X 和 & recqod iI ea iP poss III AI ADAP. AAI III IIAP IP ILI PVP IPI PIG IPE ISIE IE III II. 一 个 生物 化 学 家 的 求索 [ 美 ] F. $#2% 著 Re TRH RE F 石 幼 珊 校 9 OK OX FOL OOOO OIE HEE OVE OVSI SSIS EX 24 108 ii 内 容 : 简 tt : 本 书 作者 是 迈 尔 霍 夫 学 派 的 老 一 辈 生 物化 学 家 ， 他 是 生物 化 学 发 展 的 历史 见证 人 之 一 。 全 书 共 分 两 部 分 。 第 一 部 分 以 作者 的 科学 活动 为 线索 ， 用 故事 的 形式 叙述 了 生物 化 学 史诗 般 发 展 的 历史 ， 第 二 部 分 是 选 载 了 作者 的 人 篇 论文 。 本 书 可 供 初 学 生物 化 学 的 读者 ， 医 、 工 、 农 部 门 的 广大 工作 人 员 ， 以 及 从 事 生 物化 学 工作 的 科技 人 员 人 参考 。 Fritz Lipmann WANDERINGS OF A BIOCHEMIST John ‘Wiley. & Bons: Mester 一 个 生物 化 学 家 的 求索 [5 美 了 下 。 李 普 虽 5 Het DSH Bes 译 ; Ashe 校 二 ”责任 编辑 RAD a @a2k a WH ik 北京 朝阳 门 内 大 街 137 号 +O ABH 4K ALS Dil i! B RILR RAR oo SHEERS * 198647 4 月 第 一 版 FFAs 787X1092 1/32 198647 4 月 第 一 次 印刷 PKs 8 1/8 印 数 ，0001 一 3,500 字数 ，184, 000 统一 书号 ，13031 。 3158 本 社 书号 ;4719。13 一 10 定 Hf: 1.50 元 OR aa 我 着 手写 这 本 书 时 想 写 的 完全 是 另 一 个 样子 。 原 来 打算 走 一 条 容易 走 的 路 ， 将 我 的 论文 按 年 月 排列 ， 其 间 用 简短 的 .注解 连贯 起 来 。 我 将 我 的 文章 加 以 挑选 ， 最 后 选 出 来 的 篇 幅 很 天。 实质 上 ， 是 想 对 这 方面 的 生 手 传授 一 些 经 验 。 为 此 ， 我 决定 请 我 的 学 生 看 看 我 写 出 来 的 东西 。 约 翰 。 希 尔 德 布 兰 #4 (John Hildebrand) 和 克利 斯 。 沃 尔 什 Chris Wal- sh) 当时 和 里 昆 纳 德 。 斯 佩 克 特 (Leonard Spector) ~~ 起 研究 的 题目 同 我 过 去 作 过 的 辅酶 A- 乙 酰 磷 酸 的 某 些 方面 有 些 关 联 。 我 发 现 他 们 对 生物 化 学 的 发 展 史 有 着 令 人 惊异 的 兴趣 ， 其 所 以 令 人 饶 异 是 因为 大 多 数学 生 对 生物 化 学 史 的 记 亿 不 超出 5 至 10 年 。 然而 他 们 两 人 却 认为 我 经 历 了 史诗 般 的 年 代 ， 他 们 不 仅 要 知 其 然 ， 更 要 知 其 所 以 然 。 这 样 一 来 就 难 了 ， 因 为 我 就 得 学 会 写 故 事 ， 我 决定 按照 现在 写成 的 样 予 重新 改写 我 的 原稿 。 第 一 部 分 是 写 学 习 与 探 索 的 年 代 ， 仿 照 歌 德 的 《Wilhelm Meister 的 学 习 时 期 和 探索 时 期 》， 大 多 数 篇 幅 写 成 了 回忆 录 。 书 名 “wande- ting” 一 词 的 词义 介 乎 德语 和 美语 之 间 ， BERR, 科学 地 说 ， 就 是 兴 之 所 至 ,随笔 而 写 ， 不 问 导 至 何方 。 正 因为 我 愿意 保留 故事 的 特色 ， 所 忆 就 没有 在 正文 中 播 人 参考 文献 ， 而 把 它们 列 于 每 章 的 末尾 。 ”如 果 没 有 我 们 的 秘书 克 里 斯 琴 。 吉 莱 斯 皮 (Christian Gillespie) 小 姐 的 敦促 和 全 心 全 意 的 真诚 帮助 ， 这 本 书 不 可 能 问世 。 对 此 ， 我 致 以 最 真挚 的 谢意 。 F, $#¥ ATH we Soak MA, 19704 7 FH * jie ee WE 生物 化 学 对 医学 、 工 业 和 农业 都 是 十 分 重要 的 一 门 学 A, 既 有 理论 意义 也 有 实用 意义 。 不 少 初学 者 往往 不 知道 生 物化 学 发 展 的 来 龙 去 脉 ， 对 它 缺 乏 历史 唯物 主义 的 认识 ， 学 习 和 实践 时 只 能 死记 、 硬 背 、 抓 不 住 重 点 。 本 书 作者 李 普 曼 是 德国 法 西 斯 铁 蹄 下 迈 尔 霍 夫 学 派 传 存 的 老 一 辈 生物 化 学 家 之 一 。 他 是 生物 化 学 史诗 般 发 展 的 历史 见证 大 ， 今 年 已 经 85 岁 高 龄 了 。 他 在 国际 上 享有 很 高 的 声誉 ， 具 有 非凡 的 想象 力 ， 对 新 生 事物 敏感 ， 为 人 热情 ， 作 风 民 主 ， 愿 意 接 受 不 同 意见 。 他 受过 很 好 的 科学 训练 ， 有 着 高 超 的 指导 工作 的 能 力 。 在 他 的 实验 室 中 , AM ERIE BEB Bese. 译 者 之 一 对 此 书 很 感 兴趣 ， 曾 往 北京 各 图 书馆 借阅 未 得 。1980 年 11 月 忽 接 作 者 寄 来 此 书 。 象 这 种 传记 性 的 科学 著 作出 自 一 个 伟大 的 生物 化 学 家 之 手 还 是 不 多 见 的 ， 读 后 发 人 深思 ， 启 示 甚大 。 译 者 认为 将 此 书 译 出 ， 供 我 国 从事 生 物化 学 工作 者 参考 和 借鉴 是 有 意义 的 。 Az DSH LRE 198447105 ° ii 。 Eh} 07s aie 第 一部分 传记 《偏重 于 科学 方面 的 活动 ) “4 4 慢 的 开始 … ( () 习 医 年 代 …… ( ay oy eon cee 放 ( = TRIAS (1927—1930) - “are af (一 ) REDRERXBAW LL … 人 (=) ARMA MOTE Lee 0 ) 二 三) 人 名 的 党 Ph dss fide Ge sph pow ot C747 } (=) 求职 .- Se Bes ce se see cee ane cones cee eee ( 29 ) (— ) 随同 阿尔 贝 特 . FEAR A SEZ ARE ove cee wee ne ore ( 23 ) 四 、 在 洛克 菲 勤 研究 所 ……… | Sieh tee Coase els i 在 哥 本 哈 根 (1932 一 1939) 和 (30 ) (一 ) LEGER ort ore eee coe ene ent tee cee tee (30) (二 ) 丙酮 酸 氧 化 … 3) (=) 到 美国 去 … he eas - ( 39 ) (四 ) 在 杜 . 维 格 诺 德 实验 室 和 过 安 . 有事 (五 ) 4 oe ene sv sev ers ereerseee ( 4d) 六 、 在 马萨诸塞 总 医院 (1941-1957) - sm Mey ey igen one ae see sae one ( 47 ) (=) 在 辅酶 A 中 发 现 泛酸 … te sen ene en cee cen (49 ) (四 ) 2 pipes hah sve see ous ene ene cee coe coe cov eee ( Bf ) "RRB IER SAC se (67) : Bf, 蛋 白 质 合 Ro O00 a0e sse cae cee eee coe wee wee see see eee ( 95 ) (一 ) SRR AE RR RAPE oe one coe cee tee tee tne eee eee eee 《98 ) (=) 迁居 洛克 菲 勒 大 学 以 后 (1957) we cece se ere (100 ) (三 ) Ba BAY me SR RE RE om ene ome (108 ) 第 二 部 分 ” 八 篇 论文 ARR xt #2 的 模式 … wee ate cee eee cee ces cee ese one cee see eee ( 145 ) Ady A RY HL 理 … aps odgite wee (157 ) er 1A feat Bee) (182 ) 分 子 技术 学 … 站 ~~ (193 ) RARE ery 间 的 Sh Zo ove senate cen ( 205 ) n KAMA RH BB PR BB ( 233 ) . 知识 的 指数 增长 造成 的 不 均衡 性 … (250) J 4 二 证 本 从 和 和 \\ * iv ° 第 一 部 :分 传记 《偏重 于 科学 方面 的 活动 ) 一 、 缓 慢 的 开始 (—) 习 医 年 代 我 开始 是 学 医 的 ， 离 开 大 学 预科 后 ， 先 在 家 乡 坎 特 省 (Kant) WME (Koenigsberg) 市 读书 ， 该 市 当时 是 德国 最 东部 与 俄国 相 邻 的 省 份 东 普 鲁 士 的 首府 ， 因 为 是 靠 俄国 边界 最 大 的 城市 ， 德 国政 府 把 这 个 大 学 办 得 比 其 他 同样 大 小 城市 中 的 大 学 水 平 高 一 些 。 医 学 的 年 代 在 我 的 记忆 中 留 有 一 定 的 感情 色彩 。 医 科学 生 们 总 把 自己 看 作 一 个 特殊 的 集 图 ， 他 们 所 熟悉 的 机 体内 部 活动 ， 对 多 数 人 来 说 是 个 禁地 ， 我 们 为 属于 这 个 人 党团 而 颇 感 自豪 。 在 临床 工作 期 间 ， 可 以 周 游 各 地 ， 而 我 就 到 了 柏林 ， 听 著名 的 临床 大 医生 们 演讲 。 我 在 莫 尼 黑 过 的 一 个 学 期 ， 学 习 空 气 很 活跃 ， 当 时 我 的 兄弟 在 那里 攻读 文学 ， 我 住 在 施 瓦 平 (Schwabing) BFR 弟 周围 的 艺术 家 和 戏剧 家 之 中 。 然 而 从 职业 角度 上 说 ， 我 从 未 超出 医学 的 圈子 。 例 如 在 莫 尼 黑 ， 我 连 想 都 没有 想 过 去 听 听 大 化 学 家 维尔 斯 塔 特 〈《Willstatter) 的 演讲 。 我 还 要 回 柯 尼 斯 堡 ， 在 考试 前 还 有 一 段 时 间 ， 按 照 懒 例 ， 团 期 为 准备 期 终 考 试 ， 我 在 各 科室 作 临 床 。 我 在 精神 病 科 过 了 一 个 暑假 ， 时 间 虽 短 ， 但 至 今 不 忘 。 我 在 一 个 局 围 都 和 + 是 精神 失常 的 人 的 环境 里 过 得 很 不 自在 ,， 有 一 个 人 ， 患 失去 理性 的 抑郁 症 ， 执 扬 地 想 自 杀 。 我 和 他 作 过 长 谈 ， 他 已 几 度 想 自 杀 ， 甚 至 在 病房 中 还 有 此 企图 ,- 要 深入 地 了 解 这 样 一 个 有 强迫 观念 的 人 问题 的 症结 所 在 是 何等 地 困难 啊 ! 此 事 长 期 ” 印 在 我 的 脑子 中 。 许 多 学 校 还 规定 要 在 妇 产 科 实习 两 周 。 在 此 期 间 要 住 在 门诊 ， 当 一 个 有 经 验 医 生 的 助手 ， 在 城 里 出 诊 接生 。 那 个 时 候 ， 医 生 多 半 是 到 病人 家 里 去 看 病 ， 而 病人 来 医院 就 诊 较 少 。 有 一 次 要 我 在 相当 简陋 的 条 件 下 接生 ， 我 把 手 连 臂 伸 入 已 张 开 的 阴道 里 ， 抓 住 婴 儿 的 腿 把 他 拖 了 出 来 ， 这 种 情景 仍 历历 在 目 。 其 他 操作 则 由 我 那 帮 经验 的 同伴 去 完 成 。 在 医学 中 ， 一 个 见习 学 生得 到 的 生物 学 方面 的 教育 对 从 事 任何 职业 的 人 都 是 最 好 的 准备 。 (=) 侈 医 学 而 去 考试 刚 结束 ， 我 就 开始 出 现 怀疑 是 否 从 医 的 念头 。 一 重要 的 原因 是 我 不 能 适应 它 的 高 业 性 质 ， 用 金钱 买 得 健康 ， 为 提供 这 一 服务 而 接受 病人 的 付款 。 但 在 柯 尼斯 您 市 医院 做 了 半年 实习 医生 后 ,: 由 于 父母 的 一 些 医生 朋友 竟 力 劝说 , 我 还 是 决定 到 病理 学 科学 了 一 个 时 期 ,作为 行医 的 准备 。 通过 私人 联系 ， 一 位 在 柏林 贫民 区 腓 特 烈 海 因 (Friedrichshein) | 一 个 大 医院 王 作 的 著名 病理 学 家 路 威 "“ 皮 殉 (Ludwig Pick) 接受 我 在 他 那里 工作 。 我 搬 到 那里 , 学 了 三 个 月 病理 学 。 每 天 早晨 解剖 尸体 ， 下 午 看 显微镜 。 我 记得 最 清楚 的 是 NBA MRA. 但 是 干 了 三 个 月 我 就 腻 烦 了 。 正 是 这 个 时 候 ， 我 初次 跨 和 生物 化 学 界 ， 并 决定 报名 选 修了 彼得 。 罗 纳 〈Peter Rona) 的 一 门 三 个 月 的 特别 课程 s 罗 纳 曾 经 同 里 奥 诺 。 炒 夏 埃 利 斯 (Leonor Michaelis) @ © 2e 时 医生 和 和 检 物化 学 之 间 联 系 极 小 ， 多 数 德国 医学 院 校 只 把 生 物化 学 作为 生理 学 的 附加 课程 来 讲授 。 罗 须 的 课 有 点 像 生物 化 学 的 马拉松 长 跑 ， 精 选 了 二 套 最 新 的 方法 ”可 以 学 到 如 何 测量 pH 以 及 浅 近 的 胶体 化 学 和 电 kk. 我 们 要 在 二 个 简单 的 TU 形 管内 ， 使 血红 蛋白 在 电场 内 移 th. 我 们 花 了 不 少时 间 学 习 测 压 计 技 术 ， 用 的 仍 是 梨 形 巴克 BR (Barcroft) 瓶 , 当 时 这 种 瓶 还 没有 被 瓦尔 堡 (War- burg) 瓶 所 取代 。 对 一 个 究 责 生物 化 学 是 什么 只 有 一 点 起， 码 理解 的 医生 来 说 ， 这 是 极 好 的 训练 。 在 德国 要 得 到 医学 博士 学 位 ， 必 须 写 一 篇 简短 的 论文 。 我 的 论文 是 在 罗 纳 实验 室 里 做 的 ， 因 为 我 已 经 对 当时 很 流行 -的 胶体 化 学 感 兴趣 了 。 (2) 决定 攻读 化 学 走向 生物 化 学 的 第 二 步 是 我 高 兴 地 接受 了 荷兰 赠与 的 奖 学 爹 。 那 时 正 值 德 国 通货 猛烈 膨胀 ， 谁 有 机 会 离开 那里 都 会 求 之 不得。 这 项 奖学金 使 我 能 进入 在 阿姆斯特丹 (Amster- dam) Ah) 27K (Laqueur) 的 药理 学 实验 室 。 我 在 那里 四 不 月 ， 做 了 我 第 一 个 以 生物 化 学 为 题 的 实验 。 这 是 一 个 转折 点 ， 使 我 严肃 认真 地 决定 成 为 一 个 生物 化 学 家 。 就 是 在 这 次 旺 暂 的 接触 中 ， 我 清楚 地 认识 到 学 习 化 学 的 重要 性 。 于 是 我 奖 定 回 到 我 的 家 乡 可 以 同 父 母 住 在 一 起 。 很 幸运 ， 汉 斯 。 梅 尔 魏 因 〈Hans Meerwein) 这 位 真正 的 伟大 的 有 机 化 学 家 ， 当时 正在 柯 尼 斯 堡 。 现 在 ， 医 学 和 化 学 的 结合 已 很 普遍 ， 而 在 那 时 却 是 很 不 寻常 的 。 