛素提供了可能性

 

1958年，由于对胰岛素结构的精确解析，桑格尔独享了那一年的诺贝尔化学奖

 

 

 

拿到诺贝尔奖之后的桑格尔成了鼎鼎大名的人物

上世纪60年代初期，核酸测序代替了蛋白质成为了生命科学研究的重点

 

桑格尔也被调到了剑桥大学新成立了分子生物学实验室

这个前身为卡文迪许实验室的实验室，后来出了十多个诺贝尔奖的获得者

 

桑格尔在实验室中担任蛋白质化学部门的主管

渐渐将自己的研究方向从蛋白质转向了核酸

 

 

 

核酸是生物的基础遗传物质，生物最基本的物质之一

比起蛋白质，核酸看起来似乎要简单得多，它只有4个基础元素

可是，核酸的长度比蛋白质要长太多太多

 

蛋白质可能只由几十个甚至几个氨基酸构成

但是核酸的长度经常以万为基本单位，几十万几百万的长度都是平常事

核算测序？这似乎是个不可能完成的任务

 

但这在桑格尔面前，或许并不会造成多大的困扰

毕竟在他测出胰岛素的序列之前，也有人觉得他是在犯傻

 

 

 

一开始，桑格尔想用和蛋白质测序类似的方法来进行核酸的测序

可他很快就发现这是不可行的

核酸太长了，太多重复的序列让他根本无从拼凑

 

于是，他反其道而行之，决定从核酸的合成方面入手，寻求突破

他创造出了后来被成为“双脱氧链终止法”的核酸测序方法

双脱氧链终止法：核酸模板在核酸聚合酶、引物、四种单脱氧碱基存在条件下复制或转录时，如果在四管反应系统中分别按比例引入四种双脱氧碱基，只要双脱氧碱基掺入链端，该链就停止延长，链端掺入单脱氧碱基的片段可继续延长。

 

 

 

桑格尔又一次成功了

他相继完成了大肠杆菌5SrRNA（120个核苷酸）、噬菌体DNA（5375个核苷酸）和人类线粒体DNA 序列和lambda噬菌体DNA序列的测定

核酸测序方法的诞生，成为了后来著名的“人类基因组计划”的技术基础

 

 

人类基因组计划基本完成（点击回顾挑战桑格尔的科学狂人——文特尔的故事）

 

1980年，他与保罗·伯格、沃特•吉尔伯特一同分享了当年的诺贝尔化学奖

他成为了历史上两次获得诺贝尔奖的第四个人

更是第一个在相同领域两次拿到诺贝尔奖的人

 

 

 

1980年，桑格尔再一次获得诺贝尔化学奖

 

比起很多大科学家来说，桑格尔很少在实验中出现“灵光一闪”的情况

他的任何成就都是一点一滴地积累，一步步完成的

 

他的笔记本上，时常会出现这样的话语，“完全是浪费时间…得从头再来”

这些话看起来更像是一个埋头奋斗的研究生写的

 

 

 

 

桑格尔几乎是世界上在实验室中工作时间最长的科学家了

在他65年的科研生涯之中，除了实验室，他似乎再没有别的营地

 

教学和行政的事务都不适合他，他曾因为授课太差被学生赶下讲台

然而这并没有影响他带出了3个拿到诺贝尔奖的博士生

 

 

 

他拒绝一切莫名其妙要给他的荣誉

比如，英国女皇准备授予他的爵位

再比如，各种学校想要给他的荣誉教授称号

 

他的家中，并没有一堆奖章或者证书

就连诺贝尔奖的奖章，都被他收在柜子里

纵然已经是英国皇家学会的院士，他唯一的称谓也仅仅是“桑格尔博士”

 

 

 

 

65岁那一年，桑格尔觉得自己已经在实验室里待了足够久的时间了

“我已经够老了，应该退休了，与其继续做着水准日趋下降的研究，还不如将更多的机会让给年轻人”

 

于是，又一个奋战的深夜后，他深深看了一眼自己的实验室，嘴角绽放出灿烂的笑容，缓缓将门锁上，潇洒地转身离开

 

 

 

从那一天开始，桑格尔将自己的时间与精力投入“自己感兴趣却一直没时间做”的事情上

他开辟了一座属于自己的花园，每天打理花花草草

 

盛夏寒冬，暮鼓晨钟，他变成了一个优秀的园丁

到后来，他经营的花园甚至成为了英国一个著名的旅游景点

 

 

桑格尔与他的花园

 

2013年11月19日，桑格尔长眠