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G链和
P链分别分解成许多不
同的片段。例如，把
P链分解成
48个不同的片段，其中由
2个氨
基酸（二肽）组成的片段
22个，由
3个氨基酸组成的片段
14个，由
3个以上的氨基酸组成的片段
12个。
经过分离的各种小的肽，用纸色谱法可以再分解成单个的氨
基酸。现在研究者们准备测定这些片段中氨基酸的顺序了。假如
他们有一个由缬氨酸和异亮氨酸组成的二肽。问题会是：顺序是
Val－Ileu还是
Ileu－Val？换句话说，N末端氨基酸是缬氨酸还是
异亮氨酸？（氨基以及相继的
N末端单元，通常认为在一条链的
左端。）对此，
DNP标记可以回答这个问题。如果
DNP标记出现
在缬氨酸上，那么，缬氨酸就是
N末端氨基酸，从而可以确认这个
二肽的排列顺序是
Val－Ileu。如果
DNP标记出现在异亮氨酸
上，排列顺序则为
Ileu－Val。
一个由
3个氨基酸组成的片段，其排列顺序也可以确定出来。
假如一个片段的组成是亮氨酸、缬氨酸和谷氨酸。
DNP试验可以
阿西莫夫最新科学指南
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首先鉴定出
N末端氨基酸。比方说，如果是亮氨酸，那么，排列顺
序不是
Leu－Val－Glu就是
Leu－Glu－Val。然后人工合成这两
种组合，并分别滴在滤纸上，使成为色谱图上的斑点，再看看哪一
种组合在滤纸上占的位置与被研究的片段所占的位置相同。
对于含有
3个以上氨基酸的肽，可以把它们先分解成比较小
的片段，然后再进行分析。
用这种方法把胰岛素分子分成的所有片段的结构确定以后，
下一步就是按照它们在链中的正确次序，把这些片段连接在一
起——就像小孩玩拼板玩具那样。这里有许多线索可寻。例如，
已知
G链只含有
1个单位的氨基酸——丙氨酸，在从分解
G链所
得到的肽混合物中，发现丙氨酸有两种组合方式：丙氨酸
…丝氨酸
和肽氨酸…丙氨酸。因此，在完整的
G链中，排列次序一定是
CyS－Ala－Ser。
利用这些线索，桑格和塔皮逐渐地把这些片段拼到了一起。
把所有的片段都确认出来，并以完全满意的顺序把它们排列出来，
要花费几年的时间。但是到了
1952年，他们就研究出了
G链和
P
链中所有氨基酸的精确的排列次序，接着他们继续研究两条链是
怎样连接起来的。1953年，他们宣布终于胜利地破译了胰岛素的
结构。一种重要的蛋白质分子的全部结构第一次被研究出来了。
由于这一成就，桑格获得了
1958年的诺贝尔化学奖。
生物化学家们立即采用桑格的方法来确定其他蛋白质分子的
结构。1959年，攻克了核糖核酸酶，这是一种由含有
124个氨基
酸的单个肽链组成的蛋白质分子；1960年，研究出了含有
158个
氨基酸的烟草花叶病毒的蛋白质单位；1964年，破译了一种含有
223个氨基酸的蛋白质——胰蛋白酶；到
1967年，这种研究技术
实际上已经自动化了。瑞士血统的美国生物化学家埃德曼设计了
一种顺序分析仪，可以把
5毫克纯蛋白质的氨基酸一个一个地分
第十二章 蛋白质
第十二章 蛋白质
的
60个氨基酸就是用这个方法在
4
天内鉴定出来的。
人们已经详细地研究出了更长的肽链。到
20世纪
80年代，
任何蛋白质，不论有多大，其详细结构都可以确定出来。只要不怕
麻烦，就毫无疑问。
总的来说，这些分析表明，大部分蛋白质都能在它们的链上充
分显示出所有（或几乎所有）不同的氨基酸。只有几种比较简单的
纤维状蛋白，如丝中或腱中发现的那些蛋白，偏重于
2～3种氨基
酸。
在由全部
19种氨基酸组成的那些蛋白质中，单个的氨基酸没
有明显的排列次序，也很少发现有周期性的重复。这些氨基酸是
这样排列的，当链通过在各处形成的氢键而折叠起来的时候，各种
侧链能构成一个含有正确排列次序的原子团或电荷图样的表面，