因 此 ， 我 就 要 花 一 点 时 间 去 说 服 梅 尔 魏 因 教 授 ， 人 允许 我 走 一 条 捷径 取得 医学 预科 化 学 的 学 分 。 这 一 侦 时 期 最 难忘 的 感受 是 梅 尔 魏 因 教授 的 课程 ， 我 们 作为 研究 生 每 年 必须 听 这 些 讲演 。 它 使 我 掌握 了 我 原先 已 感到 需 要 的 有 机 化 学 的 知识 。 He : 三 年 中 ， 我 学 完了 大 部 分 必修 课程 ， 有 点 急 不 可 待 地 准 备 去 做 真正 的 生物 化 学 工作 了 。 当 时 有 两 个 实验 室 专 业 千 分 接近 ， 这 就 是 卡尔 。 诺 伊 贝 格 〈Carl Neuberg) MRE > 迈 尔 霍 夫 两 个 班子 ， 他 们 同时 研究 中 间 代 谢 领域 中 相似 的 题 目 ， 但 是 从 不 同 的 侧面 进行 。 诺 伊 贝 格 从 化 学 方面 着 手 ， 而 迈 尔 堆 夫 实验 室 则 更 多 地 倾向 于 从 生物 学 方面 ， 后 者 与 我 心 中 的 愿望 更 为 接近 。1927 年 我 被 接受 在 该 实验 室 里 工作 。 $4 xX 献 C1) Uber die Wirkung der Verschiebung der Wasserstoffionenkonzen- tration auf den Flockungsvorgang beim positiven und negativen Eisenhydroxydsol. With P.Rona, Biochem.Z.147, 163 (1924). (2) Einfluss von intravendser Glykogen-und Starkeeinspritzung auf den Blutzucker beim’ Kaninchen. With J.Planelles, Biochem.Z, — 163, 406 (1925) , @y ae 迈 尔 翟 夫 实验 室 (1927 一 1930) 凯 泽 -威廉 〈 民 aiser-Wilhelm) 生物 研究 所 包括 迈 尔 堆 夫 实验 室 ， 是 当时 达 勒 姆 (Dahlem) 科学 团体 的 一 部 4}, 生物 楼 里 有 各 种 各 样 的 实验 室 。 迈 尔 专 夫 的 实验 室 位 于 一 楼， 中 间 数 层 为 遗传 学 家 们 所 有 ， 科 伦 斯 (Correns) 给 我 的 印象 是 : 留 着 轿 松 的 红 灰 色 关 子 ， 在 后 院 他 种 的 豌豆 地 里 来 回 走 动 。 后 来 我 才 知 道 他 是 备 德尔 学 说 的 重新 发 现 者 之 一 。 还 有 戈 尔 德 施 米 特 、 施 特 恩 、 曼 戈 尔 德 (Goldschmidt， Stern, Mangold) fue eS CHartmann) 是 迈 尔 堆 夫 的 好 朋友 ， 他 们 大 多 数 后 来 都 定居 美国 。 研 究 所 的 顶楼 ， 最 高 的 一 层 是 奥 托 。 瓦 尔 您 的 实验 室 。 瓦 尔 堡 当时 已 带 有 某 种 神 ” 秘 色 彩 ， 我 们 对 他 无 限 崇 拜 ， 但 很 少 和 他 见面 ， 偶 尔 在 黄昏 时 分 ， 他 下 到 下 面 几 层 楼 来 ， 我 们 会 看 到 他 一 眼 。 他 愿意 同 高 级 技术 人 员 一 起 工作 ， 所 有 这 些 人 ， 都 是 从 耶 拿 (Jena) BUREN (Zeiss) 工厂 附设 的 精密 机 械 高 等 学 校 里 训练 出 来 的 。 他 们 中 突出 的 是 内 格 茉 因 (Negelein) 〈 后 来 得 到 了 一 个 化 学 学 位 》， 还 有 一 个 叫 殉 里 斯 (Christian) 。 这 两 个 人 对 那里 作出 的 伟大 工作 ， 尤 其 是 后 来 在 瓦尔 堡 搬 到 细 胞 生理 学 研究 所 新 楼 里 所 做 的 工作 都 起 过 作用 。 这 个 新 楼 是 我 离开 迈 尔 堆 夫 后 不 和 久 搬 去 的 。 他 把 少数 具有 较 高 学 位 的 人 留 下 和 他 工作 了 一 段 时 间 ， 这 些 人 有 汉 斯 “A. 克 雷 布 斯 (Hans A.Krebs) 、 汉 斯 。 格 夫 隆 (Hans Gaffron) 和 后 来 的 比 软 尔 〈Biicher) 以 及 一 - 些 外 国 访问 学 者 。 我 在 迈 尔 电 夫 那里 工作 时 ， 克 雷 布 斯 和 格 夫 隆 也 正在 那里 工作 ， 他 们 和 我 以 及 楼 上 的 人 建立 了 联系 。 生物 楼 仅 是 著名 的 达 勒 姆 科学 团体 的 二 小 部 份 ， 那 里 还 有 我 们 经 常 联 系 的 诺 伊 贝 格 生物 化 学 研究 所 以 及 奥 托 。 哈 恩 (Otto Hahn) Fase - Wea CLiese Meitner) 的 化 学 所 ， 哈 轧 和 迈 特 纳 后 来 发 现 了 核 裂变 。 此 外 还 有 哈 贝 尔 (Haber) HIE, M#BAAMRMR CBonhdffer) . AK & (Kalman) 和 很 多 其 他 很 有 意思 前 大 物 。 BARES H 氨 的 合成 得 名 ， 他 在 这 里 处 于 支配 地 位 》 并 以 某 种 方式 在 六 个 综合 实验 楼 中 把 化 学 与 生物 学 结合 起 来 。 那 种 经 常 是 名 括 生物 学 问题 在 内 的 讨论 会 ， 是 大 家 会 面 的 地 方 ， 他 总 是 能 紧 紧 地 抓 住 一 个 问题 的 本 质 引起 并 领导 展开 讨论 。 迈 尔 堆 夫 和 瓦尔 堡 是 对 我 后 来 影响 最 头 的 两 余天 。 迈 尔 霍 夫 为 人 不 易 相 处 ， 我 们 往来 并 不 密切 ， 然 而 我 日 后 所 做 的 工作 大 多 已 在 那 时 初 具 雏形 了 ， 我 几乎 可 以 说 ， 后 来 的 工 作 是 从 当时 环境 中 衍化 出 来 的 。 我 在 那里 时 ， 对 磷酸 北 学 最 感 兴 趣 ， 这 是 迈 尔 起 夫 启 友 洛 受 (Lohmann) 去 开展 ,的 研 究 ， 我 从 洛 曼 那 里 学 会 了 磷酸 衍生 物 药 工作 ， 他 研究 出 二 种 极 好 的 区 别 各 种 磷酸 化 合 物 的 技术 ， 即 用 各 种 方法 慑 嵌 磷 酸 ， 而 主要 以 酸 水 解 的 不 同 速度 来 识别 这 些 化 合 物语 迈 尔 霍 夫 是 他 的 研究 班子 的 精神 支柱 ,起初 我 对 他 所 热 衷 的 、 有 时 是 难以 控制 的 肌肉 能 量 学 有 点 县 缩 认 然而 这 对 我 后 来 的 工作 有 着 极 深 刻 的 影响 。 迈 尔 霍 夫 真 不 愧 是 瓦尔 堡 的 学 生 。 他 开始 时 很 倾向 于 作 哲 学 的 概括 ， 租 是 和 瓦尔 堡 短期 的 合作 成 为 他 工作 的 转折 点 ， 看 来 这 合作 使 他 粗 术 解释 生命 现象 最 有 希望 的 途径 是 用 物理 化 学 去 探讨 ， 瓦尔 堡 那 种 绝 不 调和 与 推测 的 极端 严格 的 讲究 实效 的 态度 ， 从 四 楼 传 给 也 我 - 们 。 他 成 为 我 们 心目 中 的 英雄 。 他 执 押 地 坚持 证 实验 说 话 并 把 解释 和 引伸 限制 到 最 小 程度 ,这 种 作风 成 为 我 们 这 二 代 天 « 6 。 a ' ! | RIVE, 这 种 作风 已 收 到 成 效 ， 因 为 它 黄 定 了 使 生物 学 发 展 成 为 一 门 确切 的 科学 的 基础 ， 到 现在 使 我 们 能 慢 慢 地 深 类 到 更 理论 化 的 生物 学 中 去 。 我 从 来 没有 直接 和 瓦尔 堡 工 作 过 ， 但 是 法 国 查 普 维 尔 ， (Francois Chapeville) 的 一 句 话 使 我 十 分 感动 。 在 巴黎 ”一 次 光合 作用 的 会 议 期 间 ， 查 普 维 尔 和 他 共 进 午餐 时 说 起 曾 4 和 我 一 起 工作 过 ， 瓦 尔 堡 对 查 普 维尔 说 ，“ 噢 ， 那 么 你 是 我 的 孙子 了 。” (二 ) REVABALB EWI 我 到 迈 尔 霍 夫 实 验 室 去 的 时 候 ， 最 突出 的 有 两 个 问题 ， 一 个 是 研究 糖 醇 解 的 机 制 ， 称 为 葡萄 糖 或 动物 组 织 内 糖 原 的 FRA. FT ENLACE IN BERR LB (Cr~P) 的 功能 ， SrA PRANRRMHOR, HRA ALR Sp VHB ELL BA EH EH LL BG 能 磷酸 酯 作用 的 机 制 理 解 得 多 人 么 模糊 。 那 时 《〈1927 一 1930) 在 迈 尔 霍 夫 实验 室 里 采用 的 是 一 种 对 糖 酵 解 有 活性 也 容易 制备 的 蛙 肌 提取 物 ， 或 更 好 的 是 家 免 肌肉 勾 浆 提 取 物 ， 主 要 用 来 比较 糖 酵 解 与 酵母 的 酒精 发 酵 作 用 。 在 酒精 发 酵 中 ， 哈 登 (Harden) MY HM CRobin- son) 已 经 发 现 了 各 种 磷酸 已 糖 的 中 间 产 物 。 迈 尔 霍 夫 从 面 - 包 师 的 酵母 和 目 溶 物 里 分 离 出 糖 酵 解 反应 中 葡萄 糙 的 活化 剂 后 ， 肌 肉 中 的 糖 酵 解 和 酵母 的 酒精 发 酵 的 类 似 性 就 更 为 明显 To MARR DAY FMA EKER ABER AWE 中 轻 轻 研磨 制 得 的 。 这 种 提取 物 中 没有 糖 原 ， 相 比 之 下 容 曙 分 解 糖 原 ， 却 不 能 酵 解 葡萄 糖 。 但 是 那 时 的 理解 水 平 还 达 不 到 认识 其 中 的 原因 ， 不 知道 这 些 提取 物 中 有 糖 原 磷 酸化 酶 e 7 e TRACHEA ABI. Ai, ROR, BE EDR fi FA RUSK WB (Lebedev) RH A—ATHaHW 和 组 的 自 溶 物 ， 很 容易 酵 解 葡萄 糖 ， 这 就 促使 迈 尔 霍 夫 到 酵 母 自 溶 物 中 去 寻找 葡萄 糖 “ 活 化 剂 ” 。 那 时 葡萄 糖 这 种 活化 “ 机 理 还 是 很 神秘 的 。 因 此 ， 我 同 眩 子 摸 鱼 一 样 ， 第 一 次 用 酝 母 自 溶 物 制剂 作为 葡萄 糖 活化 剂 注射 给 家 免 ， 观 察 它 有 无 和 胰岛 素 相似 的 作用 ， 这 说 明了 当时 对 这 方面 多 么 无 知 。 在 这 之 前 我 告诉 过 迈 尔 霍 夫 我 在 莱 奎 尔 实 验 室 时 ， 曾 尝试 用 静脉 ， 注射 淀粉 或 糖 原 ， 目 的 在 看 是 否 能 缓解 胰岛 素 低 血 糖 定 ， 因 此 我 会 测定 血糖 。 幸 而 注射 含 已 糖 激酶 的 粗 酵 母 制剂 并 未 降 低 血 糖 ， 而 注射 外 源 蛋 白 引 起 的 非特 异性 效应 可 能 使 血糖 降 低 。 另 一 个 频 子 摸 鱼 的 事例 是 测定 乙酰 胆 碱 引起 的 蛙 纱 匠 肌 的 无 张力 收缩 是 否 会 导致 Cr~P 的 分 解 。 那 时 埃 格 尔 斯 顿 斯 (Egglestons) 已 发 现 Cr 一 了 ， 由 于 它 对 酸 不 稳定 而 被 称 为 磷酸 原 (Phosphagen) 。 它 的 化 学 的 特征 鉴定 已 由 菲 斯 克 (Fiske) 和 萨 巴 罗 人 Subbarow) 十 分 出 色 地 完成 了 。 Cr 一 了 相当 大 量 地 存在 于 骨骼 肌肉 中 ， 但 其 功能 还 有 待 研 究 。 迈 尔 霍 夫 实验 室 发 现 它 水 解 时 产生 很 大 热量 ， 约 12 一 15 千 卡 / 克 分 子 ， 这 与 肌肉 收缩 有 关 ， 然 而 ”肌肉 收 缩 的 张力 和 产生 乳酸 的 量 的 比例 关系 同上 述 实 验 并 不 吻合 。 迈 尔 霍 夫 测定 正常 的 肌肉 收缩 在 无 氧 条 件 下 形成 的 乳酸 ,， 热 当量 为 13 千 卡 / 克 分 子 ， 因 此 作 了 无 张力 乙酰 胆 碱 挛缩 是 否 可 能 和 Gir PARA TAs Rae Tae 证 明 它 引起 Cr 一 了 的 分 解 。 这 些 简短 的 党 试 ， 使 我 值得 了 如 果 不 能 得 到 预期 结果 也 不 要 失望 ， 这 就 引导 我 进行 那 种 冒险 性 小 一 些 、 稳 健一 些 的 工作 ， 即 氟 化 物 反应 的 效应 。 一 般 认 为 氟 化 物 是 糖 酵 解 的 标 | 准 抑制 剂 ， 租 是 它 的 作用 机 制 还 不 太 清 楚 。 我 的 研究 无 助 于 -了解 它 的 作用 方式 ， 但 是 我 发 现 了 肌肉 提取 物 对 磷酸 柄 的 水 解 有 某 些 抑制 效应 ， 于 是 开始 对 氟 化 物 对 肝 酯 酶 的 抑制 效应 有 了 兴趣 ;瓦尔 堡 对 重金 属 在 酶 催化 中 的 作用 十 分 重视 ， 引 起 我 对 公认 的 氟 化 物 与 高 铁血 红 蛋 白 的 相互 作用 进行 再 核 实 。 实 验 的 结果 证 明和 我 的 酶 抑制 问题 无 关 ， 但 是 实验 本 身 . 使 我 感到 很 有 意思 。 我 当时 把 所 有 这 些 工 作 写 成 三 篇 文章 ， 合 起 来 足够 作 我 的 博士 论文 了 ， 但 我 还 必须 补 一 些 指定 的 要 求 ， 学 一 些 物 理 学 和 植物 学 ， 还 要 学 一 点 哲学 。 在 柏林 ;哲学 是 得 到 博士 学 位 的 第 四 个 条 件 。 这 就 使 我 有 机 会 愉快 地 见 到 沃 夫 根 。 克 惑 (Wolfgang Koehler) ， 我 的 学 位 主要 评审 人 。 我 已 记 不 清 细节 了 ,只 记得 我 面 对 化 学 .物理 和 植物 学 三 位 权威 评审 人 的 分 别提 问 , 中 间 短 暂停 软 时 显得 疲乏 不 堪 , 这 时 他 们 对 我 的 和 荡 与 同情 给 我 留 下 很 深 的 印象 .除了 好 心 的 沃 夫 根 . 克 勒 以 外 ;我 记得 的 就 只 是 希 尔 德 布 兰 德 (Hildebrand) 对 我 的 植 物 学 考试 了 ， 那 时 他 因 研 究 一 种 与 激素 相似 的 可 促进 植物 创 伤 愈合 的 物质 而 著名 。 当 时 我 到 他 家 中 应 考 时 ， 见 他 老 态 败 钟 ， 身 体 不 大 好 ， 但 给 人 的 印象 很 深 ， 我 模糊 地 记得 ,我 们 略为 谈 了 谈 他 的 创伤 激素 。 所 有 这 些 紧 张 工作 给 我 留 下 的 记 忆 不 是 那些 学 习 的 内 容 ， 而 是 同 这 些 给 人 深刻 印象 人 物 的 接 fit. | 于 经 受 了 这 艰苦 的 考试 后 ， 我 开始 了 与 卡尔 . 洛 曼 的 有 益 ”的 合作 , 这 在 某 种 程度 上 是 我 关于 氟 化 物 的 经 验 的 发 展 。 从 洛 曼 那里 ， 我 学 到 了 磷酸 酯 化 学 ， 这 是 我 后 来 广泛 地 运用 了 的 。 总 起 来 说 ， 从 这 些 研究 中 似乎 可 以 看 出 肌肉 提取 物 能 把 哈 登 - 扬 (Harden-Young) 的 二 磷酸 果糖 (EDP) 转化 成 当时 认为 的 一 种 新 酮 。 这 种 转化 的 证 据 是 在 旷 温 后 磷酸 酯 键 aa WRAERARE. SNARE DPR Rm 两 个 3 - 碳 片 贫 ， 因 而 没有 得 到 正确 的 解释 。 即 从 不 稳定 到 稳 定 的 磷酸 酯 的 转化 是 由 于 上 DT 有 解 为 两 个 三 碳 糖 单 磷酸 AR, ARTS ZENE BCTE FASE As RS Te BE TE 这 两 着 ”对 酸 水 解 都 是 稳定 的 。 (=) 在 无 细胞 发 酝 的 研究 上 走 过 的 兹 路 洛 曼 和 我 结束 我 们 共同 的 工作 东信， 实验 室 迁 到 了 海德 尔 堡 。 再 也 不 去 想 我 们 做 过 的 实验 子 。 然 而 ， 三 年 以 后 ， 即 1932 年 ， 在 我 和 我 的 妻子 第 一 次 访问 美国 的 归途 中 ,我 们 途 经 伦敦 访问 了 利 斯 特 “〈Lister) 研究 所 ， 那 是 发 现 哈 登 - 扬 酯 的 地 方 。 哈 登 已 经 相当 老 了 ， 身 体 也 不 太 好 ， 我 只 和 他 见 了 一 面 ， 时 间 很 短 ， 但 是 我 很 高 兴 见 到 了 罗 宾 示 ， 天 航 好 ， 温 文 尔 雅 、 博 学 多 识 、 洞 察 力 很 强 。 他 直接 了 当地 眼 我 谈 到 洛 曼 和 我 发 表 的 关于 这 一 新 酯 的 性 质 的 文章 。 记 得 我 说 我 对 发 生 的 这 种 转化 没有 把 握 。 现 在 回想 记 来 ， 他 们 当时 似 乎 比 我 们 更 加 意识 到 这 一 转化 的 不 寻常 性 质 。 。” 回顾 这 一 段 早 期 的 经 历 ， 使 我 想起 研究 磷酸 化 及 应 和 酒 精 发 酵 之 间 的 关系 那 段 发 展 缓慢 的 时 期 。 这 促使 我 回 到 在 无 细胞 发 酵 中 哈 登 对 磷酸 固定 的 惊人 发 现 。 那 时 我 重读 了 他 的 精彩 著作 《酒精 发 酵 》。 他 广泛 地 引用 了 上 面 提 到 的 洛 曼 和 我 写 的 文章 ， 使 我 师 为 震动 。 读 到 哈 登 对 我 的 文章 的 赞赏 ， 我 真正 感到 这 是 埃 姆 布 登 (Embden) 及 其 同事 关于 酵 解 灿 理 作出 重要 解释 的 一 个 转折 点 。 为 了 说 清 后 来 发 生 的 事情 背景 ， 有 必要 追 述 一 下 在 1930 年 我 们 的 文章 发 表 时 ， 对 发 酵 和 酵 解 的 理解 水平。 我 很 高 兴 有 机 会 在 此 扼要 重 述 阿 瑟 " 哈 登 的 著作 《酒精 发 醇 》 9 0 ° ee 2 (Longman Group Ltd, (2%, 1932) 中 有 历史 意 义 的 序言。 它 给 我 的 印象 深刻 ， 对 我 的 影响 强烈 。 我 将 从 他 对 待 化 学 家 伯 齐 利 捷 斯 〈Berzelius) , FLA CLiebig) fFP— 些 后 来 有 巴 斯 德 参加 的 生物 学 家 之 间 的 争论 说 起 : 《 伯 齐 利 厄 斯 5 在 1836 年 ] 本 人 也 认为 发 酵 是 由 于 酵母 通过 催 楷 力 而 发 生 的 ， 他 认为 这 种 催化 力 参 与 多 种 反应 必 科 [并 且 ]， 至 于 酒精 发 酵 ， 利 比 格 〔1839] 的 主要 论点 可 以 扼要 的 总 结 一 下 。 酒 精 发 酵 的 结果 ， 使 糖 的 全 部 碳 原子 均 在 酒精 中 再 现 ， 并 形成 二 氧化 碳 。 staperaeoiatoene he 这 些 褒 点 有 力 地 反对 了 当时 认为 发 酵 不 能 脱离 活体 的 概 念 ， 发 酵 是 从 “突然 的 发 现 ” 中 发 展 的 。 至 少 有 三 个 学 者 [ 卡 格 涅 - 拉 图 尔 (Cagniard-Latour) , 1835—1838, 施 旺 (Schwann), 1837, #0 47 *R HH (Schulze), 1836) 几乎 同时 发 现 了 当时 还 是 十 分 神秘 的 发 酵 的 原因 ， 认为 是 由 于 微生物 存在 而 引起 。 在 此 之 前 ， 哈 登 说 过 ， “迄今 〈 即 1836 年 前 )， 那 些 致力 于 研究 发 酵 的 大 们 还 - 没有 怀疑 过 这 些 变化 与 化 学 家 们 所 永 悉 的 很 多 其 他 反应 有 本 质 的 不 同 。?” 于 是 在 花 学 家 与 目 牺 学 家 间 发 和 了 一 场 第 论 ) 是 初 不 二 激烈 ， 直 至 1857 年 前 后 ， jet edb pit i ih toh 他 得 出 以 下 结论 〈1860 年 ) : x 发 酬 的 花 学 作用 ， 未 质 上 是 一 种 与 生 全 活动 有 关 的 现 象 ， 随 着 生命 活动 的 开始 而 开始 ， 随 着 生命 的 停止 而 停止 。 我 的 意见 是 ， 如 果 没 有 细胞 的 组 成 发 展 繁殖 ， 或 已 形成 的 细 胞 的 继续 生存 ， 永 远 不 会 有 酒精 发 酵 ， 这 本 专题 报告 中 的 结 果 在 我 看 来 是 与 利 比 希 和 伯 齐 利 厄 斯 的 观点 完全 相反 的 。 若 “ 昌 问 我 糖 降解 化 学 作用 包括 什么 内 容 及 其 发 生 的 走 正 原因 ; * ti 我 将 回答 我 一 无 所 知 。 那么 我 们 是 否 应 该 说 酵母 用 糖 作 饲料 而 产生 酒精 和 碳酸 呢 守 要 不 然 我 们 是 否 还 坚持 酵母 在 其 发 育 过 程 中 产生 一 些 具 有 家 蛋白酶 性 质 的 物质 ? 这 种 胃 和 蛋白酶 样 物质 作用 于 糖 ， 然 后 消失 ,因为 在 发 酵 液 中 没有 发 现 过 这 种 物质 。 对 于 这 些 假 说 我 无 法 回答 ， 我 既 不 能 承认 也 不 能 否定 ， 只 是 希望 约束 自 已 ,不 使 超出 事实 之 外 。 而 事实 只 告诉 我 ， 所 有 真正 的 发 酝 是 与 生理 现象 相关 的 。?” et 在 生理 化 学 家 中 ， 对 于 这 个 问题 作 化 学 的 解释 还 是 作 生 物 学 的 解释 争论 仍然 明显 存在 。 三 十 年 代 后 期 和 四 千年 代 初 期 发 生 了 一 场 形 式 多 少 有 些 不 同 的 冲突 。 那 时 磷酸 结合 开始 渗透 到 发 酵 的 机 理 中 去 ， 并 且 使 酒精 发 酵 时 碳 原子 的 完全 平 衡 受到 “曲解 2 .。 这 是 由 利 比 格 提 出 ， 用 以 支持 它 的 化 学 性 质 而 非 生 物 学 性 质 的 观点 :: C,H,,.0,>2 CH,CH,OH+ 2 CO, 这 一 简单 但 将 人 引信 歧 途 的 方程 没有 注意 到 发 酵 产生 能 量 以 维持 生命 和 生长 的 生理 学 方面 的 作用 。 2906 年 哈 登 发 现 磷酸 酯 是 参与 作用 的 基本 物质 。 这 一 发 现 为 次 人 研究 发 酵 化 学 和 产生 维持 活体 所 必需 的 能 量 之 间 的 联系 提出 了 新 的 方 法 :再 引用 一 段 哈 登 的 话 , “ 巴 斯 德 的 生理 作用 WTA 来 说 正 是 需要 解释 的 现象 。 稍 后 ， 巴 斯 德 几乎 是 在 不 知 不 觉 中 不 坚持 己见 了 ， 他 在 1875 年 预言 道 ， 发 酵 是 生命 无 氧 的 结 果 ， 发 酵 使 细胞 能 够 利用 含 氧 物质 分 解 时 所 释放 的 能 量 。 现在 我 要 离 题 说 一 下 哈 登 关于 布 灰 纳 兄弟 (Buchners) 发 现 无 细胞 发 酵 的 叙述 。 在 这 里 使 我 高 兴 的 是 他 注意 了 那 偶 然 发 生 的 事 。 3 “ 近 20 年 中 事情 没有 一 点 进展 ， 于 是 到 了 1897 年 ， 这 个 惫 经 引起 那么 多 的 讨论 和 猜想 ， 为 此 做 了 那么 多 的 实验 的 间 9 433。 - 题 ， 化 于 由 受 德 华 。 布 赫 纳 (Eduard Buchner) 作出 了 回 rs res 能 够 使 糖分 解 为 CO 和 酒精 。?” 1893 年 ， 汉 斯 。 布 赫 纳 和 爱德华 。 布 赫 纳 兄 弟 发 现 用 沙 子 研磨 可 以 粉碎 微生物 。 他 们 在 1896 年 用 这 个 方法 破碎 酵 母 ， 想 用 酵母 提取 物 作 医药 用 ， 他 们 花 了 点 时 间 ， 在 助手 马 丁 。 了 哈恩 (Martin Hahn) 的 帮助 下 研制 出 一 种 能 把 细胞 及 其 碎片 滤 去 的 方法 ， 得 到 了 可 人 靠 的 无 细胞 提取 物 。 哈 恩 建 议 将 匀 浆 和 硅 划 土 混合 ， 并 用 水 压 机 挤 出 提取 物 。 这 种 酵母 尘 起 初 用 于 动物 实验 ， 但 很 易 变 腐 ， 在 此 关键 之 处 我 要 引 一 BIS Siz: - “普通 抗菌 剂 不 适用 ， 于 是 用 糖 作为 防腐 剂 。 正 是 酵母 汁 对 加 入 芒 糖 后 的 显著 作用 引起 了 爱德华 . 布 赫 纳 的 注意 ， 发 现 没 有 酵母 细胞 时 ， 发 酵 仍 继续 进行 。? 接着 哈 登 又 说 ， “和 很 多 发 现 一 样 ， 这 个 新 现象 的 发 现 ， 明显 地 是 偶然 的 ， 是 旨 在 研究 别 的 研究 时 的 结果 。 和 痒 运 的 是 这 件 事 落 到 一 位 具有 和 天才 的 观察 家 的 眼前 ， 他 的 天 才 使 他 意识 到 其 重要 性 并 给 予 正 确 的 解释 。?” 现在 我 们 暂时 放下 哈 登 的 引言 来 说 说 他 的 伟大 发 现 ， 即 磷酸 盐 参 与 葡萄 糖 转化 至 乙醇 和 CO:， 的 化 学 反应 。 适 才 引 用 哈 登 的 话 ， 说 明了 布 赫 纳 的 发 现 是 由 于 偶然 观察 ,了 哈 登 自己 的 发 现 也 一 样 ;. 他 观察 到 在 酵母 提取 物 中 加 入 血清 引起 加 人 的 葡萄 糖 的 加 快 发 酵 。 这 一 效应 在 除去 血清 蛋白 后 仍然 发 ”上 生 ， 于 是 最 后 追溯 到 血清 中 存在 的 无 生命 的 磷酸 盐 。 这 一 发 现在 开始 时 可 能 引起 失望 ， 但 是 后 来 发 现 只 要 有 磷酸 盐 存 在 ， 葡 萄 糖 发 酵 就 能 迅速 地 进行 ， 这 就 是 对 你 丰厚 的 报 偿 了 ， 在 此 迅速 发 酵 期 间 ， 无 机 磷酸 盐 消失 而 有 机 键 联结 的 磷 e 13 。 避 盐 堆 集 起 来 。 哈 登 和 扬 将 此 化 合 物 鉴 定 为 二 磷酸 已 糖 ( 哈 2-H) 。 在 酵母 提取 物 的 快速 发 醇 期 ”磷酸 盐 的 固定 正 相当 于 发 酵 产 生 的 醇和 CO ,， 2 C,H,,0, + 2 HOPO;-> 2 CO, + 2 C,H,OH +C,H,,0,- COPO} , 在 迅速 发 酵 后 ， 接 着 十 分 缓慢 地 产生 CO 和 醇 ， 这 是 由 于 二 磷酸 已 糖 缓慢 地 释放 出 无 机 磷酸 盐 (Pi 。 若 再 加 入 了 则 立即 引起 发 酵 的 新 爆发 ， 其 程度 受 P 加 入 量 的 限制 ， 罗 宾 ， 逊 发 现 除 二 磷酸 已 糖 外 ， 还 形成 较 少 量 的 一 磷酸 已 糖 * 他 把 它 鉴定 为 67- 磷酸 葡萄 糖 (G-6-P) GRDE . 而 哈 登 =- 扬 酯 被 鉴定 为 1 , 6 -二 磷酸 果糖 RDP。 纽 贝 格 则 用 弱酸 水 解 从 FDP 中 分 离 得 一 新 的 单 磷酸 已 糖 ， 即 6/- 磷 酸 果糖 〈 纽 贝 格 酯 ) 。 早 年 ， 我 们 常 在 新 的 化 合 物 士 冠 以 发 明 者 的 名 字 。 Af 1927 年 我 到 迈 尔 霍 夫 实验 室 时 ， 这 方面 的 研究 大致 就 是 这 个 水 平 。 当 时 主要 的 骂 难 是 为 什么 没有 Pi 时 ， 有 EDP 的 RE, 虽然 酒精 发 酵 和 驰 酸 发 酵 的 最 终 产 物 和 迈 尔 霍 夫 实验 室内 肌肉 抽 提 物 的 实验 相 类 似 ， 表 明 有 一 个 三 碳 前 驱 物 的 存 在 ,. 但 是 哈 登 - 扬 早 期 就 有 了 的 酯 要 分 裂 为 两 个 化 合 物 的 报 念 ， 几 乎 用 了 30 年 才 完 全 成 熟 起 来 。 我 这 一 和 叙述 并 不 要 求 面 面 俱 到 ， 也 不 按 年 崩 先 后 。 我 的 令 述 很 明显 是 主观 性 的 ， 因 为 它 将 早期 和 晚期 的 个 人 看 法 到 合 起 来 了 。 钢 在 回 过 头 来 谈 我 和 洛 曼 的 研究 ， 哈 登 对 磷酸 盐 必然 参与 葡萄 糖 发 酵 的 研究 促使 我 们 去 解 开 这 个 谜 。 洛 受 已 经 意识 到 在 氟 抑 制 的 兔 肌肉 抽 提 物 内 -EDP we 化 。FDP 内 的 磷酸 酯 在 正常 情况 下 较 易 水 解 ， 成 为 对 酸 稳 定 的 物质 。 这 一 对 酸 稳定 的 化 合 物 称 为 “ 酯 I” 。 我 们 共同 * 14 « 的 研究 工 和 表明 氟 不 是 必需 的 ， 而 在 oe DL Th Bh EDBP 酵 解 至 乳酸 很 少 ， 没 有 氟 也 可 以 同样 发 生 从 容易 水 解 的 磷酸 本 转化 至 难以 水 解 的 碍 酸 酯 〈 表 1 ) 。 这 一 产物 称 为 “He” , 基本 上 和 “ 酯 工 ”相同 。 Hi HAA M~20MEE, FDP . 至 酸 稳定 磷酸 酯 的 转化 。 HELA BAHAR sSAHARKEH ”被 转化 的 磷酸 酯 (分钟 7 (毫克 Pi ) 磷酸 酯 〈 毫 克 Pi7) (毫克 Pa)》 (%) 0 0.48 es 20 0.50 0.39 Aas v* 25 60 0,50 0.25 0,27 53 120 0.49 0.19 0,33 68 a. 取出 样品 并 用 5 和 多 TCA 除 去 蛋白 ， 上 清 液 加 HHC1 至 1 当量 ， 在 封闭 管 内 泡 在 沸水 中 水 解 3 小时。 孵 温 后 , 按 EDP 在 8 小 时 完全 水 解 ， 而 形成 的 化 合 物 具有 10 狗 计算 从 水 解释 放 的 磷酸 (第 三 行 ) 生成 酸 稳定 产物 的 转化 率 《 第 四 行 ) 。 第 二 行 数 据 玫 示 从 灰 化 样品 中 得 到 的 总 结合 磅 酸 无 改变 ， 即 未 发 生 EDP 的 发 酵 。 〈《 引 自 Lipmann and Lohmann, Biochem. Z., 222, 389, 1930.) © 我 详细 令 述 这 些 结果 是 为 了 使 大 家 在 讨论 我 们 错误 的 解 释 时 知道 当时 的 背景 ， 那 时 我 们 认为 这 是 EDP 转化 为 难以 水 解 的 三 磷酸 己 糖 。 洛 受用 磷酸 酯 水 解 速率 作为 辨别 新 化 合 物 的 有 力 工 具 。 但 是 在 这 件 事 例 中 我 们 被 过 于 简单 的 解释 引 大 了 下 途 。 下 面 一 段 播 曲 表明 我 们 当时 对 正确 的 解释 是 何等 HUES FA | “ 当 我 们 完成 这 些 研究 N, BK + Je A CRagnar Nilsson) 到 我 们 实验 室 来 访问 ,他 刚刚 完成 了 一 项 卓越 的 工 作 ， 虽 然 他 当时 并 不 意识 到 这 一 点 。 他 用 干 酵母 的 悬 液 在 所 ° 15 « 离子 存在 下 和 FDP 及 乙醚 钥 温 ， 分 离 得 到 大 量 饥 盐 ; BE 为 3 -磷酸 甘油 酸 (上 EGA) MH. ERAMRIGS HW th 令 人 困 码 的 结 采 讨论 了 很 人 ， 但 是 我 们 当时 完全 看 不 到 他 把 EDPE 加 进 乙 醛 中 转化 为 PsA 和 乙醇 的 结果 同 我 们 的 EDB 转 化 为 难以 水 解 的 酯 的 结果 之 间 的 紧密 联系 。 我 们 看 到 了 树木 而 看 不 见 森 林 。 