二 生物大分子的高级结构

上海有机所是合成胰岛素的主要单位之一。我 1951 年 6 月在回国途中去牛津访问 Dorothy Hodgkin 时，她激动地告诉我， F.Sanger 已经接近于完成胰岛素一级结构的测定。1959 年她首次来华访问时了解到我国正在化学合成胰岛素，她感到莫大的兴趣。她对胰岛素以及其他生物分子的浓厚兴趣是有历史渊源的。她年轻时从牛津去剑桥在 Bernal 实验室短期进修，就曾取得过历史上第一张蛋白（胃蛋白酶）的衍射图。当时Bernal 认为定出蛋白的晶体结构只是一个时间问题。 1934 年回到牛津后又从 R.Robinson 教授那里取得 10mg 的胰岛素晶体。她在显微镜下看到了闪亮的菱面体晶体，并在几经周折后得出了足以估计其晶胞大小和分子量（37200）的衍射图。

但最早解出其晶体结构和高级结构的蛋白是肌红和血红蛋白。为此，MaxPerutz 在 W.L.Bragg 的支持下对方法进行了多年的准备。他发展了多对重原子同晶置换法来解决周相问题。

我自己与血红蛋白也有过一点历史关系。我 1950 年当博士后时， LinusPauling 刚与 R.Corey 推引出了α-螺旋模型，给了我一个十年之内解决不了的课题，要我开展蛋白晶体结构的测定工作。我培养了若干动物的血红蛋白晶体，并建立了温度在零下的衍射实验室。不久，我就回国了。在以后的 15 年中只能在文献上追踪蛋白晶体学的逐渐形成和不断进展。

这里顺便提一下，Pauling 对生物问题的特殊兴趣也是在研究血红蛋白的活性（1936）时触发的。后来他研究了镰刀形红血球、抗体和抗原的分子间相互作用、酶与反应分子活化中间体之间的结构互补关系以及蛋白中二级结构模型的推引等等。红蛋白是结构和功能的关系研究得最为深入的一类蛋白。Perutz 到现在还在研究这个课题。

前面已经提到蛋白分子的二级结构，如α-螺旋和β-折迭是在结构化学原理和有关数据的基础上推引出来的。DNA 的双螺旋结构在很大程度上也是这样得出的，但还得力于能确定它是双螺旋的衍射效应以及向往着揭开它如何携带遗传信息这个生物之谜的强烈意识。

红蛋白以及若干酶的晶体结构解出后，蛋白晶体学的方法和设备一直是在层出不穷地发展着的。现在已经解出的结构有 400 多个，还有几

种病毒结构也已解出。在 80 年代，蛋白晶体结构已成为生命科学和生物工程不可缺少的信息。测定蛋白晶体结构的效率也越来越高，培养适用的晶体已成为关键所在。衍射设备包括强光源（同步衍射）、检测仪器以及计算设备都在日新月异地发展之中。较小的蛋白分子在溶液中的构象已可应用二维 NMR 方法来测定。

此外，一级结构中包含着高级结构的信息。从一级结构结合同源蛋白的已知结构，推引或预测高级结构的工作也有值得重视的进展。为蛋白工程提出分子设计也需要逐渐掌握高级结构与一级结构之间的关系。