生物化学中的新东西 [复制链接]

第7版()
专栏：

生物化学中的新东西
苏联科学院通讯院士 谢维林
生物化学已经积累了很多关于生命物质中的化学反应的发生、发展和复杂化的材料。现在，人们在掌握生命的秘密和控制生命活动过程方面，已获得显著进展。这里，谈谈几个最重要的生物化学问题。
揭开生命的秘密
研究构成生命的物质基础的蛋白质，是生物化学的主要任务之一。近十年来，对于蛋白质的结构，做了极其重要的研究。已经查明，蛋白质的种类所以繁多，主要是由于蛋白物分子中的氨基酸的排列次序不同。这些氨基酸由所谓肽键彼此连在一起，而形成多肽的长线。这些长线常常卷成球状，有时也保持直线形状，看蛋白质的形状和大小而定。
在人们研究过的蛋白质的许许多多样品中，性质不同的氨基酸为数不过二十几种。可是这些氨基酸不同的结合所能产生的组合方式，数目却十分巨大，可以超过几百亿亿。
查明蛋白质分子中氨基酸排列顺序，是一件十分艰巨的工作。目前只有三种蛋白质的结构被完全研究清楚，那就是胰岛素、分解核酸的酶和一种病毒蛋白——烟草花叶病（一种特殊的植物病害）病毒的蛋白。还有一系列其他的蛋白质，其分子中的氨基酸的排列，已经部分地研究清楚了。
现在，已经找到几种更完善的新的研究方法，在研究蛋白质的结构方面，包括对血红朊（把氧输送到组织去的红血球的蛋白）、消化液蛋白酶和胶朊（结蒂组织的蛋白）的研究，取得了新成就。
现在已经可以肯定，所有的酶——这些生命物质中化学反应的真正的“发动机”和催化剂，都是蛋白质。不过，在不同的反应中起催化作用的并非整个酶蛋白的分子，而只是它的某几个部分，氨基酸的某几种组合。一系列的酶都具有“活化中心”，这些“活化中心”的特点，是其中氨基酸的排列顺序相同。
由此可见，研究者应该特别注意的，不是蛋白分子中氨基酸的那种看来似乎是偶然的、杂乱无章的排列，而是某几组决定着蛋白质特殊机能活力（包括酶活力、激素活力）的氨基酸在排列中重复的规律。现代的酶学——研究酶的科学，正是以查明酶的催化机能的机理和酶分子“活化中心”的结构特性在其中的作用为主要任务的。这一个研究方向，使人们有可能查明酶作用的本质和性质；它之所以具有重大的意义，是因为弄清楚了酶“活化中心”的结构和酶催化剂的机理，就能广泛地控制酶反应的过程。
可以想见，这些材料对正确地了解许多代谢疾病的实质，找寻治疗这些病的合理疗法，以及分析已知的抗生素的作用，合成新的、更有效的、具有多方面疗效的药物，该具有多么大的实际意义。
研究核酸，具有同等重要的意义。由于核酸在蛋白物质的生物合成方面具有重要的作用，核酸的化学研究、生物化学研究和生物物理学研究，就显得特别重要。一般认为，核酸结构的特性决定着蛋白质构造的特性。大家都知道，蛋白质的构造决定着机体的特征。因此，机体的最重要、最本质的特征取决于核酸的构造。正因为这样，核酸在向后代传递机体原有特征的方面起着特殊的十分重要的作用。
然而，即使蛋白质结构问题在原则上完全解决，要解决核酸的问题仍是非常复杂的，因为构成核酸的那些结构单位（所谓核甙）的排列次序没有弄清楚。核酸的分子量非常大，在许多情况下，超过一百万。一个核酸分子由几千个核甙组成。核甙的性质和它们的排列次序非常重要，因为正是这一点决定着核酸的机能特性。
生物化学在人工生物合成具有给定性质的核酸方面，取得了巨大成就。这些合成核酸的性质在个别情况下可以按照研究者的意图而改变。关于查明核酸的空间结构呈二重的螺旋形这一点，是生物化学和生物物理学的一个巨大成就。近代生物学的最重要最迫切的任务之一，是探寻新的研究方法，借以完全弄清楚核酸分子中核甙的排列次序。
不仅蛋白质和核酸是构成一切生物的结构基础的极重要的化学化合物；最近查明，油脂和类脂物质也有各种不同的重大作用。掌握这些物质生物合成的机理，有重要的科学意义，也有实际意义。
仅仅研究分子之间的相互关系和相互作用，哪怕是构造极复杂的物质分子，也是不可能认识它们的各种各样生命活动过程的实质的。事实上，正是机体里的那些成分和结构千差万别的物质，如蛋白质、类脂物质、核酸、碳水化合物、低分子有机化合物和矿物质等等，形成了在细胞里执行特殊机能的复杂的聚积物。