埃 姆 布 登 及 其 同事 用 类 似 我 们 所 用 的 条 件 重 新 研究 ED 的 转化 ， 他 们 含糊 地 称 之 为 乳酸 、 氟 化物、 或 章 酸 盐 对 脱 磷酸 反应 的 “离子 抑制 2 . 他 们 将 肌 色 浆 和 与 FOP, APARHABHA ROE, SEAR RHE THAR ER. A TARUGX — LE SEID BEAR ARDS PGA BY Jamo PGA 对 酸 水 解 是 稳定 的 。 他 们 建议 把 在 同样 条 件 下 得 到 的 洛 受 的 酸 稳定 酯 ， 作 为 两 种 磷酸 化 3- 碳 衍生 物 的 混 合 物 。 这 些 衍 生物 是 磷酸 丙 糖 歧化 反应 的 产 Bw, BIR eA FDP WZ" Ds 二 磷酸 果糖 <--> OTR RAB | GD DPN 磷酸 甘油 醛 +Pi+ HR A> 磷酸 甘油 酰 磷酸 + 磷酸 甘油 (2) 磷酸 甘油 酰 一 PP+ADPR->~ 磷 酸 甘油 酸 +ATE 《3 ) 磷酸 甘油 酸 和 磷酸 甘油 对 酸 水 解 都 是 相当 稳定 的 。 虽然 在 这 些 埃 姆 布 登 实 验 中 ， 没 有 发 现 甘油 磷酸 ， 而 县 他 们 的 实验 也 相当 粗略 ， 但 他 们 具有 足够 的 勇气 和 蛙 越 的 远 见 将 实验 结果 综合 起 来 ， 提 出 了 FEDP APA SRR | 的 第 一 个 有 条 理 的 图 解 4 他 们 正确 地 看 到 产生 了 一 个 酮 式 磷 酸 丙 糖 和 一 个 醛 式 磷酸 丙 糖 。 (2) 和 (83) ah, ARE 和 内 格 菜 因 发 现 的 氧化 还 原 和 磷酸 化 之 间 的 偶 联 没有 包括 在 内 。 埃 姆 布 登 图 解 仍然 将 发 酵 和 糖 酵 解 作为 无 例外 的 氧化 还 . es 16 ® “ 厌 事 件 看 待 ; (三 ) 碳酸 键 能 代谢 功能 的 发 现 在 发 酵 和 糖 酵 解 中 ，ADP-ATP 侦 联 体 作为 接受 和 提供 ~ 了 的 辅助 因子 长 期 地 被 忽略 了 。 首 先 ， 磷 酸 甘油 醛 的 氧 化 是 与 Pi 转化 为 磷酸 -3"- 甘 油 酰 一 P 中 高 能 羧基 础 酸 偶 联 的 。 磷酸 甘油 酸 ~ 了 将 它 的 一 P 通 过 ADP 进 入 ATP 库 。 再 者 ， 必 须 认 识 到 磷酸 甘油 酸 由 于 转化 为 磷酸 烯 醇 式 丙 酮 酸 而 具有 江 在 的 高 能 磷酸 键 。 高 能 烯 醇 ~P 传 递 至 ADP 并 进入 ATP 库 ， “因此 氨 从 磷酸 丙 糖 +DPNH+P, 传 递 至 丙酮 酸 或 Z 醛 , 可 产 生 两 个 高 能 磷酸 醒 。 这 样 发 酵 产 生 的 一 P 能 量 就 并 人 了 ATP 库 。 这 些 都 是 在 我 迁 到 哥本哈根 后 ， 三 十 年 代 发 生 的 事 。 但 是 在 三 十 年 代 中 期 ， 我 对 巴 斯 德 效应 发 生 了 兴趣 ;我 随便 地 开始 了 用 磷酸 化 供 体 来 诱导 发 酵 的 研究 。 我 用 一 个 光滑 的 铀 电极 测量 了 以 亚 甲 蓝 为 媒介 物 的 酵母 制剂 中 氧化 还 原 电 位 的 降低 ， 发 现 它 与 发 酵 的 开始 及 发 展 速度 相对 应 。 这 一 实验 证 实 了 电子 传递 与 磷酸 反应 间 的 交换 ， 帮 助 我 认识 到 代谢 能 量 转换 的 美妙 ， 也 相对 地 简单 。 由 于 这 些 情 况 是 亲身 经 历 的 ， 使 我 在 记忆 中 远 比 出 现在 总 结 中 的 要 生动 得 多 。 在 这 里 我 回顾 二 下 生物 能 量 学 早期 缓慢 的 ， 有 时 是 曲折 的 演化 过 程 。 | 我 把 葡萄 糖 发 酵 的 流程 图 试 绘 成 图 1 的 样子 ， 引 自 《 代 谢 过 程 模式 为 一 文 ， 此 文 后 来 以 全 文 重印 ， 是 以 生物 方法 转 化 能 量 的 最 好 的 例子 。 从 磷酸 - 3 -甘油 醛 +P,， 将 Pi 转化 为 一 P 并 进入 电子 传递 产生 磷酸 - 3 -磷酸 甘油 酰 ~-P 在 ~ 了 传递 至 ADP 后 ,接着 是 剩 下 的 由 磷酸 - 3 -至 2 -甘油 酸 ee 17 。 及 其 脱水 至 磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 的 平衡 。 这 一 值得 注意 的 序列 使 葡萄 糖 酵 解 转化 中 的 大 部 分 能 量 生成 大 约 四 个 一 人 单位 ， 相当 于 4 x 10 千 卡 的 脱水 能 量 。 ew 3 , 上、 12 千 卡 (~ph) -29 + = Fy OS Al 乳酸 发 酵 的 流程 图 〈 引 自 《 代 谢 过 程 模式 》 一 文 ， 在 本 书 第 二 部 分 全 文 转 载 ) 在 无 细胞 糖 酵 解 部 分 反应 的 工作 中 ， 我 学 会 子 抓 往 黄 生 物 学 上 的 意义 ， 这 就 是 我 日 后 所 说 的 磷酸 键 的 产生 。 我 有 了 糖 酵 解 可 以 起 能 量 转换 器 作用 的 思想 准备 。 现在 再 回 到 我 在 迈 尔 霍 夫 实 验 室 的 经 历 。 AM BS 作 完 成 后 ， 隆 德 斯 加 特 CLundsgaard) xh AUCHIN fe 生 x- 乳 酸 的 发 现 使 得 迈 尔 霍 夫 实验 室 为 之 震动 。 直 到 那 时 ， 火 们 才 确 信和 乳酸 的 产生 和 收缩 机 制 之 间 有 因果 关系 。 这 种 看 法 似乎 由 于 乳酸 形成 和 肌 张 力 产 生 有 恒定 的 比 彻 而 可 靠 地 被 证 实 了 。 这 里 ， 产 生 的 热 和 所 做 的 机 械 功 关系 又 相互 对 应 。 然 而 ， 隆 德 斯 加 特 发 现 了 碘 乙 酸 中 毒 的 肌肉 虽然 糖 酵 解 已 完 谷 被 阻 断 ， 不 能 形成 乳酸 ， 但 仍 可 收缩 。 于 是 他 寻找 能 量 的 来 源 ， 发 现 一 种 与 Cr~ 了 的 降解 相 类 似 的 情况 。 如 上 所 述 ， 军 先 在 迈 尔 霍 夫 实 验 室 已 发 现 Cr~P 中 的 P~ 键 的 水 解 可 产 生 非 常 天 量 的 热 。 然 而 它 的 降解 ， 起 初 看 来 与 肌肉 收缩 无 关 ， 但 是 ， 当 糖 酝 解 被 阻 断 时 ，Cr~ 了 的 降解 似乎 可 代替 作 能 量 供 体 ， 并 且 在 它 耗 竭 后 ， 肌 肉 发 生 己 僵 状 的 挛 弦 。 当 然 ， 所 有 这 些 都 不 会 形成 任何 马 酸 。 隆 德 斯 加 特 正确 地 断 9 18。 定 :Cr 一 的 降解 与 收缩 机 理 的 关系 与 酸 REM DMA BD 的 产生 更 为 密切 。 | 这 个 消息 在 迈 尔 霍 夫 实验 室 里 引起 的 骚动 ， 今 天 看 是 难 以 理解 的 。 原 来 的 乳酸 的 概念 已 深 人 人 人心， 但 是 由 于 Cr~ 代 分 解 的 功能 , X-MAS SBT, Pro SRM AVR 全 神秘 的 菊 纳 尔 * 隆 德 斯 加 特 要 到 迈 尔 霍 夫 实验 室 来 评价 Ga 了 降解 和 肌 张 力 之 间 的 相互 关系 时 ， 自 然 都 十 分 激动 。 1930 年 侨 验 室 从 柏林 迁 至 海德 OR HR (Heidelberg) AZ, 隆 德 斯 加 特 就 来 到 了 。 他 高 高 的 个 子 ， 头 发 金黄 色 ， 是 个 典 型 的 斯 堪 的 纳 维 亚 人 。 在 海德 尔 堡 期 间 ， 我 们 在 实验 室内 外 都 常常 见面 。1932 年 迁 到 哥本哈根 时 ， 我 们 之 间 已 建立 起 友 ， ie 认识 到 糖 酵 解 是 产生 输入 到 ATBPE 的 一 P 库 的 高 能 磷酸 键 的 机 理 以 后 ， 糖 酵 解 被 阻 断 时 出 现 Cr~ 了 的 降解 就 有 了 解 释 。 原来 它 的 一 了 是 收缩 能 量 的 源泉 。 虽 然 当 时 没有 立即 认 误 到 肌肉 的 Cr 一 了 是 一 工 的 贮存 库 ， 在 紧急 情况 下 ， 可 以 补 充 到 ATP 库 中 去 ， 但 这 一 点 很 快 就 弄 清 楚 了 。 洛 曼 不 久 发 现 了 酶 促 Cr~P“ 裂 解 "取决 于 预先 把 ~…P 传 递 至 ADP 中 ， 接 着 便 发 生 ATP 的 水 解 。 及 DP 作 为 接受 ~P 的 辅助 因子 ， 将 一 了 转化 为 ATP， 在 活 肌肉 内 ，ATP 便 用 于 收缩 。 在 此 ， 首次 出 现 了 一 种 利用 磷酸 键 能 的 机 理 。 在 返 尔 霍 夫 实验 室 最 后 一 年 ， 我 的 兴趣 和 工作 仪 限于 Cr~P 和 收缩 现象 之 间 的 联系 ， 这 种 联系 我 能 在 整体 肌肉 内 检测 到 。. 远 尔 霍 夫 建议 我 研究 CO, 对 收缩 和 代谢 的 影响 。 当 时 已 有 关于 存在 着 糖 酵 解 的 抑制 的 报告 ， 由 于 pH 相当 IR 不 理想 , RHA. ATRIA, RARE TIM 的 形成 ， 即 从 NaHCO。 波 内 测量 CO; 的 释放 。 我 遇 到 的 最 大 困难 是 将 铂 电 极 焊 接 到 反应 瓶 内 。 但 是 从 意外 的 结果 中 得 e 19 。 到 了 报 偿 。 这 些 实验 直接 证 明了 肌 收 缩 时 Cr 一 P 在 体内 的 降 解 。 按 照 CO, 的 不 同 浓度 我 观察 到 一 个 奇怪 的 双 相 反应 顺 序 。 在 高 CO ,浓度 ， 即 低 pH 时 ， 出 现 陡 的 明显 的 CO, 吸 收 ， 接 着 是 最 后 释放 CO;。CO;, 吸 收 与 早期 Cr 一 P 降 解 的 程度 相 平行 ， 当 Cr 一 了 浓度 降低 ， 乳 酸 形 成 后 ， 便 是 CO， 的 释放 。 酸 化 的 后 期 可 能 被 夏 乙 酸 所 阻 断 。 问 题 的 关键 是 在 低 pPH Cr~P 降 解 引 起 碱 化 ， 碱 化 就 掩盖 和 补偿 了 被 抑制 的 糖 酵 解 。 比 较 各 种 pH 条 件 下 化 学 测定 和 检 压 计 测 定 的 结果 可 以 显示 出 在 预期 的 碱 化 和 Cr~P 的 真正 降解 之 间 的 确切 关 系 。 这 是 一 个 证 明 在 完整 肌 符 内 Cr~P 分 解 的 很 受 欢 迎 的 方 法 。 这 项 工作 是 我 在 离开 迈 尔 乱 夫 之 前 不 欠 做 的 ! 这 工作 引 ， 起 了 一 定 的 注意 。 ”在 迈 尔 堆 夫 实验 室 的 一 段 时 期 ， 是 我 在 生物 化 学 上 的 少 年 对 期 和 成 长 时 期 。 从 弗 洛 伊 德 精神 分 析 法 的 角度 来 说 ， 所 有 我 以 后 做 的 事 ， 在 这 里 已 经 下 意识 地 画 出 轮 廊 了。 这些 东 西 在 雹 吧 年 和 1940 车 问 开始 成 娄 ， 而 以 局 这 更 姑 计 瑟瑟 全 到 了 。 参考 xX 献 C1) Versuche zum Mechanismus der Fluoridwirkung. Biochem. Z. 196, 3 (1928) . . C2) Weitere Versuche iiber den Mcchanismus der Fluoridhemmung und die Dissoziationskurve des Fluor-Methamoglobins. Biochem» Z.206, 171 (1929) . C8) wtber die Umwandlung der Harden-Youngschen Hexosediphosph - orsd4ure und die Bildung von Kohlenhydratphosphorsgureestern in Froschmuskelextract. With K, Lohmann, Biochem. Z. 222, - 389. (1930) 。 Arthur Harden, Alcoholic Fermentation. (Londons Longmans Green. 4th. ed., 1932.) C5) ther Die Intermedifren Vorgainge Bei der Glykolyse in der Mus- kulatur,. G, Emden, H. J. Deuticke, and G, Kraft, Kliniscke Nanf C4 mi 20 。 Wochenschrift 12, 213 (1933) 。 C63) ther den TAtigkeitsstoffwechsel des fluoridvergifteten Muskels, Biochem, Z. 227, 110 (1930) . (7) ber die Reaktionsainderung des tatigen Muskels. With O. Mey- erhof, Biochem. Z. 227, 84 (1930) . ° 21° 我 的 目 述 im (—) RR 1927ERAGEDRERLMS LEM, BP 生 ， 我 很 高 兴 他 能 让 我 在 那里 工作 。 只 是 到 了 最 后 一 年 和 他 在 一 起 的 时 候 ， 才 付 给 我 工资 。 工 资 不 算 高 但 已 各 用 了 ， 是 德国 Notgemeinschaft 基 金 会 资助 的 。 但 这 二 资助 第 二 年 就 没有 了 ,因此 ,我 第 一 次 面临 寻找 职业 的 问题 。 我 想 回 到 柏 林 ， 住 到 过 去 和 我 经 常 来 往 的 弗 雷 达 。 堆 尔 (Ereda Hall) 附近 。 在 此 以 前 我 们 一 直 经 常会 面 ， 使 我 回 到 柏 林 去 的 拉 力 很 大 。 找 职 业 是 一 件 未 碰 到 过 的 麻烦 事 。 我 没有 多 大 的 声望 ， 我 当时 没有 ， 现 在 也 还 缺少 给 人 以 好 印象 的 天 分 。 此 外 ， 我 发 现 1930 年 ， 德 国 的 犹太 人 想 在 大 学 里 找 个 位 置 已 经 存在 很 大 障碍 ， 即 便 是 开明 的 教授 也 不 愿意 要 我 们 当 他 们 的 教员 ， 因为 会 给 他 们 招来 麻烦 。 回 想起 来 ， 当 时 我 倒 幸 亏 没有 找到 这 种 工作 。 但 机 会 终于 来 了 ， 我 听 说 我 一 位 柯 尼斯 堡 的 老 同 、 学 汉 斯 。 拉 舍 (Hans Laser) 要 离开 柏林 - 达 勒 姆 城中 的 My + 非 含 尔 组 织 培养 实验 室 到 迈 尔 霍 夫 那里 去 ， 而 菲 舍 尔 则 希望 找 个 熟悉 组 织 代谢 的 人 和 他 合作 。 多 年 来 ， 他 在 洛克 菲 勒 大 学 和 亚 历 克 西 斯 。 卡 雷 尔 CAlexis Carrel) 一 起 工 作 ， 成 为 有 数 的 组 织 培养 专家 之 一 。 他 是 丹 考 人 ， 当 时 在 柏 林 - 达 勒 姆 工作 ,与 迈 尔 霍 夫 过 去 所 在 的 生物 学 实验 室 有 着 不 经 常 的 联系 。 瓦 尔 堡 那 时 已 对 当时 还 很 新 的 体外 组 织 培养 技 e 22 « 一 了 了 菲 舍 尔 一 套 很 好 的 实验 室 。 他 对 组 织 代谢 感 兴趣 是 希望 用 它 来 测量 组 织 的 生长 ， 用 以 代替 常用 的 测量 组 织 面积 增 大 的 方法 。 关 于 组 织 内 移植 ， 我 们 用 得 最 多 的 是 胚 “ 胎 心 脏 或 软骨 ， 常 长 成 含有 成 纤维 细胞 的 单 细胞 薄 层 。: 只 有 以 面积 测量 法 测 出 的 极 小 部 份 的 增 大 * 是 真正 的 生长 ,这 主 要 地 是 细胞 的 外 向 移 栖 ， 它 确实 反映 细胞 生长 ，: 但 从 数字 目 说 有 极 大 的 放大 。