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中国人工全合成牛胰岛素,一段永被铭记的历史

科普小知识2022-07-12 08:15:48
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胰岛素是一种蛋白质激素,主要用于控制血糖。1921年,加拿大的万津和贝斯特首次发现了它,并于1922年开始在临床上使用,从而挽救了过去死亡的糖尿病患者。

现在人们对胰岛素并不陌生,胰岛素随时都可以在药店买到。它既便宜又容易使用。然而,在20世纪50年代,人工蛋白质合成仍然是一个没有人攀登过的科学高峰。然而,正是中国科学家在那个时期极其困难的条件下克服了这个科学问题。首次在实验室人工合成了具有全生物活性的晶体牛胰岛素。

这是一个什么样的艰难旅程,在此期间会发生什么样的曲折?

中国人工全合成牛胰岛素,一段永被铭记的历史

这是当时人工合成的最大的具有生物活性的天然有机化合物。实验的成功使中国成为第一个合成蛋白质的国家。

牛胰岛素的人工合成项目

1956年,*总理在第二届中国人民政治协商会议第二次会议上明确提出了发展科学的口号:“我们的人民正在*道路上大步前进。在*的旗帜下,我们的人民已经开始走向科学。”同年,**还制定了1956年至1967年的12年长期科技发展规划。当时,社会各界人士以极大的热情投身于*建设。各条战线都频繁报道好消息。科学家们也倾其所有,在科学领域为祖国的建设做出贡献,向世界展示中国有人才。

下定决心,该怎么办?怎么做?怎么做?一系列问题仍有待解决。

20世纪50年代,蛋白质是世界生物化学领域的一个热门研究课题。1955年,英国科学家f·桑格率先测定了牛胰岛素的所有氨基酸序列,为人类了解蛋白质的分子化学结构开辟了道路,从而获得了1958年诺贝尔化学奖。虽然牛胰岛素的结构是清楚的,但由于当时的条件,很难人工合成。

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桑格发表的牛胰岛素分子结构图表明,牛胰岛素由两条分子链组成:A链和B链

受当时形势的影响,1958年8月,中国科学院上海生物化学研究所的研究人员提出研究“合成牛胰岛素”。1959年,该项目被批准为国家重大科技项目。这个基础科学项目意义重大,难度极大,从未被世界上任何人研究过,最初计划在20年内完成。然而,在那个中国迫切需要证明自己实力的特殊时代,20年太长了,参与该项目的科学家决定将日期缩短至5年。这个计划似乎有点违背科学研究的发展规律,对当时充满热情的年轻科学家来说是如此的自然。为了祖国,他们想攻击这个科学高峰。

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当时决定采用“大部队作战”的研究方法,由中国科学院上海生物化学研究所、中国科学院上海有机化学研究所和北京大学生物系联合进行研究。参与这项研究的研究人员知道这场战斗将是极其困难的。只有当他们真正投入到研究工作中时,他们才发现困难比预期的要大得多。

有许多困难,你自己去做,勇敢地攀登科学高峰。

当时,中国在蛋白质合成方面没有任何经验。除了味精,它甚至不产生任何形式的氨基酸,更不用说比氨基酸更复杂的多肽合成了。一切从零开始,摸着石头过河。这在科学研究中是多么困难和可怕。

胰岛素所需的17种氨基酸都是进口的。然而,就在项目开始前一年,苏联对华援助专家被撤回,中苏关系达到冰点。当时,欧美国家正试图将新中国扼杀在摇篮中,从这些国家进口合成牛胰岛素所需的氨基酸是绝对不可能的。

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年轻的科学家在几个月内建立了一个专门合成氨基酸的工厂,以确保研究过程中氨基酸的供应。由于条件简陋,一栋旧建筑的屋顶上建了一个棚子。科学家自己戴着防毒面具来生产。他们不怕艰难和死亡。他们用无畏的精神跳跃,摘挂在树梢上的科学胜利果实。

然而,尽管克服了许多困难,科学家们发现,只有在他们真正进入实际操作研究之后,科学研究才是一个非常具体的现实。在最初的几个月里,似乎没有任何进展。悲观情绪逐渐在研究人员中滋长。然而,就在这个时候,一个令人兴奋的消息出现了。

中国人工全合成牛胰岛素,一段永被铭记的历史

总合成胰岛素研究小组成立之初。前排是王(支部书记);中间一排左边4个按钮,左边5个,,左边6个曹,左边7个沈;后排右侧有1名徐根军,2名张,5名龚悦婷,6名沈备。

第一场战斗胜利了,天然胰岛素被分离了。

合成胰岛素项目组的成员之一,1959年,在项目开始的几个月后,邹承鲁领导的小组首次实现了天然胰岛素的分离,解决了合成牛胰岛素研究的第一个关键问题。

中国人工全合成牛胰岛素,一段永被铭记的历史

邹承鲁是中国科学院院士,国际知名生物化学家。

1960年1月,在第一届全国生物化学学术会议上,邹承鲁集团的年轻科学家杜宇昌代表全集团发表了天然牛胰岛素解离的研究成果。然而,由于当时保密的需要,这一重大研究成果并未在国际上发表,这也使其错过了诺贝尔奖。