从而使蛋白质发挥其功能。
合成蛋白质
一旦弄清楚了多肽链中氨基酸的顺序，人们就可以着手完全
按照那种正确的顺序把氨基酸结合在一起了。当然，一开始合成
的是一种小的蛋白质。在实验室中合成的第一种蛋白质是催产
素，一种对人体有许多重要功能的激素。催产素是一种极小的蛋
白质分子，只含有
8个氨基酸。1953年，美国生物化学家迪维尼
奥成功地合成了一种与催产素的特征完全相似的肽链，而且，这种
合成肽的确显示出自然激素的全部特性。迪维尼奥获得了
1955
年的诺贝尔化学奖。
在以后的几年中，人们合成出了更复杂的蛋白质分子；但是要
用按照特殊顺序排列的特殊氨基酸合成一种特殊的分子，打个比
方说，就必须像穿串珠一样，一次只穿一个。这件事情在
20世纪
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50年代如同在半个世纪以前的
E。 费歇尔时代一样困难。每次把
一个特殊的氨基酸连接到一条链上，都必须用繁琐的方法把这种
新的化合物同所有其他的部分分离，然后再重新开始连接另一个
特殊的氨基酸。在每一步骤中都会有大部分物质在副反应中失
去，因此，即使简单的链，能合成的量也很小。
但是，1959年初，由美国生物化学家梅里菲尔德领导的一个
小组，在新的方向上有了突破。所需要的链的开头的一个氨基酸
被连接在用聚苯乙烯树脂制成的串珠上。这些串珠在所使用的溶
液中不溶解，而且通过简单的过滤就能够同其他所有的物质分离。
把含有第二个氨基酸的新溶液加进去，第二个氨基酸就会接在第
一个上。再过滤，然后再倒入含有第三个氨基酸的新溶液。加溶
液的步骤非常简单迅速，因此可以自动化，而且几乎没有任何损
失。1965年，用这种方法合成了胰岛素分子；
1969年，合成了更长
的核糖核酸酶的链，共含有
124个氨基酸；接着，
1970年，中国血
统的美国生物化学家李卓浩合成了有
188个氨基酸链的人体生长
激素。原则上讲，只要具有足够的耐心，任何蛋白质现在都能人工
合成。
蛋白质分子的形状
认识到蛋白质分子是一串氨基酸（打个比方）以后，人们希望
对蛋白质分子能有更多的了解。氨基酸链究竟是以什么方式扭曲
的呢？蛋白质分子的确切形状是什么样的呢？
奥地利血统的英国化学家佩鲁茨和他的英国同事肯德鲁着手
研究这个问题。佩鲁茨把血红蛋白作为研究对象。血红蛋白是血
液中载氧的蛋白质，含有大约
12 000个原子。肯德鲁则挑选了肌
红蛋白，一种在功能上类似血红蛋白的肌肉蛋白质，但在大小上只
有血红蛋白的
1/4。他们使用的是
X射线衍射分析法。
第十二章 蛋白质
第十二章 蛋白质
佩鲁茨使用的装置能够把一些蛋白质分子和一个大质量原子
（如金或汞的原子）结合起来，因为这些大质量原子衍射
X射线的
效率特别高。这样，他得到很多线索，从而更精确地推断出在没有
大质量原子的情况下血红蛋白分子的结构。到
1959年，肌红蛋白
分子的结构弄清楚了，第二年血红蛋白分子的结构也研究出来了。
这样就可以制造出它们的立体模型，使每一单个原子都安置在看
上去很可能是正确的位置。结果，佩鲁茨和肯德鲁分享了
1962年
的诺贝尔化学奖。
有理由认为，利用佩鲁茨…肯德鲁技术得出的这些立体结构，
终归要由那一串氨基酸的性质来确定。打个比方说，氨基酸串具
有一些自然折皱点，当它们弯曲的时候，必然会发生某些相互联
系，从而使氨基酸串适当地折叠起来。通过计算出所有原子间的
距离和连接键所放置的角度，就能够确定这些折叠和相互联系的
情况，但这确实是一项繁琐的工作。这项工作也已经利用计算机
了：不仅用计算机进行计算，而且还让计算机把结果显示在屏幕
上。
不管怎样，已经知道立体形状详细情况的蛋白质分子的数目
正在迅速增加。胰岛素作为向分子生物学发起新的攻击的起点，
它所具有的立体形状是英国生物化学家
D。 C。 霍奇金
1969年研
究出来的。
酶
蛋白质