在细胞里，可以很容易地看出成分很特殊的核，它在核酸的形成和细胞分裂的过程中起重要的作用。细胞的液体部分——原生质是不均匀的。在它里面可以看出很多特殊的结构，它们的大小和构造都不同。这些结构具有一定的机能：一些主要是专门掌管合成蛋白质的；另一些起着“发电站”的作用，它们能产生能量，并以易于取用的形式把能量积蓄起来。近代科学正在研究这些结构的发展及其构造的特性。
这些研究不仅涉及个别分子间的相互作用，而且涉及发生在细胞里复杂的结构间化学变化过程。
机体的“能学”
最近，已确实查明，机体中的主要能量并不是食物在消化道中分解时产生的，血液带来的养分在细胞中被氧化的最初阶段发出的能量也不很大。
机体中的能主要是在有机物被氧化的结束阶段，当把电子转移给氧时产生，氧在呼吸时吸入，并被血液输往机体各部。在这过程中，能是一小“批”一小“批”地逐渐产生，这个过程最后生成水。
氧化过程的重要特点是，彼此之间联系紧密，与磷化物产生丰富能量“偶联”，磷化物的能量在氧化过程中直接得到利用，因为所有氧化过程在机体中进行时都需要消耗能量。不论是肌肉的运动，还是大脑的工作，是视觉器官的工作，还是肾脏的工作，是肠的吸收过程，还是各生物合成过程（形成各种生命攸关的有机化合物），都是这样的。
可以认为，在细胞构成的各单独器官以及在细胞的液态部分原生质中，能代谢过程总的情况，已经基本上研究清楚了。利用可观察到几十分之几毫微米（1毫微米＝百万分之一毫米）的电子显微镜，已经把细胞中决定能的产生和转化的结构部分（粒线体）的特点详细观察清楚。粒线体形状细长，宽不超过二微米（1微米＝千分之一毫米），长不超过七微米。
生物化学家已经能够“有条不紊”地拆开这些结构，得到保持着执行各种机能的活性的碎片。有些碎片只保持着转移电子的能力，即完成氧化还原反应（这是细胞呼吸时的典型反应）的能力。另一些更复杂的碎片不仅能够转移电子，还能够把氧化反应的能转化成磷化物的化学能，在消耗能量的一切生命活动中都需要利用磷化物。
关于某些原生质的结构，关于实现能代谢过程中的作用，以及关于“供养”细胞的粒线体中“发电站”的组织原理的研究工作，使我们的认识有了很大的提高。但是，电子运载体的构造细部和相互联系，以及氧化过程的能转化成磷?能的机理，仍然谜团重重，需要作进一步的目的性明确的研究。
还应当提到，已取得的研究成果展示出，在动物肌肉中的氧化反应与植物绿色部分的光合作用过程之间有许多共同的地方。
在光合作用中，太阳光能是用来生成有机物质的，首先是用来生成碳水化合物的。碳水化合物是植物的组成部分，是动物和人的食物。
动物肌肉中的氧化过程，跟植物中的光合过程是方向相反的。但是，在反应过程的机理，以及在生成的中间产物方面，有许多共同点。据此可以确定，在生物界中进行的，与能的代谢有关的这两个最普遍最重要的过程之间，具有原则上相同的规律性。呼吸的典型特点是，需要氧，生成水和二氧化碳。而光合作用的典型特点是，吸收二氧化碳，分解水，生成游离氧。
解决生产实际问题
在解决生产实际提出的问题方面，生物化学起着越来越重要的作用。
目前已经把获得的生物化学成果运用到培育有价值的甜菜、玉米新品种和富含维生素的植物新品种的工作中来了。禾木科植物的食用价值的生物化学鉴定，在贮藏时果实成熟过程的分析，以及利用丙种射线改善小麦品质等方面的研究，是生物化学的主要的和重要的方面。用丙种射线影响马铃薯块茎是非常有效的。用这个方法能延长马铃薯的保藏期，而且无损于马铃薯的营养价值。
在畜牧业方面，也获得了一些重要的有关肉和乳的生物化学材料。利用由不同的生物机体——主要是微生物——提出来的酶，来改善肉类的加工质量，改善谷物的味道，使食品加工工艺中某些很难进行的化学过程易于实现，是生物化学的一个新领域。
此外，不能不提一下与医学有直接关系的各种各样的生物化学研究。它们关系到探寻各种疾病的诊断方法。为此目的，人们利用了鉴定血液中酶的诊断法，这些酶本来产生在不同的器官（如肾脏、心脏）或不同的组织（如肌肉、骨胳）里，由于病理过程而转入到血液里。在药物疗效的生物化学鉴定方面，在揭示药物的实质和作用方面，以及在设法合成具有规定的药物学性质的新药物方面，也获得了重大的成就。
今年8月在莫斯科召开的第五届国际生物化学会议，广泛地讨论了这些问题。这个会议指出了生命科学以多么快的速度发展着，以及人类进一步提高自己的对生命本质和发生在生物界里的过程的发展的认识，前景是多么广阔。会议指出，完全掌握生物界的规律和进一步控制它们，在原则上是可能的。
（孔予奇译自苏联1961年9月16日《真理报》）