組成蛋白質(zhì)的積木(Bausteine)種類可能只相當(dāng)于字母表中字母的數(shù)目。但是,正如字母的排列組合能表達無窮無盡的思想那樣,我們同樣能夠理解自然界中數(shù)不盡的有機體之蛋白質(zhì)是由數(shù)量有限的分子組成的”。
這段話摘自1912年出版的《細胞的化學(xué)組成》,作者是德國生化學(xué)家阿爾伯切特•科塞爾(Albrecht Kossel)。雖然近三個世紀前人們就從小麥中提取出了蛋白,但生物化學(xué)作為生理學(xué)和化學(xué)的衍生學(xué)科直到上世紀初才初具雛形,科塞爾和他的老師霍普•塞勒(Hoppe-Seyler)就是這一新興學(xué)科的兩位先驅(qū)。
不過,這位名叫科塞爾的先驅(qū)在幼年時期卻是一個狂熱愛好植物學(xué)的“植物迷”。他熱衷于栽種和采集各種花卉植物,并喜歡將它們制作成精美的標本。他的書柜幾乎成了植物陳列的櫥柜?迫麪柕募彝l件相當(dāng)優(yōu)裕,因此,盡管這個家庭有9個孩子,身為商人和銀行董事的老科塞爾仍然能夠提供給孩子們良好的教育。不過,老科塞爾顯然對兒子熱愛花卉這一點不太滿意,因此,在1872年,19歲的小科塞爾并未選擇植物學(xué)作為自己大學(xué)的主要專業(yè),而是離開家鄉(xiāng),跑到斯特拉斯堡大學(xué)去念醫(yī)學(xué)院。
老父親的苦心顯而易見。然而新鮮的環(huán)境和遠離家庭的束縛使得科塞爾在斯特拉斯堡大學(xué)如魚得水,對植物學(xué)的熱愛并未稍減。當(dāng)時斯特拉斯堡大學(xué)也是名師薈萃,科塞爾參加了很多植物學(xué)相關(guān)的課程。當(dāng)然,專業(yè)也不能丟下:霍普•塞勒在這里主持著德國最早、很長時期內(nèi)也是德國唯一的生物化學(xué)系,并教授生理化學(xué)和病理化學(xué)?迫麪栃蘖(xí)了霍普•塞勒的所有課程,而這個沉默寡言的學(xué)生也深受這位名師的喜愛。1876年,塞勒指導(dǎo)科塞爾發(fā)表了一篇有關(guān)蛋白胨的論文。
出于某些原因,科塞爾并未完成在斯特拉斯堡的學(xué)業(yè),而是回到了家鄉(xiāng)羅斯托克,繼續(xù)在當(dāng)?shù)啬钺t(yī)學(xué)院。1877年,科塞爾通過了國家醫(yī)學(xué)考試并于次年獲得醫(yī)學(xué)博士學(xué)位。不過這位昔日的植物迷看上去確實對做一名醫(yī)生不感興趣,他既沒有成為開業(yè)醫(yī)生,也沒有投身醫(yī)學(xué)臨床的研究,而是返回斯特拉斯堡大學(xué)給自己的老師霍普•塞勒當(dāng)起了助手,并正式投身科學(xué)研究。
早在1869年,弗雷德里希•米切爾(Friedrich Miescher)就在膿細胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)了“核素”(nuclein)。這種物質(zhì)的性質(zhì)有某些與眾不同之處。例如呈酸性,可溶于稀釋堿,不溶于稀釋酸和水,類似粘蛋白卻又不是粘蛋白,不含硫卻富含磷等。但是核素的性質(zhì)和組成究竟如何仍不甚清楚。1878年,科塞爾的第一篇文章就是針對酵母菌核素的研究。在核素的水解產(chǎn)物里,科塞爾分離出了兩種堿:黃嘌呤和次黃嘌呤;1884年,科塞爾在鳥類的紅細胞小體內(nèi)分離出了一種蛋白,命名為“組蛋白”;1885年,科塞爾發(fā)現(xiàn)了腺嘌呤,并描述了腺嘌呤向次黃嘌呤的轉(zhuǎn)化;1887年,已成為生理學(xué)教授的科塞爾又在茶葉中分離出了茶堿。
1888年,Altmann發(fā)現(xiàn)了不含蛋白質(zhì)的核酸,科塞爾就此對核酸展開了深入研究。1891年,科塞爾在文章中對核酸的組成給予了初步描述:它含有相當(dāng)數(shù)目的腺嘌呤和鳥嘌呤,并含有某種具有糖類特征的物質(zhì)。兩年后,科塞爾又與他的學(xué)生發(fā)現(xiàn)了胞嘧啶和胸腺嘧啶。至此,核酸(即DNA、RNA)的基本化學(xué)構(gòu)成(戊糖、磷酸、堿基)已經(jīng)呼之欲出。
1895年,科塞爾將研究方向轉(zhuǎn)向蛋白質(zhì)領(lǐng)域。在魚精蛋白的水解產(chǎn)物中,科塞爾發(fā)現(xiàn)了組氨酸。1900年,科塞爾發(fā)表了基本氨基酸測定法——銀鋇法。在此后的許多年間,銀鋇法一直是測定基本氨基酸的最佳方法。至此,科塞爾對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了濃厚興趣,并指出精氨酸是構(gòu)成魚精蛋白的主要成分。對于蛋白質(zhì)的構(gòu)成,科塞爾提出需要分三步研究:1確定蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物的組成;2定量確定各組分的構(gòu)成比例;3弄清這些碎片的連接和排列形式。科塞爾的出色工作為人們探索蛋白質(zhì)的本質(zhì)指明了道路。不過遺憾的是,科塞爾始終未能發(fā)現(xiàn)酯法分離氨基酸,盡管他曾非常接近發(fā)現(xiàn),并且條件也具備,但是學(xué)生的錯誤報告卻最終使他與這次發(fā)現(xiàn)失之交臂,這也是科塞爾本人非常心有不甘的一件事。盡管有些許遺憾,但科塞爾的成績也已經(jīng)足夠驕人了。今天的生物化學(xué)早已碩果累累,關(guān)于蛋白質(zhì)和核酸的研究依舊方興未艾。翻開任何一本教科書,蛋白質(zhì)和核酸的結(jié)構(gòu)和功能都是進入這門學(xué)科的首要內(nèi)容:氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位,蛋白質(zhì)水解生成的天然氨基酸只有二十余種,氨基酸之間依靠酰胺鍵形成肽鏈;核酸的基本構(gòu)成單位是核苷酸,核苷酸水解后產(chǎn)生核苷和磷酸,而前者又由戊糖和堿基(嘌呤堿和嘧啶堿)組成。在學(xué)科的起步階段,在缺乏必要的研究方法和設(shè)備的條件下,科塞爾的成就已經(jīng)無愧于先驅(qū)的頭銜。1910年,科塞爾收獲了科學(xué)界的最高獎——諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎:
“他在蛋白質(zhì)以及核酸方面的研究工作為我們認識細胞化學(xué)做出了貢獻。”
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