: 在 那 时 , ;得 到 真正 的 生长 数字 的 唯一 途径 】 是 用 组 织 法 测量 有 丝 分 裂 速度 ， 但 这 是 十 分 烦琐 的 。. 假 车 可 以 测量 一 个 生长 着 的 培养 物 的 代谢 ， 例 如 说 用 检 压 计 去 测 量 ， 并 作为 常规 方法 ， 那 就 很 方便 了 ， 假 设 每 个 细胞 在 生长 时 有 ~-- 适 当 恒 定 的 代谢 。 (=) 随同 阿尔 贝 特 . 菲 含 尔 从 事 组 织 培养 于 是 这 就 成 了 我 第 二 个 正式 工作 ， 在 非 舍 尔 实验 室 里 作 助手 。 这 是 第 一 次 要 我 去 解决 一 个 专题 。 实 质 上 这 是 个 应 用 题 ， 用 代谢 功能 来 测量 组 织 繁 区 。 但 是 这 个 问题 使 我 接触 到 胚胎 组 织 代谢 的 特殊 性 ， 因 而 也 就 接触 到 了 有 关 生 长 的 一 般 问题 ， 包 括 正 常 的 和 异常 的 生长 在 内 。 瓦 尔 堡 发 现在 肿瘤 中 WARE, 这 是 个 新 间 题 ， 并 发 人 深思 。 这 具 是 我 研究 操 题 的 外 围 ， 我 必须 设计 一 个 简单 方法 去 追踪 培养 物 生 长 时 的 代谢 。 我 过 去 曾经 用 过 检 压 计 电 刺激 肌肉 ， 并 决定 在 此 也 用 相同 的 方法 。 今 天 在 培养 基 内 用 抗生素 ， 减 少 了 细菌 污 染 ， 使 得 组 织 培养 容易 了 ， 但 是 在 那 时 ， 这 个 简便 的 检讨 计 方法 却 几乎 是 个 不 可 逾越 的 障碍 。 我 在 检 压 计 瓶 内 培养 出 了 成 纤维 细胞 ， 并 因 发 生 了 相当 大 量 的 有 氧 酵 解 即 有 乳酸 形成 ， 所 以 选择 了 在 碳酸 氢 钠 缓冲 液 内 测量 CO 释放 的 方法 。 这 证 明了 乳酸 的 增加 与 生长 成 比 例 。 因 此 生长 的 代谢 测量 是 可 行 的 ， 但 是 作为 常规 方法 不 合 适 ， 因 为 太 烦琐 了 。 然 而 组 织 培养 是 个 干 分 吸引 人 区 天 地 ， 尤其 是 关于 生长 着 的 组 织 内 有 这 样 高 的 糖 醉 解 能 力 应 如 何 解 有 释 的 问题 。 我 曾经 对 胚胎 组 织 的 生存 能 力 及 在 无 氧 条 件 下 的 生长 感 到 兴趣 ， 这 种 特点 在 成 年 哺乳 动物 组 织 中 一 般 是 不 具备 的 。 ” 温 德 (Wind) 在 瓦尔 堡 实 验 室 已 做 过 一 些 实验 ， 而 我 则 在 最 严格 的 条 件 下 重复 这 些 实验 ， 用 检 压 瓶 在 一 个 分 开 的 小 室 内 以 黄 磷 把 微量 的 氧气 吸 净 。 我 确信 这 些 成 纤维 细胞 虽然 生 长 缓慢 ， 但 在 无 氧 条 件 下 仍 表 现 出 明显 的 有 丝 分 裂 活力 。 这 里 我 不 打算 讨论 恶性 肿瘤 内 糖 酵 解 的 作用 ， 但 高 度 恶性 发 展 与 无 氧 倾向 代谢 的 活力 平行 发 生 的 事实 ， 无 疑 应 引起 密切 注 意 。 参考 xX 献 C1) Prol.ferationsgr6sse von Gewebezellen in vitro and Stoffumsatz。 With Albert Fischer, Biochem. Z. 244, 187 (1932) 。 C2) Versuche zur Methodik der Messung des Zuwachses in vitro wa- chsender Gewebe durch Messung des Umsatzanstiegs. Biochem. Z. 244, 177 (1932) . C8) Stoffwechselversuche an Gewebekulturen, insbesondere tiber die Rolle der Glykolyse im Stoffwechsel embryonaler Zellen. Bioch- em. Z, 261, 157 (1933) . ~ — . DO, dee ceIER ET 从 磷 蛋 白 中 分 离 磷酸 丝氨酸 我 同 非 舍 尔 一 起 工作 了 短 短 的 一 年 ， 他 便 所 到 哥本哈根 了 ”那里 为 他 修建 了 一 座 新 实验 室 。 等 到 研究 所 筹备 就 绪 ， 他 就 邀请 我 到 那里 工作 。 与 此 同时 ， 我 得 到 洛克 菲 勒 基金 会 奖学金 ， 首 次 访问 了 美国 。 这 期 间 ， 我 在 纽约 洛克 非 勒 医学 研究 所 -即今 洛克 菲 勒 大 学 ) HAP. A. 3e3C CP. A, Leve- ne) Svs, 在 我 离开 之 前 ， 我 和 弗 雷 达 . 堆 尔 结婚 了 。 我 来 之 前 问 过 莱 文 我 能 否 做 矶 蛋白 中 的 磷酸 键 工 作 。 菜 文 和 阿尔 斯 贝尔 格 (Alsberg) 发 表 过 的 文章 提 到 从 蛋黄 中 分 离 出 一 种 卵黄 磷酸 CVitellic acid) ， 现 命名 为 卵黄 高 BAA CPhosvitin), 其 中 含 10 一 12% 磷 酸 盐 。 我 对 磷 蛋 自 的 兴趣 有 两 个 方面 : 第 一 是 磷 蛋 白 在 蛋黄 和 乳 类 食物 中 含 。 量 丰富 ， 这 是 我 曾 研究 过 的 生长 组 织 所 需 的 营养 物 ! 第 二 是 我 想 磷酸 可 能 同 磷酸 肌 酸 那样 ， 是 以 高 能 N 一 P 键 的 形式 与 蛋白 结合 的 。 符 亏 我 还 不 熟悉 波斯 特 纳 死 (Posternak) 的 工作 ， 他 在 那 时 已 经 提供 了 相当 多 的 证 据 ， 证 明 在 磷 蛋 白 内 磷酸 是 连结 到 丝氨酸 中 的 。 一 1931 年 到 达 沫 文 实验 室 后 ， 我 第 一 次 做 自选 的 题目 。 不 秋 我 发 现 磷酸 蛋白 的 特征 并 不 在 于 有 一 个 对 酸 不 稳定 而 对 碱 稳定 的 N~ 了 键 。 莱 文 和 阿尔 斯 贝尔 格 从 蛋黄 中 得 到 的 卵黄 磷酸 以 及 其 他 磷 蛋 白 却 表明 有 相反 的 稳定 性 质 ， 即 在 碱 中 相 当 不 稳定 而 在 酸 中 稳定 。 我 利用 磷酸 键 对 酸 水 解 的 相对 稳定 ° 25 » 竹 着 手 分 离 磷酸 化 氨基 酸 。 磷 酸化 氨基 酸 在 100%C 用 2 当量 HCI1 经 20 小 时 水 解 后 ， 约 有 25% 保 持 不 变 ， 并 可 以 分 离 出 相 当 纯 的 产品 。 原 来 这 是 丝 氛 酸 的 磷酸 酯 。 有 趣 的 是 它 被 分 离 后 对 碱 相 当 稳 定 。 后 来 我 常常 回 到 磷 蛋 白 的 研究 上 来 ， 其 中 的 原因 我 在 1966 年 和 Y. 马 诺 (Y. Mano) 合 写 的 论文 引言 中 说 明了 : “三 十 年 代 初 期 ， 作 者 之 一 弗 * 李 普 受 对 磷 蛋 白 内 磷 酸 键 的 性 质 很 感 兴趣 。 在 那 时 ， 这 类 化 合 物 中 只 有 少数 几 个 为 人 所 知 ， 这 就 是 那些 在 蛋黄 和 乳 类 中 发 现 的 ， 旱 期 由 其 磷酸 酯 对 碱 的 不 稳定 性 鉴定 出 来 的 磷酸 键 。 但 是 认识 到 丝氨酸 的 产 基 作 为 磷酸 酯 的 主要 载体 后 ， 人 们 的 注意 力 就 特别 集中 到 和 蛋 白质 中 以 酸性 基 团 起 酯 化 作用 的 丝氨酸 凑 基 土 了 。 现 在 已 证 明 丝 氮 酸 羟基 在 很 多 水 解 酶 和 转移 酶 包括 磷酸 酯 酶 中 是 酰基 接受 体 ， 并 且 被 酶 学 家 公认 为 是 酶 功能 以 及 酶 调节 的 活性 中 心 之 一 。 这 就 使 得 蛋白 结构 内 丝氨酸 羟基 耐 大 导 味 的 地 方 更 Se yr | ” “此 外 ,已 发 现 磷 蛋 白 是 组 织 中 普遍 存在 的 成 分 。 这 是 在 发 现 了 所 有 对 碱 不 稳定 的 蛋白 磷酸 都 有 很 快 的 周转 率 以 后 认识 到 的 。 而 这 又 导致 在 动物 组 织 内 检定 出 一 种 蛋白 激酶 ， 这 种 激酶 传递 三 磷酸 腺 苷 的 磷酸 基 到 组 织 蛋 白 上 ， 革 成 对 碱 不 稳 定 的 磷酸 酷 。? 人 们 一 直 不 知道 在 各 种 组 织 内 普遍 存在 着 磷 蛋 白 ,， 驳 其 不 知道 脑 内 存在 对 刺激 起 反应 的 磷 蛋 白 ， 这 些 磷 蛋 白 的 功能 直到 最 近 才 弄 清 楚 。 但 是 现在 看 来 环 AMP， 萨 瑟 兰 《Sut- herland) 称 之 为 “激素 的 第 二 信使 ”， 是 通过 刺激 或 多 或 少 地 具有 接受 体 特性 的 蛋白 磷酸 激酶 以 传递 信息 的 ， 这 明显 地 预示 了 在 代谢 调节 中 可 逆 性 蛋白 磷酸 化 反应 的 多 样 的 和 广 沁 的 功能 。 四 十 年 前 ， 我 选 上 了 钻研 这 些 磷 蛋 白 中 磷酸 结合 e 26 。 的 间 题 ，: 现 在 发 现 是 无 意 中 控 到 了 一 个 金 矿 。 那 时 的 洛克 非 勒 研究 所 是 由 西蒙 。 弗 莱克 斯 纳 CSimno Flexner) 严格 把 持 着 的 。 在 莱 文 实验 室 里 我 和 格 斯 ;" 迈 3 屠 (Gus Meyer) 成 为 好 朋友 。 他 什么 都 替 莱 文 做 ， 从 开车 直到 洗 碗 碟 ， 真 是 个 打杂 的 。 殉 外， 在 那里 同事 之 间 没 有 闲 谈 的 习惯 ， 那 时 ， 我 的 工人 多少 有 点 和 实 监 室 的 一 般 倾 向 不 ， 符 。 沫 文 是 乐意 帮忙 的 , * 但 他 对 我 的 工作 真正 感 兴趣 是 在 我 用 水 解 技 术 从 他 的 卵黄 磷酸 中 分 离 得 到 相当 纯 的 磷酸 丝氨酸 Rema. : 沫 文 是 个 趣味 很 高 的 有 教养 的 人 ，: 但 在 实验 室 里 这 点 不 大 感觉 得 出 来 。 只 是 看 到 他 整 洛 的 头发 ， 使 人 感到 愉 身 。 ;他 当时 情绪 不 大好。 他 坚实 地 商定 了 核酸 化 学 的 基础 ， 但 并 没有 得 到 应 有 的 承认 ， 他 的 失望 是 可 以 理解 的 。 ABN 2 BS AMAA SUVA BT cc Ea. BRS KEIRA RIRMH, ih 2k FER CWoods Hole) 给 我 一 席 之 地 ， 使 得 我 们 可 以 在 那里 渡 过 有 夏天， 能 和 天 BA 斯 接近 使 我 难忘 ， 也 是 我 在 美国 过 得 最 有 意 轧 的 一 段 时 间 ， _ 那 时 可 从 纽约 坐 船 到 伍兹 霍 尔 ， 我 们 都 喜欢 这 种 活动 ， 我 是 , 弟 三 次 有 机 会 会 见 科 学 界 这 女 许 多 类 士 , Mis FB 天 来 此 ，.: 或 一 游 或 演讲 或 仅仅 露 露面 ， 我 遇见 的 优秀 人 ) 物 其 ;中 有 格 斯 曼 … 巴 ' 伦 (Guzman Baron) & #4 ® - BAM FH BA (John Runnstrom) ， 我 们 还 愉快 地 初 会 了 林 德 斯 , 特 朗 - 兰 (Linderstrdm-Lang) (hiE Al Bik C Morgan) 在 加 REM NT —E, AAR HST EE SEER 年 到 达 了 伍 效 堆 尔 ;和 带 来 了 很 多 大 峡谷 的 风景 画 凡 他 从 东 开 车 穿 过 火 瑞 谷 到 来 ， 对 峡谷 二 分 神往 。 AES SHAE A BH, MRE CAlired) HE ° KARE CReba Mirsky) 对 我 们 很 好 ， 帮 了 许多 忙 。 在 我 们 从 伍兹 霍 尔 的 归途 中 ， 在 康涅狄格 州 (Cormeeticut) © 27 。 中 部 ,他 们 请 我 们 在 他 们 和 祖 下 的 别墅 玩 了 几 天 。 eae MBAS ER LAT ARNT wR | 我 们 有 一 种 美国 十 分 广大 辽阔 的 感觉 。 C4) C5) C63 £%2 C8) C9) C103 C113 S$ 4 X 献 Serine phosphoric acid obtained on hydrolysis of vitellinic acid. With P, AsLevene, J. Biol. Chem.98, 109 (1932) . ber die Bindung der Phosphorsfure in Phosphorproteinen. Bioc - hem. Z. 262, 3, 9°€1933) . Reversible phosphate transfer between yolk phosphoprotein and adenosine triphosphate. With M. Rabinowitz, J. Biol. Chem. 235, 1043 (1960) . Characteristics of phosphoproteins (phosvitins) from a variety of — fish roes. With Y. Mano, J. Biol. Chem. 241, 3822 (1966) . The amino acid sequence of tetradecapeptide containing the reac- tive serine in E.coli alkaline phosphatase. With J. H. Schwar- tz and A. M.Crestfield, Proc. Nat. Acad. Sci. U. S. 49,722 (1963) 。 