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人工合成蛋白质的逐梦之旅 精选

已有 732 次阅读 2026-1-18 18:02 |个人分类:医学史话|系统分类:科普集锦

人工合成蛋白质的历史,是一段人类从“认识生命”到“模仿乃至创造生命基本单元”的壮丽史诗。它不仅与多个诺贝尔奖紧密相连,更见证了科学思想与技术手段的百年演进。以下是这段历史的清晰脉络:

1. 发展历程与里程碑

人工合成蛋白质的历史可以清晰地分为四个关键阶段,下图概括了其核心演进路径:

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附图  人工合成蛋白质发展历程

2. 各阶段详解

下面我们来具体看看每个阶段的故事与突破:

(1)理论奠基与“图纸”获取(20世纪上半叶)

在合成之前,必须先理解蛋白质是什么。

1902年:德国化学家埃米尔·费歇尔提出了蛋白质是由氨基酸通过“肽键”连接而成的“多肽理论”,为合成指明了化学本质。

1955年:英国科学家弗雷德里克·桑格历经八年,首次完整测定了牛胰岛素的氨基酸序列(一级结构),相当于拿到了生命分子的第一张“精确图纸”,他因此获得1958年诺贝尔化学奖。这是人工合成蛋白质不可或缺的前提。

(2)从短肽到完整蛋白质的开创突破(1950-1960年代)

科学家开始从短链向完整的蛋白质发起挑战。

1953年:美国化学家文森特·杜·维格纳奥德首次人工合成了具有生物活性的九肽——催产素,证明了人工合成生物活性肽是可能的,他于1955年获诺贝尔化学奖。

1958-1965年:中国科学家的辉煌篇章。在以王应睐、钮经义、邹承鲁、汪猷、邢其毅等为代表的科研团队通力协作下,历经艰辛,于1965年9月17日在世界上首次成功全合成具有完整生物活性的结晶牛胰岛素。这项成果宣告人类首次用化学方法合成了一个蛋白质,是里程碑式的成就。您之前详细了解的,正是这段激动人心的历史。

(3)技术革命与效率飞跃(1960-1970年代)

传统的液相合成法步骤繁琐、效率低下。1963年,美国生物化学家罗伯特·布鲁斯·梅里菲尔德发明了固相多肽合成法。该方法将氨基酸固定在不溶性载体上逐步连接,大大简化了分离纯化步骤,为多肽合成带来了革命性的自动化可能。梅里菲尔德因此获得1984年诺贝尔化学奖。

(4)范式扩展与人工设计(1980年代至今)

合成不再局限于“复制”天然蛋白质。

化学合成大型蛋白质:应用改良的固相合成法,科学家成功合成了更复杂的蛋白质,如核糖核酸酶A(124个氨基酸)。

与基因工程融合:对于更大的蛋白质,化学合成基因(DNA)然后利用细胞工厂(如细菌)进行“生物合成”成为更高效的主流方法。

人工设计蛋白质:这是当今的前沿。科学家不再满足于复制自然,而是根据物理化学原理,用计算机设计自然界不存在的全新蛋白质结构,再通过化学或生物方法合成,用于开发新药、新材料等。这标志着从“理解生命”到“创造生命工具”的深刻转变。

为了更直观地理解这个历程的跃迁,我们可以看下面这个简要对比:

附表:不同阶段人工合成蛋白质目标、方法与成果

阶段

核心目标

关键方法

代表性成就

早期探索

验证多肽理论,获取结构信息

有机化学分析

测定胰岛素序列(桑格)

开创突破

证明完整蛋白质可被化学合成

液相片段缩合

合成催产素(维格纳奥德)、全合成牛胰岛素(中国)

技术革新

提高合成效率,实现自动化

固相合成法

发明固相合成(梅里菲尔德)

现代扩展

设计并合成具有新功能的蛋白质

计算机设计、化学与生物合成结合

设计全新蛋白质结构

3. 总结与展望

回顾历史,人工合成蛋白质的道路从获取图纸(测序),到首次仿造成功(胰岛素合成),再到发明高效工具(固相合成),最终迈向自主设计创造。其中,中国科学家在特殊时期完成的牛胰岛素全合成,无疑是这段历史中意志、协作与智慧的最高闪光点之一。

今天,这一领域已进入一个多学科深度交融的时代,化学家、生物学家、计算科学家和工程师们正在共同探索,旨在创造出能解决能源、医疗、环境等重大挑战的“定制化”蛋白质。历史仍在书写,而最初的梦想——从分子层面理解并构建生命的基础——始终是指引前行的光芒。



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