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桑格和他导师的想法很简单：人们已经知道蛋白质是有机生命的重要组件，而各种蛋白质又是由20种氨基酸组成的，那么一个自然而然的想法是，这20种氨基酸的万花筒般的组合，产生了各种功能和性质各异的蛋白质。因此，有必要找一种蛋白质来，看看它到底是由什么样的氨基酸构成的。
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图4-11 弗雷德里克·桑格。这个内向文静的科学家是20世纪生物学的巨人，“测序”成为他一生事业的主题。除了测定蛋白质结构获得1958年诺贝尔奖，他还发明了测定RNA和DNA序列的方法，并因此在1980年第二次获得诺贝尔奖。1983年，65岁的桑格在事业如日中天时突然决定退休。直到他2013年去世，桑格淡出人们的视线，享受了30年安详静谧的退休生活
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而桑格和老师选中牛胰岛素的原因仅仅是，（感谢礼来和诺和诺德）这种蛋白质可以很容易地从附近的药店里买到，又便宜又不会耽误研究的节奏。
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即便是在那个年代，生物化学家们想要了解一个蛋白质的氨基酸组成比例，总体而言还是相当容易的。他们可以用各种手段把蛋白质拆分、破碎、分解，最终变成单个氨基酸的模样，之后就可以很方便地根据不同氨基酸的特性测定出蛋白质中每种氨基酸的相对比例了。顺便提一句，拆分破碎蛋白质的一大妙方，就是用动物消化道里的消化酶（还记得我们讲过的减肥手术么？还记得胰腺的另外一个功能么？），因为那些消化酶的主要功能就是将食物中的蛋白质降解成单个氨基酸，方便身体的吸收利用。
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也正因为这个原因，如果桑格停留在这一步，历史上会留下一篇详尽描述胰岛素氨基酸构成的学术论文，和一位默默无闻的化学家。
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桑格没有。桑格希望能够最终测定胰岛素中所有氨基酸的顺序，而不仅仅是组成比例。
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这个想法的背后逻辑是，当时人们已经知道，蛋白质分子不仅仅是一堆氨基酸分子的混合物，而是由一堆氨基酸分子按照一定排列“串”起来的。但是究竟怎么样的排列组合串起了不同的蛋白质，每一种蛋白质的氨基酸排列是否总是一致，不同蛋白质的氨基酸排列到底又有多么不同，却没有现成的答案。桑格认为，如果能真正测定一种蛋白质的氨基酸序列，这些问题都会迎刃而解。
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桑格测定胰岛素中氨基酸序列的工作和本文的主旨关系不大，笔者也就不详细展开了。但是桑格使用的方法却精妙至极，让人忍不住做点回顾。简单来说，桑格用的是一种类似拼图的测序方法。每次试验中，桑格都用不同的方法把胰岛素分子随机切断成大小不一的几段，再用一种自己发明的荧光染料，特异地把断片一端的氨基酸染成黄色并确定其身份。这样每次随机打断和染色的过程中，桑格就可以知晓胰岛素中某几个断点处氨基酸的身份。经过成百上千次这样随机的重复，桑格就可以遍历胰岛素任意给定节点的氨基酸。
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桑格就是这样很有耐心地拼起了这块由51个碎片组成的拼图的完整模样。
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整个拼图过程，耗费了他整整12年的时间。
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胰岛素——诺贝尔奖的摇篮
