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动乱岁月的基础研究:胰岛素晶体结构测定

2014-12-12

  熊卫民 

  人们通常认为,“文革”是科学的沙漠。其实这并不尽然,因为大部分科研机构并未撤销,而不少科研人员在“闹革命”之同时,也并没有完全放弃业务工作。甚至,有些难以直接联系实际的基础研究也因种种机缘巧合而得以在“文革”期间开展,胰岛素晶体结构测定研究即为其中之一。 

  这项课题是在“文革”前夕提出的。人工合成胰岛素的成功令世界对中国刮目相看。为了延续辉煌,国家科委立即组织科学家酝酿这项研究的后续项目。就在19664月举行的人工合成胰岛素工作的鉴定会上,晶体学家、北京大学的唐有祺教授提出了测定胰岛素晶体结构(后获代号“691”)的设想。 

  对基础薄弱的中国来说,这个设想可谓相当宏大。胰岛素是一种生物大分子,包含的原子数以百计,测定它们在空间中的位置谈何容易?就当时最成功的多对同晶型置换法而言,其工作流程大致分为以下四个步骤:(1)培养出足够大的、较多数量的晶体;(2)向晶体中引入重原子,制备出与母体晶体同晶型的待测晶体的重原子衍生物;(3)用X射线照射样品,取得X射线衍射数据,再根据母体晶体和衍生物晶体在衍射强度上的差异来推算相应的衍射相位;(4)建立胰岛素立体模型并使其逐步精确化。这四个步骤都相当艰难,后面三步尤其繁复。所以,这方面成功的例子很少,一旦突破,往往能得到国际科学界的关注。在1965年之前,已经至少出现过3项相关的诺贝尔奖,每项工作都耗费了科学家相当长的时间,例如:1964年,英国的霍奇金教授因测定胆固醇、维生素D、青霉素、维生素B12等重要物质的结构而获得诺贝尔化学奖,这些工作花了她和她的学生20多年的时间。 

  虽然研究条件还比较差,但这个倡议还是马上得到了国家科委领导和部分科学工作者的热情响应。他们决心上马这个项目。19665月,北京大学化学系、中国科学院物理所等11个协作单位的100多人在北京大学召开誓师大会,“691”工作正式启动,唐有祺被任命为学术负责人。旋即,“文革”爆发,此工作被迫暂时停止,唐有祺被作为“美国特务”隔离审查。 

  1967年之后,一些想了很多办法却未能如愿开展业务工作的科研人员挖掘出了毛泽东以前讲过的两句话——“人工合成蛋白质好”、“关于生命起源要研究一下”,并利用江青对人工合成胰岛素项目的表扬,称“691”工作是以人工合成生命的途径对“生命起源”进行探索,是对毛主席“最高指示”的贯彻,从而得到了以“中央文革小组”为代表的那些热衷于“抓革命”的人的支持。而周恩来等领导更是支持上马一些研究工作。聂荣臻副总理尤其积极,因为他还要筹备拟于1968年夏天举行的第二届北京科学讨论会——中国应当在那个会议上报告一些新的重大成果。上述诸多因素的契合,促使他们召开了一系列选题会议。19675月,“691”工作正式恢复。参加者包括北京大学化学系、生物系等单位的30多位教师和中国科学院物理所、生物物理所、生化所、有机所、计算技术所、福州物质结构研究所等单位的约40名研究人员。他们因陋就简,分头开展研究。 

  工作的时候他们特别强调政治,大约有接近一半的时间被耗费在政治活动上。即便如此,外界的领导和“革命群众”还批评他们,说他们不抓“革命”。尤其不利的是,当时正处于派性斗争的高峰期,北京大学的参与者之间一度出现过严重的对抗:先是“你来,我就不来”;后来,干脆一方把另一方赶出实验室和宿舍。 

  在极端困难的情况下,李根培、李崇熙、林政炯等骨干仍然坚持研究工作,他们培养出了大量猪胰岛素晶体,并制备和筛选出了两种适用的重原子衍生物样品——乙基氯化汞-胰岛素和醋酸铅-胰岛素,从而初步解决了结构测定工作的关键和瓶颈问题。 

  19687月之后,北京大学和中国科学院开始进行“清理阶级队伍”运动,李根培、范海福等研究骨干被“清理”出研究队伍,工作变得愈加难以开展。就在研究队伍濒临解体的紧要关头,他们收到了周恩来、江青等人通过曲折的渠道发来的口头指示,说要“为胰岛素开绿灯,没条件要给条件,要人给人,要物给物,一定要落实”。 

  为了落实“无产阶级司令部”的指示,更好地开展工作,以胜过国外的竞争对手,19691月,在中国科学院革命委员会的安排下,各单位的相关人员被集中到政治风浪相对较小的物理所,组建为“691”连队。他们根据各自的特长,打乱原有的单位,对研究工作进行了重新分工。此时,在设备供应方面也发生了两件令人振奋的事:第一,物理所进口的线性衍射仪(“文革”前订的货)可以良好运行了;第二,在有关领导的指示下,国防科委主要用于卫星研究的最先进的计算机——109丙机,开始对“691”连队开放,每星期里都有几段晚上的时间可供他们使用。“691”连队的“战士”们利用这些良好的条件,通力合作,日夜奋战,终于在1970年国庆前夕,完成了猪胰岛素晶体粗分辨率(4埃)的分析工作,确定了胰岛素分子的轮廓和组成胰岛素两条肽链的走向。接着,又于19716月,独立完成了中等分辨率(2.5埃)的猪胰岛素晶体结构测定工作。19738月,他们接着完成了更为精细和清晰的高分辨率(1.8埃)的分析工作。 

  霍奇金教授对“691”连队的工作评价很高。虽然她的研究小组在1969年即完成了猪胰岛素晶体中等分辨率(2.8埃)的结构测定工作,并正在进行高分辨率(1.5埃)的工作,1975年时,她仍在Nature(《自然》)杂志上发表文章评论说,“北京图谱目前是(也许永远是)胰岛素最精确的图谱”。 

  (刊于《中国科学报》2014-11-14 时有删节) 

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