20世纪的科学怪杰：鲍林(65)

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六五

鲍林认为，酶的键接点与目标分子有适当紧密度的啮合，使之可以比较松弛地拉住目标分子，而当目标分子慢慢滑进一个被折弯或拉紧的位置时，两者的啮合就变得十分紧密。酶的作用点像一把分子钳，它把目标分子折弯，使之易于断裂成很多小段。这些被断开的目标分子的形状与酶的键接点仅有部分的互补性，啮合变得松动起来，从而变得易于飘浮并与酶分开。鲍林还认为，相反的过程也完全可能发生，即酶松弛地联结住生成物分子，使他们聚集在一起，从而缓慢地进行逆反应过程，重新生成初始反应物，所有这些反应均是通过形状的互补性实现的。　　鲍林对酶的作用机制所作的描述与他的关于抗体的理论是完全一致的。这一切还只是开了一个头。不久，他又提出了这样的理论和观点：味觉与嗅觉也是由被感物的分子与身体内部特定位置之间的互补性匹配产生的（这一理论至今在气味学研究者中间仍有很大的影响）。还有所谓的行为性病毒，这是一种有点介于可结晶蛋白分子和生命机体之间的奇异的物质形式（鲍林把它们称为“逃脱了父母机体控制的基因”），鲍林认为也可从互补性理论出发对它们作出解释。　　鲍林猜测，基因可能是一种很大、很复杂的蛋白分子，它能够通过一种称为自催化的过程，精确地复制自己。他早在1940年就与德尔布吕克合写了一篇论文，论及关于基因复制的一种可能的一般性机制。到了1945年与1947年期间，鲍林在互补性理论的框架内对这个问题进行了更多的思考。　　到1948年，他设计了一种最简单的基因复制的一般模型。“我们对基因或病毒分子进行自我复制的机制尚不清楚有关的细节”，鲍林在一次互补性理论的报告会上这样对听众说。“一般来说，使用某种基因或病毒作为模板不能复制出与模板完全相同的分子，而只能生成与模板互补的分子。当然可能出现这样的情况：在某种模板上生成的分子既与模板同构，又同时与模板互补……假如作为模板的基因或病毒分子有两个互补的部分组成，那末每一部分可以复制出与另一部分同构的分子。于是，由两个互补部分组成的复合体就可以作为复制自身的模型。”在正式发现DNA的双螺旋结构四年之前，鲍林就已经这样明确地作出了基因可能具有双螺旋结构的预测。　　鲍林实际上已经为分子生物学的结构理论奠定了基础。在这之后，他又把注意力转向了医学。战争期间，鲍林对医学的兴趣，从原先的肾病、抗体、血浆代用品等问题，进一步扩及到其他方面，他开始思考药物的结构，营养品的效能，他甚至提出这样的意见：有几种退化性疾病也许是由于红血球的堆集而引起的。有一个阶段，他还考虑在加州理工学院成立一个基础医学研究所，以便对他关于生物分子的结构和作用的设想进行试验。鲍林同样认为，分子互补性理论可以在这些问题的研究中发挥重要的作用。　　战争即将结束之时，鲍林被任命为帕尔默委员会的成员。这是一个由医学专家组成的小组，鲍林是其中唯一的例外。该委员会遵照科学研究与发展局局长布什的指示，开会研究战后如何对医学研究进行资助。1945年春，该委员会在纽约的世纪俱乐部举行了一次午餐会。讨论过程中，医生们谈到了一种鲜为人知的被称为镰状细胞贫血症的血液病。来自哈佛的医药教授卡塞尔解释说，病的名称来源于病人的红血球从扁平的圆盘状畸变为弯曲的月牙状。这些镰刀形的红血球阻塞小血管，引发一系列；临床症状：由于缺乏红血球输氧而引起骨头和腹部疼痛，并在肺部、肾脏和脑部形成血块。卡塞尔教授还指出一个奇怪的现象，那就是在返回肺部的静脉血中有着比富氧的动脉血中更多的镰状红血球。　　鲍林听后，怦然心动。他从自己对血红蛋白的研究中得知，红血球几乎只包含血红蛋白和水两种物质。如果缺氧和富氧都会影响到血液细胞的形状是否平整，那末血红蛋白——这是一种固氧分子——也许会在里面起作用。其他委员围坐在桌边抽烟交谈，鲍林却坐在一旁陷入沉思。