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整个科学史上，胰岛素大概是产生诺贝尔奖最多的科学问题了。我们已经讲过的故事里，班廷和麦克莱德因为提纯胰岛素获得了1923年的诺贝尔生理学或医学奖。桑格因为解析了胰岛素完整的氨基酸序列信息获得1958年的诺贝尔化学奖。之后呢，英国科学家多萝西·霍奇金（Dorothy Hodgkin）因为X射线晶体学技术获得了1964年诺贝尔化学奖，而她很快就用这项技术解析了胰岛素蛋白的三维晶体结构。1977年，诺贝尔生理学或医学奖授予了美国科学家罗莎琳·耶罗（Rosalyn Yalow），奖励她所开发的放射免疫分析法。而耶罗的分析方法正是建立在对胰岛素的分析基础上的。而和胰岛素相关的另一个诺贝尔奖就更有趣了：美国科学家、1934年诺贝尔生理学或医学奖得主乔治·迈诺特（George Minot）在1921年得了糖尿病，幸运的他恰好赶上了班廷他们的伟大发现，否则他肯定活不到1934年——也就不可能赶上这个诺贝尔奖了。当然这是个八卦而已，不过我们不难想象，胰岛素拯救了多少人的生命。
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桑格测定的猪胰岛素全部氨基酸的排列顺序。每个圆球代表一个氨基酸，圆球中的3个字母指代的是20种氨基酸中的一种
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这项工作的科学内涵远远超越糖尿病和胰岛素的故事，成为现代分子生物学的基石之一。通过桑格的工作，人们意识到每种蛋白质都有独一无二的氨基酸序列，而正是这独特的氨基酸排列顺序决定了每一种蛋白质特别的功能和特性。也正是桑格的工作，为人们后来理解遗传的奥秘，即DNA上携带的遗传密码如何决定了蛋白质的构成，奠定了基础。作为一项划时代的技术发明，桑格测序法也帮助全世界的生物学家们测定了成百上千的蛋白质结构。1958年，桑格获得诺贝尔化学奖。
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而对于我们故事的主角胰岛素来说，桑格的工作立即提示了一种诱人的可能性：既然知晓了牛胰岛素的全部氨基酸序列，我们是不是可以按图索骥地人工合成出绝对纯净的胰岛素呢？实际上，中国科学家在20世纪屈指可数的重大科学贡献之一，20世纪60年代合成牛胰岛素的壮举，也是受到桑格工作的激励和感染。
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人工合成牛胰岛素
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1965年，历经几年的集体攻关，中国科学家成功地用单个氨基酸为原材料，在实验室中合成出了结构和功能都和天然牛胰岛素别无二致的蛋白质。这项工作的科学意义，以及是不是该拿新中国第一个诺贝尔奖，在这里就不展开叙述了。笔者要说的是，首先，这项工作毫无异议地证明，人们确实可以在实验室条件下“生产”出和天然人胰岛素完全等价的蛋白质来。但是这项工作的进展本身也深刻显示了，试图用人工方法来比肩亿万年进化造就的生物机器是多么的无力。在实验室环境中全人工合成一个蛋白质是一件效率极低的事情，每一次将一个新的氨基酸分子连上去，其产出率都只有千分之几，这就意味着合成一个仅有51个氨基酸的蛋白质，总产出率将会低至一个需要用放大镜才能看清的数字。即便是在之后的多年里，人工合成蛋白质的效率有了长足的进步，但是相比生物体产生胰岛素的效率仍有天壤之别。因此在实用意义上，靠人工合成的“笨”办法制造人胰岛素，是条不可能的路。如今常见的人胰岛素药物产品，走的是一条完全不同的技术路线。
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不过在真实的历史上，人工合成的动物胰岛素从未大规模地进入临床。一方面是因为在20世纪60—70年代，人们已经可以利用先进的生物化学方法，从牛胰腺粗提液中提纯出成分单一、杂质可以忽略不计的高纯度动物胰岛素，因此对完全人工合成动物胰岛素的需求就没有那么迫切了。
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而另一方面，这也是因为桑格的工作无意间指出了另一条更为光明的道路，最终带来了人胰岛素的大规模临床应用。
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人的胰岛素？
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别急。用人的胰岛素，不是说要像活熊取胆那样把人变成活着的胰岛素工厂，更不是要从死人身上窃取胰腺，科学家们没有那么冷血。
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或者说更重要的，他们没有那么缺乏想象力。
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