后来,在1961年,美国科学家安芬森完成了核糖核酸酶二硫键的分解和重建工作,从而获得了1972年诺贝尔化学奖。

中国人工全合成牛胰岛素,一段永被铭记的历史

兵团在行动中进退两难。

最初战斗的成功证明了研究方向的设定是正确的,每个参与的人都很兴奋。为了充实研究团队,相关部门还挑选了300多名生物或化学专业的毕业生参与牛胰岛素合成的研究。

新生的小牛不怕老虎。刚刚走出学校的毕业生认为合成蛋白质多肽是一件非常简单的事情是理所当然的。仅仅通过将两种多肽倒在一起,就合成了一种新的多肽。很快,一些团队宣布了A链的合成,而其他团队不愿意落后。后来,他们还宣布了动态人工胰岛素的研究。这些新的部队似乎在一夜之间解决了牛胰岛素合成中的所有问题,并无限接近成功。

中国人工全合成牛胰岛素,一段永被铭记的历史

然而,这些充满激情的发明在应用阶段都失败了。原本在战斗中团结合作的庞大军队,在军队扩张后陷入困境,变得支离破碎,使得本已捉襟见肘的研究资源变得更加不可持续。

同时,由于三年自然灾害的影响,新中国合成牛胰岛素的研究工作自1960年以来一直陷于困境。

再次起航,征服科学问题。

1964年,经过一段时间的深入研究,中国科学院决定进行改革。国家科委党组、中国科学院党组关于自然科学研究机构当前工作的十四项意见(草案)。最重要的建议之一是精简机构,集中优*量和资源,开展重点研究。这样,人工合成牛胰岛素的研究工作就可以继续下去了,这项工作已经开始得很好。

根据工作需要,最初由几百人组成的人工合成牛胰岛素的研究小组被缩减为一个大约20人的精干小组。很快令人兴奋的消息传来,牛胰岛素的A链和B链成功合成,标志着人工合成牛胰岛素研究的最后阶段——A链和B链的成功连接产生了与天然牛胰岛素相同的蛋白质。

最后,合成A链和B链的重担落在了杜宇昌的肩上。1965年9月3日,杜宇昌经过24小时的实验工作和几次模拟运算,完成了A链和B链的人工全合成实验。

经过14天的冷藏,1965年9月17日上午,杜宇昌小心翼翼地收集了一个样品,并用高倍显微镜检查了合成结果。经过六年多的努力,所有的项目团队成员都在等待结果的公布。

在显微镜下,完美的六面体晶体像透明溶液中的宝石一样晶莹闪亮。“我看到了,完美的水晶,我成功了。”当杜宇昌抑制不住内心的喜悦,大声喊着要看水晶时,整个实验室沸腾了,每个人的脸上都充满了幸福。成功只有最后一步,需要对结晶进行计量并在小鼠中测试活性。

中国人工全合成牛胰岛素,一段永被铭记的历史

这种完美的六面体晶体是合成牛胰岛素

参与合成工作的龚月亭回忆道:“当老鼠开始抽筋和跳跃时,实验室里所有的人都开始欢呼,忍不住拥抱和庆祝。这真是一个激动人心的时刻,难以言表。”此后,对合成牛胰岛素的研究已经成功完成。

中国人工全合成牛胰岛素,一段永被铭记的历史

人工全合成牛胰岛素动物实验成功的现场,右二杜宇昌,右三龚月婷

1965年11月,这项重要的研究成果首次以简要报告的形式发表在《中国科学》杂志上,并于1966年4月全文发表。

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中国人工全合成牛胰岛素,一段永被铭记的历史

科学通报1966

中国人工全合成牛胰岛素,一段永被铭记的历史

国家科学技术委员会组织了两次人工晶体牛胰岛素鉴定会议

中国人工全合成牛胰岛素,一段永被铭记的历史

中国科学院院士、生物化学家龚月婷

轰动全世界

1966年4月,国际生物化学学会邀请王英来、邹承鲁、龚月亭在华沙欧洲生物化学联席会议上发言,向世界宣读这一伟大的胜利,引起了世界的轰动。

中国人工全合成牛胰岛素,一段永被铭记的历史

《人民日报》1966年12月24日报道

来自世界各地的著名科学家祝贺我们的伟大成就。一些著名科学家来到中国,先后参观了中国科学院上海生物化学研究所。

我国人工牛胰岛素的合成已经得到国际同行的认可。尽管令人遗憾的是,由于各种原因,最后一项重大研究成果未能获得诺贝尔奖,但这项重大科学成就为人类福祉和保护生命健康做出了巨大贡献。这是参与人工牛胰岛素研究的科学家们的最高荣誉和最宝贵的价值。

参与该项目的科学家不仅热情高涨,而且具有严谨无畏的科学探索精神。在那种艰难的环境中,他们一步一步地爬上了科学的顶峰。我们赞美他们。

中国人工全合成牛胰岛素,一段永被铭记的历史

1966年,时任中国科学院院长的郭沫若与合成牛胰岛素结晶团队合影。