The phosphorylation of alkaline phosphatase. J. H. Schwartz, Proc. Nat. Acad. Sci.U.S. 49, 871 (1963) . Studies on the phosphoproteins of brain; the intracellular locali- zation in brain of a phosphoprotein involved in the metabolic ree sponse of cortical slices to electrical stimulation. P. J. Heald, Biochem. J. 73, 132 (1959) . Relation of cyclic 3’, 5’AMP to hormone action. E. H. Suther- land and R. W. Butcher. Abstracts, 7th International Congress of Biochemistry, Tokyo, 1967, p. 277. An adenosine 3’ ,5’ -monophosphate-dependent protein kinase from rabbit skeletal muscle. D. A. Walsh, D. P. Perkins, and E.G. Krebs, J. Biol. Chem, 243, 3763 (1968) . A phosphoprotein preparation from liver nuclei and its effects on the inhibition of RNA synthesis in histones. T. A. Langan, in Regulation of Nucleic Acid and Protein Biosynthesis, V. V. Koningsberger and L. Bosch, Eds. (New York; Elsevier 1967) p. 233. Phosphorylation of liver histone following the administration of glucagon and insulins T. A. Langan, Proc. Nat. Acad. Sci, U.S. 64, 1276 (1969) . | re bd a ak ; ff Jolt Ee as “i : ff 5& a 人 a TS “证 Sa 4 b esa t + et at ; : > uA 7 i ‘ a wr At Fd nthe ae oo oi Dee a a rah; ae eS LAR RSs ah FALE RLS: ey 7 ee en Divacreawe Hr Dae PRES ane gs iu Aig yet RaeeaMaya | HRA eee re ad sis = Bae | SCAR ns 388 3 # vie dene hives : meena pike cha fe Ot tee} Ut =H} a7 Tw oe Gigs =. “vid 24 UI ‘+ wry 71 ie 9 Pies — wet et OF as 人 NS oe DAT Oe es Bae ‘ 了 SEF Chi TAG bist as EE ASX a ee RO a ob Se ef A NE By acl w by Ah / “eo q mM ia é ; Penta? bi: NX Xi } Sena 有 5 Jee ‘ i 3 三 a ee ets wha tn phe Soe ees RSs Ge ae Gi Ade at ths ae . i . A AX “oy es L C Fe ee eee | ce Mi Ba bey v iyi? ~ < hs men 7 ; na - » wm mov *~ 4 i ee YA es eae Pear * . ee, Naan ee a De SRL Cee oe ee i rt ie te 诗人 PP ii “is ok unin Eye Me ERE PTH RYE Gk it ae Py > ors uve - bores y —_ as, . . tor 人 BI RCO SEM OO Ft evap tulbssey iy @ SME ee i r : ~ - 2 Ag “the = = & J PH BE ST PR EL . - ‘i. , 7 te > * es =a — mr . an ‘ = tT 4 eo. . 4 bk eS Pa) oe a7 i. e 29 。 2 — -~— a 7 « o . a A! 了 by ‘ 4 } Ts rLed * » "| Pa wih, ee a ae 3 - a PUT AT ‘ 7 oe 7) nes hi fe aS 3 全 说 次 二 ae el HE 7 Asha an —~ ‘ 有 天 * - t ; > 五 、 在 哥本哈根 〈1932 一 1939) 我 在 1932 年 秋天 结束 了 美国 之 行 ， 回 到 欧洲 非 含 尔 哥 本 哈 根 的 新 实验 室 。 这 个 实验 室 是 卡尔 斯 CB (Carlsberg) & 验 室 群 中 新 的 一 员 ， 都 是 由 卡尔 斯 堡 基 金 会 资助 的 ， 基 金 会 的 钱 是 著名 的 卡尔 斯 堡 啤酒 厂 资助 的 。 我 搬 进 一 个 团 新 的 漂 亮 的 实验 室 里 ， 多 少 可 以 自作 主张 了 。 在 啤酒 厂 附 近 那 所 旧 而 著名 的 卡尔 斯 堡 实验 室 里 ， 泽 伦 森 CShrensen) PH 化 学 部 门 的 头头 ， 而 林 德 斯 特 朗 - 兰 是 他 的 第 一 助手 。 很 幸 运 ， 我 事先 见 过 林 德 斯 特 朗 - 兰 ， 加 上 隆 德 斯 加 特 二 家 居 住 和 工作 的 地 点 就 在 我 实验 室 马 路 的 对 过 ， 这 在 很 大 程度 上 帮 助 我 们 对 这 个 新 的 国家 适应 下 来 。 (一 ) 巴 斯 德 效应 在 实验 室 里 我 先 不 声 不 响 地 继续 我 近 时 以 来 简单 的 磷 蛋 白 的 工作 。 我 用 同样 的 水 解法 ， 从 酷 蛋 白 中 分 离 出 磷酸 丝 氢 酸 。 栈 蛋白 是 当时 已 知 的 两 种 重要 磷 蛋 白 中 的 另 一 种 。 从 那 以 后 ， 我 的 组 织 培养 工作 进行 得 不 顺手 。 然 而 我 接触 到 成 纤 维 细胞 的 代谢 型 式 ， 看 到 它 有 非常 强大 的 无 氧 糖 酵 解 并 伴随 着 旺盛 的 呼吸 作用 ， 又 把 我 的 兴趣 引 向 巴 斯 德 效应 。 书 斯 德 发 现 了 一 种 兼 性 厌 氧 生物 〈 如 酵母 》， 在 空气 中 可 抑制 缺 氧 条 件 下 旺盛 的 酒精 发 酵 。 这 是 第 -一 个 引信 注 意 的 调控 反应 ， 具有 旺盛 的 缺 氧 糖 酵 解 的 组 织 如 成 纤维 细胞 、 肌 肉 或 脑 ， 在 氧 存 在 时 可 阻 过 这 一 能 力 。 它 以 呼吸 供应 能 量 来 代替 相对 花 e。 30 ° “ 费 较 尖 不 测算 的 粮 酵 解 能 量 供应 。 这 种 供应 每 克 分 也 参与 代 ” 谢 的 葡 莉 糖 可 以 多 产生 10 倍 以 上 的 有 用 能 量 。 凡 呼 吸 约束 糖 酵 解 当时 大 都 由 动力 学 实验 处 理 的 % 所 引起 的 呼吸 到 应 周期 使 糖 酵 解 逆转 。 我 当时 头脑 比较 简单 - 想 寻 找 氧 对 糖 酵 解 酶 的 直接 效应 ， 所 以 企图 以 加 进 相当 阳性 : ”效应 将 加 唆 酚 型 氧化 还 原 媒介 物 以 阻 遏 提取 物 中 的 酒精 发 醚 eR. 这 些 染 料 在 无 氧 时 很 快 被 还 原 然 | 后 失 去 ' 活 | 性 宁 但 在 有 氧 时 ， 它 们 保持 部 分 被 氧化 ， 并 可 逆 地 抑制 发 酵 ”和 糖 酵 解 ;可 能 是 把 重要 的 SH 基 氧化 了 ， 因 此 ， 此 染料 成 HMR. AAG, ce | PSUR, AER RRA STE 效率 高 的 有 氧 磷酸 化 反应 将 ATP-ADP 比 率 提高 ， 抑 制 :了 某 些 糖 酵 解 酶 的 活性 。 (=) 丙酮 酸 氧化 ”比较 糖 嫩 解 和 呼吸 的 情况 指出 了 关键 的 物质 是 丙酮 酸 和 丙酮 酸 在 糖 酵 解 中 被 还 原 为 蕊 酸 》 但 在 呼吸 时 则 被 氧化 为 乙 FRANCO... HG (Peter) 关于 鸽 脑 的 重要 研究 已 涉及 到 ' 梳 RA. 在 硫 胺 素 缺 乏 时 ， 丙 醋酸 积 素 ， 加 人 硫 胺 素 可 使 组 织 切片 恢复 正常 作为 开始 这 方面 工作 的 人 ，, Rieke GR FY Hoh fill FAT PTA, CRA, (RT Ree 来 的 实验 外 并 无 所 得 。 然 而 ， 熟 悉 了 锅子 对 以 后 的 工作 存 好 处 后 来 我 研究 馆 酸 盐 活 化 时 需要 叶 找 有 这 些 活性 酶 的 肝 ， AA SS BCE ABA aCe ee CRE Ct Re 受 体 | (如 磺胺 ) Ete. BASH, KABA WA 独 : 当然 这 些 都 是 后 来 的 事 了 。 那 时 我 很 司 恼 ， 因 为 呼吸 系统 和 发 醋 相 反 ， RAAB es $31» 液化 ， 当 时 还 不 知道 线粒体 的 性 质 ， 我 在 迈 尔 霍 夫 实 验 室 得 到 的 一 个 教训 是 :， 假如 哺乳 动物 系统 有 困难 ; 就 应 该 用 微 生 物 ， 这 使 我 想到 在 细菌 内 寻找 丙酮 酸 的 氧化 反应 。 RBA —P IRS He — eR ALA (Lactobacillus gel5r2e- chii acidificans) HAMM RAK, ANMRAILED, © 该 菌 是 我 从 德国 带 来 的 。 这 一 制剂 看 来 有 和 希望， 于 是 我 期 竺 从 中 得 到 一 个 可 溶性 酶 。 不 久 我 就 学 会 了 从 德 氏 弛 丁 菌 的 干 制剂 中 提取 丙酮 酸 氧化 系统 ， 并 第 一 次 用 之 于 进一步 证 明 丙 酮 酸 气 化 和 硫 胺 素 之 间 的 联系 。 与 此 同时 ) 洛 曼 又 证 实 了 硫 胺 素 的 代谢 活性 型 是 焦 磷 酸 硫 胺 素 ， 因 为 它 被 鉴定 为 丙酮 酸 脱羧 反应 的 辅酶 。 用 略 带 碱 性 的 磷酸 缓冲 液 抽 提 可 把 酵母 脱 交 酶 拆 解 为 辅酶 和 酶 蛋白 。 德 氏 芒 杆菌 的 丙酮 酸 氧 化 酶 也 可 用 同样 的 操作 使 之 失 活 ， 加 入 焦 磷酸 硫 胺 素 叉 可 使 氧化 复 活 。 所 以 ， 可 以 想见 焦 磷 酸 硫 胺 素 不 仅 是 丙酮 酸 脱 状 反 应 的 辅酶 而 且 也 是 丙酮 酸 氧 化 的 辅酶 。 瓦尔 堡 和 克 里 斯 琴 不 久 前 发 表 了 用 酸性 硫 eR 对 D-& 基 酸 氧化 酶 进行 的 可 逆 性 拆 解 。 他 们 鉴定 该 辅酶 为 黄 素 腺 叮 MBAR (FAD) 。 这 一 关于 核 苷 酸 结合 的 核 黄 素 为 酶 的 : 一 部 分 的 发 现 弄 清 了 另 一 个 B 族 维生素 的 辅酶 功能 。 当 把 瓦 尔 堡 - 克 里 斯 黄 的 酸性 硫酸 匀 抽 提 操 作法 应 用 到 德 氏 乳 杆 菌 的 丙酮 酸 氧化 酶 时 ， 酶 就 失 活 。 除 硫 胺 素 焦 磷 酸 外 太 KOR 余 物 需要 从 D- - 氮 基 酸 氧化 酶 分 离 出 来 的 那 种 FAAD 才 能 再 现 活性 。 这 一 经 验 使 我 熟悉 了 B 族 维生素 成 为 辅酶 结构 的 组 成 部 分 在 代谢 的 特定 期 中 的 作用 。 后 来 我 们 又 在 乙酰 基 传 递 牛 发 现 了 一 种 新 的 辅酶 活性 ， 这 促使 我 们 去 寻找 另 志 种 维生素 。 二 那 时 ， 由 于 偶然 发 现 了 无 机 磷酸 盐 在 乳酸 杆菌 酶 的 丙酮 酸 氧 化 中 的 功能 ， 于 是 便 提出 了 丙酮 酸 氧化 和 乙酸 活化 之 间 的 化 9 $2. ¢ | ，。 学 联系 ， 这 件 事 情 发 生 在 我 为 了 采用 瓦尔 堡 技术 用 检 压 计 追 踪 亚 甲 蓝 的 还 原 ， 而 必须 用 碳酸 氢 钠 缓冲 液 代 替 常 规 应 用 磷 酸 缓冲 液 的 实验 中 。 出 乎 我 意料 之 外 ， 虽 然 亚 甲 蓝 很 容易 在 磷酸 盐 流 内 被 还 原 ， 租 这 一 系统 在 碳酸 所 钠 波 中 却 几 乎 完全 没有 活性 。 这 目 然 要 将 磷酸 盐 放 回去 ， 因 为 证 明了 它 就 是 缺 ” 失 的 因子 。 这 被 解释 为 乙酰 杰 酸 很 可 能 是 一 个 中 间 物 。 丙酮 酸 氧 化 系统 中 的 黄 素 成 分 Daren, HSER ICA WE SRR BINA Ad Beat, HP RARW RE BI REE CWar- burg and Christian Biochem, Z. 298; 150. 1938. ) 从 ， SERA MRA GEA-RERIOBAE) ii & FIT “UES:, CLipmann; Enzymologia, 4,65,1937. ). M FARMAN RRERDeEpH3, 1—2 CHRHH50% ft BRR, 经 这 样 处 理 可 得 到 二 蛋白 质 部 分 ， 如 果 只 加 焦 磷 酸 硫 胺 素 ， 不 能 催化 丙酮 酸 氧化 ， 但 是 如 同时 加 入 焦 磷酸 硫 胺 素 ' 维 生 素 B:》 和 黄 素 - 腺 叮 叭 二 核 苷 酸 ， 就 能 催化 两 Ad BA, 了 AD 是 瓦尔 堡 教授 赠送 给 我 的 。 在 下 列 实验 中 ， 1 毫升 蛋白 咨 液 相当 于 0.1 殉 于 菌 ， 在 0. 1 大 尔 丙酮 酸 存在 条 件 下 ,在 空气 中 ，37"， 震 荡 30 分 hs 焦 磷 酸 硫 胶 素 〈 微 克 ) 一 - 15 15 黄 素 - 腺 嘿 叭 二 核 背 酸 〈 微 克 ) 20 一 20 消耗 的 氧 〈 毫 升 ) 15 5 248 核 黄 素 和 “ 老 ” 黄 酶 均 无 活性 。 “了 业 工 作 是 由 埃 拉 。 萨 克 斯 * 普 洛 茨 (Ella Sachs Plotz) 基金 会 资助 的 。 e 33 e oor PLES HAMBRERMBESSEMSHER2A 9 Ae we 143; 436 (1939.3. 11) 参考 文 献 C1) Pasteur Effect, in Symposium on Respiratory Enzymes, (Ma- dison: University of Wisconsin Press, 1942) , p. 48. (2) wtber den Umsatz der Brenztraubensfure und den Mechanismu5 der Vitamin -Bi-Wirkung. Skand. Archiv. Physiol. 76, 25s (1937) . a C8) An analysis of the pyruvic acid oxidation system. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 7, 248 (1939) . PA Bel Be he Sh Bz Be Fe A BS AREA NFA, DRI CRRA KB ) 为 反应 链 的 纽带 ,发现 了 氧化 还 原 和 磷酸 机 的 一 个 新 的 偶 联 。 当 丙酮 酸 被 陪 氢 时 ， 加 六 的 膀 苷 酸 发 生 了 磷酸 花 ， 汗 且 如 过 去 报道 的 那样 已)， 焦 磷酸 硫 腕 素 是 俱 攻 丙酮 酸 脱氧 到 应 酶 的 辅 基 。 SC SFA KN KSA RD Re EAMRURBRNEET, ESA, MBL 酸 盐 的 销 失 而 发 本 氧 的 消耗 现象 。 ARPoEE A LBL aE 1 NHCIZA 7 4) ehk ee (BS 阅 表 11 的 第 二 行 ) 。 由 于 磷酸 丙酮 酸 的 测试 为 阴性 ， 这 就 威 为 多 磷酸 腺 苷 合成 的 证 据 。 如 在 他 处 发 表 的 那样 :1 ,用 干 菌 时 苇 兹 反应 很 差 ， 租 是 加 和 信和 炉 黄 素 . 半 ,可 促进 反应 。 分 析 此 现象 表明 玻 古 反应 为 发 酵 样 反应 。 在 这 两 个 酶 系统 间 ， 丙 酮 酸 -丙酮 酸 脱 氢 酶 为 还 原 剂 ， 丙 酮 酸 -乳酸 脱 气 梅 为 氧化 剂 而 黄 素 是 氢 的 载体 在 两 酮 酸 的 有 氧 脱 氨 反 应 和 无 氧 歧 化 反应 中 还 项 剂 是 相同 的 。 然 而 氧化 剂 则 不 同 ， 在 第 一 种 情况 下 为 氧 ， 而 在 第 三 种 情况 下 © 34 。 Rw Al 0.125H78 80,125 RE = 丙酮 酸 0.03 摩 尔 0.03 WEAK 一 RFR RHR FF ae ie FMP, Bw 0.59 0,53 0.31 0.59 & KP » BIO SEF) 0 0.062(42) 0,28(200) 0.01 Or, BH. 3 I90 ATA 58 Ps $ Ox felt a i 0.21 20 AAEM, ABET, WARK H-R RAM , E37. 5SCMAARB1 DH. 