胰岛素是一种复杂的蛋白质,由大量的蛋白质分子构成。要想人工合成它,是一个十分艰难的任务。但是在1965年9月17日,中国科学院生物化学研究所沸腾了。这一天,人们终于获得一丁点儿雪白的结晶体——世界上首批用人工方法合成的结晶牛胰岛素!
人工胰岛素的合成,标志着我国的生物工程走在世界的前列,引起了国际科学界的重视。人们把人工合成牛胰岛素与我国成功发射人造地球卫星,制成原子弹、氢弹合称为中国的三大科学成果。
很多人表示怀疑,认为这一丁点儿雪白的结晶体,怎能与人造卫星、原子弹、氢弹相提并论呢?
这是因为人工合成胰岛素,是一项极其艰难的工作。许多新中国培养的青年科学家,在老教授、老科学家的帮助下,经过六年零九个月的努力,才终于制成。它要经过近200步合成工作,稍有一步失误,就前功尽弃。
这是因为人工合成胰岛素,具有重要的科学意义,标志着人类在揭开“生命之谜”的历程中,迈出了关键的一步。
胰岛素是什么东西呢?在人和动物的胰脏里,有一种形状像小岛似的细胞。它分泌出一种激素,叫胰岛素。这种激素很重要,它能促进体内碳水化合物(如糖类和淀粉)的新陈代谢,并控制血液里的糖含量。如果缺少胰岛素,人体血液中的含糖量就会增加,使大量的糖分从尿中排出,形成糖尿病。在医学上,胰岛素是治疗糖尿病的特效药。
为什么要合成胰岛素呢?因为胰岛素是一种蛋白质。当时,我国科学工作者们决心攻克人工合成蛋白质的堡垒,选择哪儿作突破点呢?要想合成蛋白质,必须知道蛋白质的分子结构。当时,唯一的为人们已知的蛋白质分子结构,就是牛胰岛素。
牛胰岛素与人胰岛素的分子结构极为相似,都是由5个氨基酸组成的,其中50个氨基酸的成分,顺序都相同,只是最后一个氨基酸不同。
牛胰岛素的分子是由两条分子链组成的,一条叫A链,一条叫B链。A链由21个氨基酸组成,B链由30个氨基酸组成。两条链之间,由两对硫原子在一起,A链中还有自己的一对硫原子。一个牛胰岛素分子,总共含有777个原子!
蛋白质是一种结构非常复杂的高分子化合物。塑料、合成纤维、合成橡胶之类,虽然也是高分子化合物,可是,它们的分子和蛋白质分子相比,可就简单多了。例如聚氯乙烯分子,是由许许多多氯化乙基的基团“手拉手”连接而成的。它之所以简单,是在于这些基团彼此都是一样的。正如你用线穿许多红珠子一样,反正都是红珠子,随便抓了哪一颗穿过去都行。可是,蛋白质却不一样,蛋白质是由许多不同的氨基酸组成的,氨基酸有20多种,而每种氨基酸又是按照非常严格的次序排列的。这也和用线穿珠子一样,如果珠子的颜色繁多,有红的、黄的、蓝的,又有绿的、黑的、棕的、白的……五光十色,各式各样,而穿的时候,各种颜色的珠子又必须按严格的次序逐个穿进,如先穿一粒红的,再穿两粒黄的,然后穿一粒白的,四粒黑的,两粒红的,一粒绿的……这自然比刚才光穿红珠子要困难得多。也正因为这样,人们已制成了上千万种塑料、纤维、橡胶,而在人工制造蛋白质的道路上,才迈出了第一步。
在合成牛胰岛素时,每加上一粒“珠子”——氨基酸,常要过好几步化学反应。所以前面谈到,共要经过近200步合成,错一步都不行。
正因为这样,那一丁点儿白色结晶体的诞生,就引起了世界的轰动。
1971年,我国科学工作者测定了分辨率为2.5A的猪胰岛素分子的立体结构,这样,使我国在生物高分子的晶体结构分析方面,跃入世界先进行列。
近年来,我国科学家们还抽提、结晶了鸡、乌风蛇和鲢鱼的胰岛素。另外,还合成了二十九肽的结晶胰高血糖素,在合成蛋白质方面取得了一系列新成就。