他的脑子里出现了血红蛋白分子的形象，这是一种球状的、一头有点细长的蛋白分子，有点像粗短的圆柱体。假设某种东西改变了血红蛋白分子表面的形状，而这种形状与另一个血红蛋白分子表面的某一部分的形状是互补的，那末形状互补的分子就会粘连。如果形状的改变出现在分子的两端，那末这些分子就会首尾相接地连接起来，从而在红血球内部形成长的链。一旦足够多的链再互相连接，就能生成类似血红蛋白晶体的物质，从而将血细胞扭曲成镰状。　　但是氧气在这过程中起了什么作用呢？他问自己。他想，把氧固定在血红蛋白中必定会改变分子的形状，以至分子的粘接点处发生畸变或被遮蔽。加进氧则防止镰状发生；取出氧则加剧镰状扭曲。鲍林茅塞顿开。他把自己的想法向大家作了解释，进一步向卡塞尔问了几个有关镰状细胞贫血症的问题，最后他问各位医生是否赞成他回到帕萨迪纳后进行一些正常血红蛋白和镰状细胞血红蛋白的对比试验。卡塞尔表示可以试试，至于其他大多数医生都不大懂得鲍林所说的东西，因为他们在结构化学方面的知识少得可怜。　　这一段时期，也许由于他自己曾经生过一回的布赖特氏病（肾小球肾炎），医学问题在鲍林的脑海里一直占据着突出的位置。血液问题、治病问题均与他的关于互补性的新理论交织起来了。互补性理论也许还可以用来解释药物的作用呢！1940年，一个英国研究人员提出磺胺类药物之所以能抑制细菌感染，是由于它伪装成细菌的食品源而取代了细菌所需的代谢物，实质上是把细菌饿死了。这个机制在理论上是说得通的，因为药物在结构上与代谢物很接近。同许多学者一样，鲍林也认为两种物质竞相争夺活细胞的某个键接点将成为研制新药的中心概念。1947年10月，他在耶鲁大学的一次报告会上说：“当人类有能力详细确定疾病的媒介生物的分子结构以及人体细胞成分的分子结构的时候，就有可能针对每种疾病确定相应的化学药物的特定配方，然后再根据配方，合成药物，保护人类免受那种疾病的侵袭。” 　　到这个阶段，鲍林确信他的互补性理论已足够解释所有的生物特异性。他已找到了一种通过标准的化学语汇来解释生命本质的方法。从酶的作用到基因的复制等各种生命现象，用不到寻找新的物理定律，鲍林一次性地给出了合理的解释。生命从其根源来说，就是一种精确的分子结构。鲍林的这种朴实的观点以及他从化学角度对生命现象作出的解释，成为20世纪科学史上最深刻的发现之一。鲍林的理论确立了分子结构理论的中心地位，并成为通向分子生物学的发展道路上一座重要的里程碑。鲍林预言，分子生物学的基础将是互补性分子的相互作用理论。　　＊＊＊　　然而，在那个时候，似乎没有人认真听他讲话，说得确切一点，是大多数人对他所讲的内容的重要性不甚了了，他们缺乏必要的知识理解它。40年代后期的生物学家对物理化学这门学科只懂得一点皮毛，而多数化学家又从来不把蛋白质看作是化学物质。分子生物学家亚历山大·里奇这么评述：“当时的大多数生物化学家不知道何谓范德瓦尔斯力，也不知道氢键和静电势。”鲍林跨越了这么多学科的界限，使用了这么多种不同的科学语言，只有一小部分学者能够听懂他的报告。　　其次，他所讲的东西尚未经过验证。到那时为止，还没有研究者确定过任何一种蛋白质的氨基酸链，也没有结构化学家或晶体学家即或只是粗略地描画过鲍林所说的那种互补性形状。蛋白质的详细形状仍然是一个谜。当时已知其三维构形，且与蛋白质稍微有点关系的物质，只是由鲍林小组研究确定的几种氨基酸分子和肽分子。无人知道基因是怎样形成的，更不知道它是怎样工作的。有关酶作用的可靠数据刚刚开始发表。在对蛋白质结构的细节知之甚少的情况下，可以进行各种猜测，但很难作出明确的判断。鲍林自己也认识到这种情况，因而每每在结束报告时，总要指出当务之急是对蛋白质的形成过程进行更深入的探讨。

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