书城科普读物站在巨人肩上-从沃森谈分子生物学
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第8章 两获诺贝尔化学奖第一人——桑格

桑格,1918年8月13日生于英格兰格洛斯特郡的一个医生家庭,英国生物化学家。1938年考入剑桥大学化学系,1943年以《赖氨酸的代谢》论文获博士学位。后来历任英国医学委员会分子生物学研究所蛋白质化学实验室主任、剑桥大学教授等职。1954年当选为英国皇家学会会员。由于桑格在蛋白质结构和核酸结构研究方面的杰出贡献,曾两次获得诺贝尔化学奖,这是诺贝尔化学授奖史上的第一人。

在20世纪50年代以前,桑格主要从事蛋白质的结构研究。经过多年的研究,成功找到一种用以测定胰岛素的分子结构的试剂,命名为2,4二硝基氟化苯。然后又经过10年的辛苦努力,应用逐段分解和逐步递增的方法,测定出胰岛素两条肽链分别含有21个和30个氨基酸的排列顺序和位置,并于1955年测定了胰岛素的一级结构,获得1958年诺贝尔化学奖。20世纪60年代后,桑格的研究方向转向核酸方面,致力于对DNA和RNA结构的分析研究。他利用酶的生物活性,用生物学的处理方法,正确地确定了RNA中每种碱基的排列顺序和DNA中核苷酸的排列顺序。他还发展了脱氧核糖核酸的精确快速分析法。他用此法于1977年成功地测定了细菌病毒ФХ174脱氧核糖核酸分子的全部共5,386个核苷酸的排列顺序。桑格因设计出一种测定DNA内核苷酸排列顺序的方法而与吉尔伯特、伯格共获1980年诺贝尔化学奖。

桑格并不是什么生来的天才和神童,恰恰相反,小时候老师同学都反映他是个表现“平庸”的孩子,谁也没想到若干年后获得两次诺贝尔化学奖。据了解,桑格儿时考试分数通常一般,但是他的父母并没有因此而苛刻要求他,照样给他一个宽松的家庭环境,让他自由而茁壮地成长以至成为杰出的科学家。当然还应该感谢发现它的“伯乐”佩鲁兹。

桑格从小就对生物学产生了浓厚的兴趣。小哥俩经常一起到野外采集和制作动植物标本,一同阅读生物学方面的科普书籍,并时常进行讨论甚至争论。有时候,他们甚至为争相阅读一本好书或辩论一个问题而争执得脸红脖子粗呢!

因为桑格热爱生物学,并将自己的大部分精力投入在这方面,所以他的生物学方面的知识要远远高于与他同龄的孩子们。但是,生物学当时并不是学校的考核科目,所以这个特殊的爱好对提高小桑格的学习成绩似乎是没有什么正面的作用。他的学习成绩也一直非常“平庸”,加之他性格偏于内向,在学校里也很少引起老师和同学们的注意。

虽然这样,桑格的父母也没有因为学习成绩不好而责备他,更没有要求桑格为追求一个好分数好成绩而放弃他自己的爱好去学习学校的考试科目,他们对桑格的考试分数高低并不十分在意,仍然任凭他畅游在生物学知识海洋当中,自得其乐,自由吸取知识的营养。因此,桑格从小到大,在学校里得过的惟一奖励就是“全勤奖”,从来没有显示出过人的才华来。但是,儿时对生物学的痴迷爱好,恰恰是他所从事研究的生物化学领域的小小开端。他日后所取得的多项重要科学研究成果,可以说与他儿时的爱好有着千丝万缕的联系,是那些爱好的深入和发展,致使桑格两次获得诺贝尔化学奖,他是历史上唯一一位两次获奖者。

桑格1939年毕业于剑桥大学圣约翰学院,1943年才获得哲学博士学位。1940年,当时的英国剑桥分子生物学实验室主任佩鲁兹就聘请桑格到MRC工作。虽然在聘请之前,佩鲁兹倒是征求过一些人包括权威人士和一般人的意见,但并没有得到正面的评价和赞同。所以,相当多的人对佩鲁兹的选择感到不可思议,觉得不应该选这样一位没什么影响和资历的年轻人到鼎鼎大名的MRC工作,劝告佩鲁兹三思而行。但是,佩鲁兹显然更相信自己的判断力,不顾众人的反对,坚持邀请桑格到MRC来工作。当然,佩鲁兹在做这个决定时并不是单靠直觉不讲理性的一时冲动,主要出于两点很简单的理由:一是MRC需要像桑格这样年轻富于闯劲和思想解放的年轻人,这是佩鲁兹一贯的观点和MRC和剑桥的风格;二是当时MRC缺少化学专业方面的人才。

然而,独具慧眼的佩鲁兹通过自己的了解,认为桑格是一个很有思想的年轻人,有一种与他人不同的原创性或者说创新思维。这不仅体现在桑格的硕士课题和论文中提出了连博士课题都不曾具有的创意和思想,而且也体现在桑格毕业后极短的工作经历中。佩鲁兹有权独立聘用研究人员,所以他就以这样简单的理由和直觉把别人梦寐以求的机会送给了桑格。同时佩鲁兹和MRC为桑格提供了他工作和生活所必需而又充分的条件。当然,桑格后来的辛勤努力和才干的超常发挥,以自己两次获诺贝尔奖的成果不仅证明了佩鲁兹的眼光和选拔人才的正确,而且为MRC和剑桥增添了荣誉。

20世纪60年代后,桑格的工作转向了核酸方面,致力于以RNA和DNA结构的分析研究。他利用酶的生物活性,用生物自理方法,确定了RNA中各种碱基的排列顺序和DNA中核苷酸的排列顺序。桑格首先发展了广泛应用的酶图解谱法,利用酶的切割作用在特定的位置上把RNA切割成很小的碎片,这样就能比较容易地确定RNA上碱基的顺序。随后,他又发明了一种新的、更巧妙、快速、精确的分析方法,称为直读法。他利用这种方法于1977年成功地测定了细菌病毒X-174DNA的全部共5386个核苷酸的排列顺序,这是对核酸分子的结构所进行的最精密的测定。这一工作又为人工合成RNA和人工合成生物性遗传基因打下了基础,从而使人工合成基因工作尽快得以实现。这样,桑格与W吉尔伯特和P伯格两个美国化学家三人共同获得了1980年诺贝化学奖——由于创立了DNA结构的化学和生物学分析法,以及首次制得了混合DNA。