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唯一兩獲諾貝爾化學獎的科學家,自稱“只是把實驗室搞砸的家伙”-鄭州小程序開發

夢之網科技?2019-10-10?文章動態?

今天,諾貝爾化學獎正式揭曉,能榮獲一次諾貝爾獎,可謂是科學家科研生涯的巔峰時刻。由于種種原因,一些做出重大科學發現的科學家遺憾地與諾貝爾獎擦肩而過,也有一些幸運的科學家卻兩次獲得諾貝爾獎,當然后者屬于“鳳毛麟角”。

迄今為止,全世界兩獲諾貝爾獎的科學家只有四位,包括獲得諾貝爾物理學獎和化學獎各一次的波蘭裔法國科學家瑪麗·居里,兩獲諾貝爾物理學獎的美國物理學家約翰·巴丁,獲得諾貝爾化學獎和和平獎各一次的美國化學家萊納斯·鮑林,以及今天我們要介紹的弗雷德里克·桑格(Frederick Sanger)。

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弗雷德里克·桑格 | Wikimedia Commons

1988年,70歲的桑格在《生物化學年鑒》上發表了一篇長達28頁的文章,文章題目是《序列,序列,還是序列》,高度概括了自己的科研生涯。桑格的一生,的確與生命大分子序列的解密有著不解之緣,先是首次測定了蛋白質的序列,后來又發明了RNA和DNA測序的新方法,因此成為唯一兩獲諾貝爾化學獎的科學家。

用“拼圖游戲”解讀蛋白質

1918年,桑格出生在英國西南部一個小鄉村里,父親是名醫生,曾經作為傳教士到過中國,母親出生于富裕的棉商家庭。受父母影響,桑格從小對科學非常感興趣,高中時就立志要從事科學研究。

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11歲的桑格(中)和哥哥、妹妹生活在一起 | achievement.org

18歲那年,桑格進入劍橋大學學習自然科學,在生物化學方面表現出色,但是數學和物理勉為其難。1940年,桑格繼續在劍橋大學攻讀博士學位,主要研究動物體內的賴氨酸(一種氨基酸)代謝,3年后獲得博士學位。

博士畢業后,桑格進入劍橋大學生物化學系查理斯·齊布納爾(Charles Chibnall)教授實驗室。齊布納爾教授已在牛胰島素的結構方面做了很多研究,他建議桑格去破解牛胰島素的氨基酸組成。這是極富挑戰性的研究,因為當時科學家已知道蛋白質是由20種氨基酸組成的,就像一些顏色不同的海洋球串聯在一根繩子上,但是大家并不知道這些氨基酸到底是如何排列的,甚至以為蛋白質并沒有固定結構。

齊布納爾和桑格之所以選擇將牛胰島素作為研究對象,主要是因為牛胰島素是當時少數幾種容易獲取的高純度蛋白質之一,結構也相對簡單,只有51個氨基酸,關鍵它還是治療糖尿病的標準藥物。

這項研究就像是給桑格預留的一樣,很快,桑格就找到突破口。大多數小朋友都玩過拼圖游戲,一個有漂亮圖案的紙板被分割成形狀各異的小紙片,小朋友很快就能根據不同小紙片形狀來拼接成完整的圖形,桑格正是想到了拼圖游戲。

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桑格和胰島素模型 | achievement.org

桑格先采用化整為零的策略,用蛋白酶將牛胰島素切成多肽小段,再把一種特殊有機染料結合到多肽段的末端氨基酸上,然后讓這個標記有染料的氨基酸脫落下來,讓這些脫落的氨基酸在帶電極的試紙上“賽跑”,通過與已知的氨基酸進行比較,可以確認它們是哪種氨基酸。

重復這樣的試驗,就能將每個多肽小段的氨基酸序列測出來,然后拼圖游戲開始,將已確認序列的多肽段進行序列比對,確認它們的前后順序。這樣,牛胰島素的氨基酸序列就全部弄清楚了。

最后,桑格發現胰島素由兩條多肽鏈組成,一條含有21個氨基酸(A鏈),另一條含有30個氨基酸(B鏈),兩條多肽鏈之間通過由兩個硫原子組成的鏈條連接在一起。

這是科學家第一次測定蛋白質的氨基酸組成,也是第一次知道蛋白質有自己特有的結構,開啟了人類認識蛋白質這一生命大分子的征程,并為DNA遺傳密碼的發現奠定了基礎。

多年瓶頸,他轉向核酸測序

自從1955年破解了牛胰島素的序列之后,桑格的科研生涯突然陷入了長達10年的瓶頸期。或許是為盛名所累,或許是自己的創新源泉業已枯竭,在這10年里,桑格幾乎沒有產出什么自己瞧得上眼的科研成果,他把這段時間稱為“貧瘠年代”(Lean Years)。

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1962年,原本在英國醫學研究理事會工作的桑格,進入新成立的分子生物學實驗室。該實驗室由諾貝爾化學獎得主馬克斯·佩魯茨(Max Perutz)擔任首位主任,弗朗西斯·克里克(Francis Crick)和西德尼·布倫納(Sydney Brenner)等核酸研究專家也加入其中,桑格負責這個實驗室中蛋白質化學實驗室的工作,計劃繼續進行蛋白質結構方面的研究。

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科學家
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諾貝爾化學獎
羅伯特·霍
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