方程 式 ; 两 责 酸 tH5O)+ 立 0， = ZB +CO2+H20 RAAF) A LS 表 扫 的 无 氧 实验 才 示 歧化 反应 也 产生 磷酸 化 反应 。 因为 偶 联 在 无 氧 及 有 和 氧 情况 下 都 能 产生 。 它 应 不 依赖 于 所 接受 体 ， 但 与 以 焦 磷 酸 硫 胺 素 为 媒介 的 催化 的 脱 氢 反应 过 Bee. Hit, 必须 考 虑 到 无 机 磷酸 为 丙酮 酸 脱 氨 反 应 系统 5 的 不 可 缺少 的 成 分 。 迈 尔 霍 夫 5s :以 及 尼 达 姆 (Need ham) 54 仔 细 分 析 了 发 酵 的 偶 联 反应 ， AMER Be 的 ”功能 和 我 们 的 反应 “5 中 的 哮 唑 衍生 物 的 功能 是 很 相 象 的 。 我 认为 硫 胺 素 和 腺 香 酸 系统 之 间 的 联系 将 被 证 明 对 了 解 硫 胺 素 在 活 细胞 内 的 代谢 功能 是 十 分 重 变 的 ， 磷 酸 北 能 量 的 一 个 新 来 源 出 现 了 ,在 有 氧 条 件 下 可 以 用 这 种 来 源 ; CCR 条 伴 下 也 有 可 能 用 这 种 来 源 。 这 一 来 源 可 能 为 骨骼 肌 ， 并 且 不 止 此 ， 还 为 心肌 提供 能 量 # ABT, DEPRES EB) COO BA A e 35 e . koe 0.125 摩 尔 丙 酮 酸 0.125 摩 尔 丙酮 酸 开始 值 0.032KRER ”0.03 摩 尔 腺 苷 酸 -一 0。.1 豪 克 核 黄 素 无 机 了 毫克 0.6 0.59 0.41 易 被 水 解 了 毫克 (毫升 ) 0 0.01 ; 0,19(138) CO: 毫升 一 5 172 Few * ; | ea ae eS ae P: CO: 一 一 0.8 无 氧 实验 ， 同 有 氧 实验 ， 只 是 改 用 氮气 。 BA: HMM (H.0) + 两 醋酸 = 乙酸 +CO2+ 屯 酸 - KR. {Ha (Birch) ABBR 〈Mapson) (7-H, 心脏 没 7A fi 7) Xb Be US Bek Be oh RS A Eh RA HE WEA. Qa» MBER (Kalckar) 5 的 报告 ,在 肾脏 和 肝脏 发 生 的 氧化 磷酸 化 反应 可 能 部 分 地 与 硫 胺 素 系 统 有 联 系 。 我 希望 对 埃 拉 。 萨克斯 。 普 洛 茨 基金 会 资助 这 一 工作 表 akenee 并 感谢 P. 奥 斯 特 恩 博 士 (Dr. P. HR PS RR BB. 上 . 李 普 曼 哥本哈根 卡尔 斯 堡 基金 会 生物 学 研究 所 ，1 月 7 日 。 参考 文 献 C1) Lipmann, Enzymologia, 4,5 65 (1937). C22 Lipmann, Sixteenth Internat,Physiol.Congress, Zurich, 1938, Ber., 2,161, C83 Meyerhof,Ohlmeyer and Mohle,Biochem.Z.,297, 90 (1938). C4) Needham and Lu, Biochem.J., 32, 2040 (1938). C53 Lipmann and Perlmann,J.Amer.Chem.Soc., 60,2575(1938). C61 See review by Williams and Spiess, “Vitamin By” , New —~. York (1938) _ €7). Birch and Mapson, Nature, 138, 27 (1936). C83). Kalckar, Nature, 142, 871 (1938). 选 自 (Nature) 143: 281 (1939. 2. 18) 在 丙 醋酸 脱 氢 反应 中 磷酸 盐 的 作用 在 早期 用 德 氏 乳 杆菌 研究 丙酮 酸 脱氧 反 MAD, 发 现 没有 无 机 磷酸 ,反应 就 不 会 发 生 ， 磷 酸 盐 浓 度 低 时 ， 脱 氢 反 应 的 速度 与 浓度 成 正比 。 这 表明 无 机 磷酸 必定 以 这 样 或 那样 的 方式 参与 反应 。 发 现 了 丙酮 酸 脱 氢 反 应 能 促进 腺 苷 酸 磷酸 “化 反应 5 后， 这 一 观点 进一步 得 到 证 实 。 只 有 在 磷酸 甘油 醛 脱 氢 反 应 中 ， 才 观察 到 脱氧 反应 提供 活性 磷酸 5*，4。 最 近 内 格 莱 因 和 布 罗 梅 尔 (Brome!) (5 -从 这 一 脱氧 反应 中 分 离 得 到 的 主要 产物 是 一 个 不 稳定 的 双 磷 酸 甘 油 酸 ，. 他 们 推测 是 1 , 3 -磷酸 化 合 物 或 焦 磷 酸化 合 物 ， 更 可 能 是 前 者 。 内 格 莱 因 和 布 罗 梅 尔 这 个 值得 注意 的 发 现 启发 我 去 探索 在 丙酮 酸 脱 氢 至 乙酸 的 过 程 中 是 否 生成 一 个 中 间 磷 酸化 合 物 。 ERE (Kammerer) MEE EM (Carius) (9) 法 ， 用 三 银 磷酸 盐 和 乙酰 氧 制 备 了 乙酰 磷酸 。 到 目前 为 止 ， 我 还 没有 花 过 力气 分 离 所 假设 的 中 间 体 单 -乙酰 磷酸， 但 是 用 过 含有 单 、 二 和 三 -乙酰 碍 酸 的 混合 物 ， 加 上 乙酸、 氧化 物 及 一 些 无 机 磷酸 的 溶液 在 德 氏 乳 杆菌 的 干 制剂 实 验 中 。 溶液 内 的 结合 磷酸 的 平均 稳定 性 粗略 地 相当 于 磷酸 肌 酸 。 结 合 磷酸 的 含量 是 用 埃 格 尔 斯 顿 早期 测定 磷酸 肌 酸 的 方法 测定 的 。 在 下 列 实验 中 ， 采 用 了 洛 曼 和 延 德 拉 西 克 (Jendrassik) 的 比 色 法 ,乙酰 磷酸 象 磷酸 肌 酸 那样 ,最 后 成 为 无 机 磷酸 。 每 瓶 用 44mg 王 菌 ， 总 容量 为 1.25 毫 升 ， 含 0.04 摩 尔 / 升 氟 化 Do WEIR LEST. 5° CR Ah 605) Hh Ce 0.75% ZH-P 0.75 ZCM-P 0.75 LH-P 40KRER 0.12KRER 一 无 机 和 乙酰 -P( 毫 克 ) 1.12 1.39 1.37 焦 砍 酸 -P (BH) 0.35 0.09 “0.10 SH, SRR, MAWCRB Bh XK 24 30% RUE LER), ATMA NR ABNAY 25% 已 被 磷酸 化 。 从 这 一 实验 和 类 似 实验 的 结果 ， 以 及 上 还 的 更 章 蕴 工 帮 ， 可 以 认为 丙酮 酸 的 脱 气 反 应 按 下 列 公式 进行 ，. 丙酮 酸 干 磷酸- 2 了 一 乙酰 磷酸 +CO， ZABLE + H.O 97 i GRR RE) 在 丙酮 酸 代谢 的 研究 中 ， 长 期 令 人 迷惑 不 解 的 是 ， 量 然 发 现 丙酮 酸 的 氧化 降解 要 经 过 一 个 相当 于 乙酸 的 步 又 ， 但 外 、 加 乙酸 在 丙酮 酸 氧化 系统 中 却 是 完全 无 活 性 的。 乙酸 迹 酸 中 间 体 的 形成 提供 了 对 “活性 ”乙酸 以 及 对 各 种 乙酰 化 过 程 的 合理 解释。 这 些 乙 酰 化 过 程 与 丙酮 酸 和 碳水 化 谷物 的 氧 伦 降 解 有 关 ， 例 如 氨基 酸 7 MR * 的 乙酰 化 过 程 便 是 。 更 详细 的 报道 将 在 冷泉 港 定量 生物 学 专题 论文 集 (Cold Spring Harbor Symposium on Quantitative Biology) 第 7 BER, WRAL 萨克斯 。 普 洛 茨 基金 会 的 资助 ， 致 以 谢意 。 - 3 OMB 纽约 市 康 乃 尔 大 学 医学 院 生化 研究 所 及 哥 示 险 根 卡尔 斯 堡 基 钨 会 生物 研究 所 ，7 月 21 日 。 38 。 ———————————“‘é;w;’ mani 1) . C2 J C38) C43 )-cs) C6) C73] [8] 参考 文献 Lipmann, Enzymologia, 4, 65 (1937). ‘Lipmann, Nature, 143, 281 (1939). Me} erhof, Ohlmeyer, and Méhle, Biochem, Zes 28> 90 38). Needham and Lu, Biochem, J 45°32, 2040 €1938). Negelein and Brémel, Biochem.Z., 301, 135 (1939). Kammerer and Carius, Ann., 131, 165 (1864). du Vigneaud and Irish, J.Biol.Chem., 122, 349 (1937-38). Mann, Tennenbaum and Quastel, Biochem. J., 32, 243 (1938). 518 144; 381 (1939. 8. 28) (=) 到 美国 去 Simin, SAR, Ai R139, KALBA RH EIRM MK RAT, BTA eh, BARAAS. VS RAAWRINS TH, 4 MTR HEIRS, ATTN, BURT NES). ERE Mah, RRHFLLEORELLM SWB 1G i (Dean Burk), RUVARSZERE, ARE ROAR. RAMON PRT RLAT ARN, WTS, th ERG ATE LG VARA, SS HOR TASER. CEE TaD 20 BE 9 REEL . 维 格 诺 德 SMG Ss Ay — NEB 9} PHVA UF EM BETH, ATEN eR HD 实验 ， 还 缺 两 个 信 ， 我 很 幸运 地 成 为 其 中 的 一 个 。 林 德 斯 特 P-L ERMA RS, (th Bots wise 我 介绍 给 糙 ” 维 格 诺 德 ， 这 对 我 帮 有 动 很 大 。 我 希望 将 来 我 有 机 会 对 凯 * 林 德 斯 特 朗 - 兰 表 示 获 意 。 他 是 余 学 界 沉 河 生 活 中 玄 正 引 灰 注 意 的 很 有 丰采 的 人 物 。 e 39 e ~ 我 们 在 七 月 初 离开 哥本哈根 乘 德 罗 延 BB (Drotting- holm) 号 轮船 去 纽约 。 登 岸 不 久 就 到 冷泉 港湾 暑假 ， 参 加 专 题 讨论 会 并 应 邀 报告 丙酮 酸 氧化 问题 。 在 那里 我 见 到 很 多 过 去 只 闻 其 名 的 人 。 和 科 里 《Coriy 及 尼 达 姆 夫妇 的 亲密 交往 使 我 获 益 匪 浅 ， 但 是 欧洲 的 形势 愈 来 愈 坏 ， 那 里 的 英国 人 包 括 尼 达 姆 夫妇 在 内 ， 必须 提早 离开 。 现 在 回想 起 来 ， 那 时 我 们 居然 还 有 那么 多 的 时 间 讨 论 生 物化 学 真是 奇怪 的 事 。 这 两 个 月 中 我 不 论 在 科学 方面 或 其 他 方面 都 学 到 不 少 东 西 。 (四 ) ZEAL RE ae oa E be ie gy Wy EE LE 过 了 这 段 过 湾 时 期 的 好 时 光 ， 我 就 撒 到 纽约 ， 开 始 和 伯 克 他 们 一 起 工作 了 。 我 们 决定 仔细 考察 一 下 那 时 人 们 广泛 议 论 的 凯 格 尔 〈 了 oegl) Miz set SEA CErxleben) 提出 的 设想 ， 即 瘤 组 织 含 各 种 D- 和 氨基 酸 。 我 建议 可 用 ARES 里 斯 还 安 雄 的 D- 毛 基 酸 氧化 酶 做 实验 ， 有 希望 得 出 各 种 D- 氨基 酸 是 否 存在 的 结论 。 我 们 用 瘤 组 织 水 解 液 ， 并 用 氧化 酶 来 检测 氧 消耗 ， 得 到 了 基本 否定 的 结果 ， 使 我 们 否定 了 这 一 设想 。 在 这 并 非 意外 的 否定 的 实验 以 后 ， 用 .D- 氢 基 酸 氧 化 酶 作为 检定 方法 ， 却 得 到 了 令 人 振奋 的 肯定 的 结果 。 在 此 之 前 ， 当 罗 林 , 替 奇 基 斯 (Rollin Hotchkies) 在 林 德 斯 特 朗 - 兰 实验 室 工 作 时 ， 我 曾 在 丹麦 见 过 他 。 我 们 在 美国 又 见 面 了 ， 他 就 在 康 乃 尔 医院 〈Cornell) 对 面 的 洛克 菲 勒 大 学 。 他 那 时 正在 做 杜 博 斯 (Dubos) 的 肽 类 REA ws 杆菌 肽 和 短 杆 菌 酷 肽 的 化 学 鉴定 工作 ， 并 已 获得 纯 制 品 。 在 2 40。 | 讨论 可 以 解释 这 些 肽 化 合 物 的 特殊 性 质 的 各 种 可 能 性 时 刀 我 。 们 想起 来 它们 可 能 含有 某 些 特殊 的 东西 ， 可 能 是 各 类 .D- 氢 基 酸 。 我 从 他 那里 拿 来 一 些 水 解 物 ， 和 氧化 酶 一 起 放 到 检 压 | 计 的 瓶 中 。 当 看 到 瓦尔 堡 仪 中 负 压 迅速 增加 时 ， 确 实 令 人 兴 奋 。 因此 证 实 了 这 些 抗 生 素 含有 相当 大 量 的 D- 氮 基 酸 。 1940 年 年 中 ， 在 威斯康星 州 的 卖 迪 运 〈《Madison) 举行 了 二 个 值得 纪念 的 关于 中 间 代 谢 的 专题 讨论 会 ， 考 迪 运 是 当 时 这 方面 工作 的 最 重要 的 研究 中 心 。 所 有 人 都 去 本， 我 被 六 去 讲 巴 斯 德 反 应 。 那 时 一 方面 我 对 巴 斯 德 反 应 已 没有 兴趣 ， 同时 我 对 演讲 没有 经 验 ， 因 为 我 忘 了 规定 的 时 间 ， 又 因 准 备 的 讲稿 太 长 ， 规 定 的 时 间 到 了 ， 我 还 只 讲 了 一 半 多 一 点 ， 上 听 ” 众 不 耐烦 起 来 ,因为 很 明显 我 离 讲 完 还 早 着 Ve. KR BR 贝 格 是 那 次 会 的 主席 ， 不 得 不 十 分 遗憾 地 打 断 了 我 的 报告 这 实在 使 我 及 狐 万 分 ， 对 我 后 来 找 个 象 样 的 工作 造成 了 很 大 困难 。 (五 ) HRA 那 时 RE. 诺 德 CF. F. Nord) 正在 起 草 一 套 内 容 相当 新 颖 的 丛书 的 第 一 卷 ， 书 名 是 《 酶 学 的 进展 》 _ (Advances in Enzymology) ， 这 是 这 类 书 中 的 第 一 本 , 现在 经 常 也 有 KGS GH HET. HERR, Rothe 到 的 题目 是 巴 斯 德 效应 。 但 我 很 高 兴 他 后 来 接受 了 我 的 建 议 , 证 我 写 磷酸 键 作为 载体 在 能 量 转换 和 生物 合成 中 的 功 能 。 开 始 我 感到 这 是 我 对 乙醚 磷酸 的 经 验 的 进 一 步 发 展 。 但 那 篇 文章 中 提出 的 一 些 设 想 肯 定 是 比 我 意识 到 的 更 为 新 #. 很 从 以后 ， 在 二 个 气氛 活跃 的 鸡尾酒 会 圭一 位 帮助 我 学 英语 的 青年 同事 告诉 我 说 ， 他 读 到 那 篇 稿件 时 ， BARA e 41 « = En 道 我 在 说 些 什么 。 我 的 文章 发 表 后 ， 引 起 了 骚动 。 虽 然 起 初 可 以 说 是 属 征 一 种 不 同 反映 的 混合 。 谈 到 高 能 键 时 ， 遭 到 了 强烈 的 、 有 时 是 猛烈 的 反对 。 我 以 “ 键 能 ”去 表达 从 一 个 键 得 到 [的 电位 能 ， 拓 开 用 惯 了 的 消耗 能 量 以 形成 键 的 说 法 。 这 就 不 知 不 党 地 捅 了 马蜂 窜 。 