1700641850
1700641851
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。
1700641852
1700641853
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。
1700641854
1700641855
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。
1700641856
1700641857
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。
1700641858
1700641859
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。
1700641860
1700641861
整个拼图过程，耗费了他整整12年的时间。
1700641862
1700641863
胰岛素——诺贝尔奖的摇篮
1700641864
1700641865
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。
1700641866
1700641867
1700641868
1700641869
1700641870
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
1700641871
1700641872
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。
1700641873
1700641874
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。
1700641875
1700641876
人工合成牛胰岛素
1700641877
1700641878
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。
1700641879
1700641880
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。
1700641881
1700641882
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。
1700641883
1700641884
人的胰岛素？
1700641885
1700641886
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。
1700641887
1700641888
或者说更重要的，他们没有那么缺乏想象力。
1700641889
1700641890
科学家从桑格的工作中得到的启发是，也许可以在工厂里大规模地生产人胰岛素，从而从根本上取代动物胰岛素的使用。
1700641891
1700641892
读者们在看到之前的故事的时候就可能会有疑虑：动物的胰岛素，怎么可以随随便便拿来治疗人的糖尿病？动物的胰岛素和人的胰岛素难道可以随意替换吗？
1700641893
1700641894
是也不是。拿牛的胰岛素来说吧，它的氨基酸序列和人胰岛素高度相似，仅有不到10%的氨基酸有所不同（51个氨基酸有3个不同）。因此，在临床上它确实能起到治疗人类糖尿病的功效。但是，在人体中牛胰岛素确实效用要略差一些；同时，这些许的差别能够被人体灵敏的免疫系统识别，从而引发一定程度的免疫反应，这是牛胰岛素难以避免的副作用。（图4-12）
1700641895
1700641896
1700641897
1700641898
1700641899
图4-12 不同动物的胰岛素。在这张图里，每个构成胰岛素的氨基酸分子都用一个圆圈（和圆圈内的特定三字母编码）表示。我们可以看到，牛胰岛素与人胰岛素有三个氨基酸的差别（绿色），而猪胰岛素相对更接近人，仅有一个氨基酸的差别（红色）