我 对 从 一 个 键 可 以 得 到 的 自 册 能 的 量 很 感 兴 i, 并 且 想 为 这 种 能 量 能 携带 用 于 合成 的 潜在 化 学 能 的 能 为 探索 出 一 个 定义 。 为 了 进一步 阐明 这 一 点 ,我 建议 用 “ 基 围 电 位 ”来 代替 。 也 许 最 好 用 水 解 反 应 的 A 严 的 绝对 值 来 表 - 达 。 很 多 有 机 化 学 家 生气 极 了 ， AAI SH 能 ”一 词 的 误 用 。 这 种 反对 使 我 感到 惊讶 ， 因为 我 觉得 有 机 合成 和 生物 合成 大 量 涉及 基 困 活化 和 基 困 传 运 ， 所 以 我 想 我 不 得 已 创造 出 来 的 名 词 应 该 与 有 机 合成 有 关 ， 近来 我 很 高 兴 看 到 我 所 创造 的 为 了 标明 携带 能 量 的 化 学 键 的 《〈《 宇 六 符号 ， 已 经 悄悄 地 进入 到 边缘 的 有 机 文献 中 子 。 但 是 专业 物理 化 学 家 依然 在 反对 。 现 时 ， 在 用 高 能 磷酸 键 符 号 时 都 加 上 引号 以 表示 同 这 种 非 正 统 的 标记 保持 距离 。 而 物理 化 学 雪 则 仍然 敬 而 远 之 。 他 可 能 被 迫 要 接受 它 ， 但 是 往往 不 愿意 说 出 谁 创 造 了 这 个 符号 。 我 从 享有 世界 声誉 的 柱 。 维 格 诺 德 那里 学 到 很 多 东西 ， 有 一 次 他 告诉 我 “你 经 常 得 留神 你 那个 会 员 卡 是 否 保管 得 好 好 的 ”。 在 20 年 后 发 表 的 文章 里 ， 我 对 基 困 电位 象 氧化 还 原 包 位 那样 下 一 定义 的 可 能 性 做 了 发 挥 ， 主 要 的 是 寻找 二 个 概念 去 表达 ， 可 能 的 话 ， 直 搂 去 测定 基 团 电位 ， 或 称 为 基 国 势 压 。 参 考 文 献 C1) The determination of the total D-amino acid content of human tumors and normal tissues by means of D-amino acid oxi- dase. With O.K.Behrens, E.A.Kabat, and D.Burk, Science « 42 © C23 C83 C4) $1, 21 (1940) . The nonspecificity of amino acid configuration in malignant tissue hydrolysates. With O. K,. Behrens, M. Cohn, and D, Burk, Science 92,32 (1940) 。 The occurrence of D-amino acids in gramicidin’ and, tyroci- dine. With R.D.Hotchkiss and R,J.Dubos, J.Biol.Chem.141; 163 (1941) . Metabolic generation and utilization of phosphate bond energy. Advances in Enzymology 1,99(1941). (Reprinted: by Bobbs- Merrill, Reprint Series in the Life Sciences, No,B-184.) ‘@ 48 0 ra ra : ets HK: 1 BERR (1941-1957) RARRASRLEN AMELIE, BRC AB 年 后 到 国立 卫生 研究 院 的 肿瘤 实验 室 时 不 愿 带 我 此 起 走 ， 于 ， 是 我 想 要 找 一 个 好 工作 又 遇 到 了 困难 ， 我 已 经 不 算 年 轻 ， 虽 然 有 了 点 名 气 ， 但 是 由 于 表现 出 某 种 自信 心 ， 往 往 给 别人 一 个 傲慢 的 印象 。 我 的 朋友 根据 我 在 麦迪 运 专 题 讨 论 会 上 的 表 现 判断 得 对 ， 他 们 认为 这 对 我 找 工作 是 极其 不 利 的 。 结 果 我 定居 在 一 个 相当 奇怪 的 环境 里 一 一 麻 省 总 医院 外 科 ， 并 得 到 齐 巴 〈CIBA) 药 厂 奖 学 金 的 资助 。 这 确实 是 我 二 生 Wl 的 好 运 中 的 一 个 。 我 的 顶头 上 司 是 奥 利 佛 。 科 普 (Oliver Cope) ， 一 个 很 好 的 人 。 他 对 内 分 沁 学 有 兴趣 ， 身 边 需要 有 个 懂得 代谢 的 人 。 这 个 实验 室 是 医院 里 几 个 研究 单位 之 一 ， 我 过 去 在 医学 方面 的 经 历 使 我 感到 十 分 自如 。 爱 德 华 。 EG (Edward Churchill) 领导 的 外 科 是 一 个 很 特别 的 部 门 ， 有 很 多 地 方 可 作 实验 室 ， 其 中 有 一 个 研究 细菌 学 的 班 子 ， 还 有 一 个 在 亨利 。 比 彻 〈Henry Beecher) 领导 下 的 麻醉 学 实验 室 。 在 那里 奥 利 佛 。 科普 给 我 一 个 地 方 研究 代 谢 。 令 我 高 兴 的 是 我 到 达 后 ， 加 利 福 尼 亚 大 学 一 位 已 相当 落 名 的 微生物 学 家 H.A. 巴 克 〈H.A.Barker) 博士 表示 愿意 和 我 工作 一 年 ， 这 在 当时 情况 下 ， 就 大 大 提高 了 我 的 身份 。 他 从 1942 年 至 1943 年 和 我 一 起 工作 ， 使 人 认为 我 的 工作 可 能 还 有 些 价值 。 起 初 ， 巴 克 对 在 医院 里 又 是 在 外 科 感 到 难于 应 付 ， 但 很 块 他 就 喜欢 上 了 这 个 工作 ， 并 多 少 有 点 被 医学 问题 se 《有 9 RST. WH) RAM (Fuller Albright). 博士 和 他 讨论 过 不 易 处 理 的 尿酸 肾 结石 能 否 用 消化 的 方法 去 除 。 巴 。 克 对 这 个 想法 着 了 迷 ， 他 从 土壤 中 分 离 出 一 种 能 消化 尿酸 和 ”只 掉 尿酸 结石 的 微生物 ， 这 个 方法 不 能 用 于 实际 ， 但 却 是 一 AH Bh HOH HE 人 们 开始 注意 起 我 的 工作 来 了 ， 我 从 美国 四 州 联合 基金 会 得 到 愈 来 愈 多 的 资助 。 我 第 一 次 在 做 实验 时 有 了 技术 巧 手 ， 并 且 十 分 幸运 地 得 到 康 士 坦 斯 。 塔 特 尔 (Constance Tuttle) 来 作 我 的 技术 员 和 秘书 。 在 纽约 从 事 与 癌症 有 关 的 题目 和 能 量 转 换 的 论文 时 ， 工 始终 没有 忘记 丙酮 酸 氧 化 系 - 统 。 在 那里 我 发 现 有 和 希望 证 明 存在 一 个 新 的 中 间 产 物 ， 这 是 很 令 人 兴奋 的 ， 这 就 是 磷酸 与 乙酸 间 的 酸 本 。 继 续 做 这 些 实 验 有 些 不 大 顺手 ， 我 从 哥本哈根 带 来 了 不 少 乳 酸 杆菌 丙酮 酸 FUCHS, 在 纽约 工作 的 第 二 年 ， 我 就 设计 出 一 个 无 机 磷酸 盐 ;存在 下 测定 乙酰 磷酸 的 方法 。 用 这 个 方法 ， 可 以 肯定 地 证 明 乳 酸 杆 菌 丙酮 酸 氧化 时 的 氧化 产物 确实 是 乙酰 磷酸 。 在 证 实 乙酰 磷酸 后 ,- 塔 特 尔 对 我 早期 的 工作 帮助 甚大 。 我 很 高 兴 看 到 其 他 实验 室 也 和 我 们 一 起 探讨 乙酰 磷酸 的 形成 以 及 它 在 其 他 细菌 中 的 反应 : Joe (Utter) 和 沃克 曼 (Werkman) WABHAAMA, Mole Zs ® Koepsell) AZ0 7 Clohnson) WARK FER RARRHE, RE 触 微生物 学 是 从 德 氏 乳 杆菌 开始 的 ， 但 是 当时 我 对 此 蓝 几 乎 EM. KESAGRA IGM (Ames) -的 胡 阿 华 州 立 学 院 ， 在 他 的 实验 室 工 作 几 个 月 ， 这 是 好 机 会 。: 哈 兰 … 伍德 (Harland Wood) 已 经 不 在 那里 ， 但 是 克 兰 皮 茨 ( 开 ram- pitz) 和 厄 特 还 在 ， 这 一 段 经 历 非 常 有 意思 。 我 真 条 望 我 能 够 重新 体验 这 段 生 活 的 风趣 。 在 那里 我 们 用 过 时 的 质谱 仪 测定 :CC，- 为 了 开 夜 车 我 带 去 淡 啤 酒 ， 这 种 大 胆 雪 为 的 举止 e 45 。 可 以 认为 有 莹 这 岩 。 SALMA RAW We RRaSD BYE TI PR, Lana -CH,COO~PO=%H, 0,+CO, a Cr delbrueckii) , GH,COO~POs +H, + CO, CCL. but ylicum) CH,COO~PO 3 + HCOOH (E.Coli) 最 初 我 们 没有 意识 到 玉 应 的 复杂 性 ,， PRERAR 应 ， 即 所 谓 丙酮 酸 的 磷酸 解 作用 (Phosphoroclastic eg 二 FAMEBEMT RAS A, BRE, RMR BW Bo. B— Fil, EME FHCOOHE 5H, + CO, 平衡 的 ;这 就 促成 了 某 种 大 胆 的 设想 ， 以 磷酸 化 反应 和 还 原 的 交替 来 固 完 C9,。 引 用 1950 年 关于 CO;, 固 定 的 评论 : “现在 来 看 有 一 个 事实 很 明显 ， 即 不 论 属于 何 种 可 能 的 机 8, GAURTRRLRN MSRM 系列 的 交 蔡 步 又 。 A, 看 来 该 是 查询 这 些 磷酸 键 的 来 源 的 时 候 了 ， 它们 可 能 DIEM RM ERE TTA wee 数 年 后 ， 艾 伯 特 。 弗 伦 克 尔 (Alert Frehkej) 在 我 的 袜 验 灾 工 作 期 间 ， 在 深 红 螺 菌 CRhodospirillum rubrum) PERK RAT CSM, MR, RRR 兴 。 弗 伦 克 尔 的 工作 后 来 由 盖 勒 〈Geller) ARES, 他 首次 WAS BUR HE HS RHR IR SES BR CR RA 激 丰 用 。 关 于 丙酮 酸 氧化 的 观察 使 我 们 相当 清楚 地 认识 到 在 光合 还 原作 用 中 ， 磷酸 化 反应 是 个 必需 的 基本 步骤 ， Tia (Ruben) 对 此 在 更 广泛 的 角度 土 早已 意识 到 了 。 ea 46 。 CHsCOCOOH+HOPOs A) 从 乙酰 磋 酸 到 辅酶 A 探 求 中 的 REBAR AMBRALPETCRRRRHRSE, KMRAR 醋 药 中 现成 为 我 劳 虑 和 进 二 步 工作 设想 的 主要 动力 。 它 是 高 绥 移 酸 键 在 基 困 活 北 申 起 作用 的 第 二 个 例子 。 到 那 时 为 症 已 发 现 这 些 键 在 能 量 转换 中 起 着 将 记 P 带 至 ADP 的 作用 ， 并 灶 这 ATPE 乱 。 在 接受 高 能 键 方面 ， 只 有 栅 械 能 的 产生 是 ATP 利 的 磷 栈 基 的 二 种 利用 方式 ， 但 是 我 早已 意 识 到 记 P 可 被 用 于 生 移 从 成。 于 是 这 是 一 组 磷 酰 基 接 受 体 的 第 二 个 代表 ， 磷 酰基 电位 可 用 在 基 团 活化 中 。 在 刚 发 现 乙酰 磷酸 时 ， 看 来 它 很 适合 起 活化 TW IE 用。 并 和 谢 平 活 花 前 乞 酸 是 最 早 没 想 为 “活化 ” hi 物 中 之 对; 但 是 没有 和 作出 化学 鉴定 。 那 时 所 标记 药 乙 酸 在 整体 动物 内 孔 被 常用 于 探讨 乙酸 的 代谢 命运 。 侈 因 海 默 尔 (Schoenhei- 6) 间 这 外 楷 合 临 在 他 开 折 性 的 探讨 中 第 一 次 勾画 出 生物 佑 起 的 基 效 则 位 素 化 合 物 。 而 乙酰 磷酸 原来 却 是 对 细菌 的 专 二 前 代谢 中 间 物 。 我 们 现在 知道 它 可 被 乙酰 基 转 移 酶 转化 为 艺 软 辅酶 A， 就 是 活化 的 乙酸 。 我 们 和 花 了 好 玫 牟 的 时 间 才 充 男 认识 到 这 二 点 ， 现 在 我 们 知道 基 困 活 化 常 常 是 两 步 到 应 ， 原来 在 细菌 内 忆 酸 活化 的 第 二 步 是 产生 乙酰 磷酸 。 这 可 以 通 过 各 种 途径， 氧化 、 丙 酮 酸 或 者 核 酮 糖 = 5 -磷酸 的 磷酸 殊 解 反应 ， 或 经 酶 催化 的 ATP 对 乙酸 的 磷酸 化 反应 。 转 布 研究 动物 组 织 后 ,我 们 最 早 的 文章 表明 ,我 们 对 乙酸 Ba KEE SR AMOEBA EIR SSH ATHRMARECRAKA, WEMUMAPRRARA OR 47° 解 。 那 个 时 候 人 们 不 认识 一 个 磷酸 化 衔 生 物 难得 进入 有 机 缩 合 反应 ， 而 基 团 通常 是 传递 至 一 个 次 级 的 、 更 专 一 的 基 团 载 体 并 保持 高 基 团 电 位 。 大 部 分 关于 乙酸 作为 代谢 前 驱 牺 的 研 究 是 用 动物 进行 的 。 当 我 们 用 乙酰 磷酸 在 动物 系统 内 作为 前 驱 物 进行 试验 时 ， 等 待 着 我 们 的 是 深 深 的 失望 。 为 了 试验 ， 似乎 可 用 一 个 简单 系统 研究 乙酸 活化 对 肝脏 内 芳香 胺 氨基 的 乙酰 化 。 那 时 兴趣 集中 在 磺胺 药 的 这 种 乙酰 化 土 ， ;因为 这 一 反应 可 消除 它 的 抗 生 作 用 。 有 一 个 简单 方法 可 以 测定 己 酰 化 的 程度 。 此 外 ,已 经 采用 免 肝 切片 研究 体外 的 乙酰 反应 。 我 们 用 大 白鼠 肝 和 免 肝 发 现 乙 酰基 传递 不 能 耐 受 匀 浆 化 处 理 ， 而 感到 很 失望 。 幸 而 我 们 在 鸽 肝 匀 浆 中 发 现 了 很 有 活力 的 乙酰 化 系统 。 只 要 在 匀 浆 的 上 清 液 中 加 入 ATP 作 为 能 量 的 供 体 ， 活力 就 可 以 恢复 。 看 来 ， 我 们 已 经 发 现 了 一 个 测试 乙醇 克 酸 的 好 系统 。 可 是 又 出 现 了 未 曾 料 到 的 障碍 ， 在 这 种 肝 提 取 物 中 以 及 一 般 动 物 组 织 提取 中 都 普遍 含有 一 种 可 以 迅速 地 甚至 爆发 性 地 水 解 乙酰 磷酸 及 其 他 酰 化 磷酸 的 酶 。 这 种 酶 本 身 是 有 趣 的 ， 它 是 热 稳 定 的 ， 而 且 可 以 提纯 ， 龙 其 是 从 肌肉 里 提纯 。 然而 ,我 们 没有 花 时 间 去 认真 研究 它 。 我 们 真正 感 兴 趣 的 是 寻 找 活性 乙酸 。 我 们 缓慢 而 且 不 情愿 地 得 到 了 一 个 结论 ， 即 乙 酰 磷酸 在 这 些 组 织 提取 物 中 不 是 一 个 乙酰 基 供 体 。 这 个 结论 令 人 诅 形 ， 但 是 作为 对 我 们 的 酬劳 ， 我 们 在 鸽 肝 里 的 ATP 联结 的 乙酰 基 传 递 系统 中 很 快 地 识别 出 一 个 热 稳定 辅 因 子 s 因为 没有 已 知 的 辅酶 可 以 代替 它 ， 我 们 希望 在 这 里 碰 到 一 个 新 的 辅酶 。 在 此 有 希望 的 关键 时 刻 从 四 州 联合 基金 会 又 得 到 新 增 的 慷慨 资助 ， 可 以 有 更 多 的 同行 前 来 工作 。 很 幸运 ,先是 内 森 . 卡 普兰 (Nathan Kaplan) RA RARMK- BE e 48 。 (Dave Novelli) 参加 康 ， 塔 特 尔 和 我 的 工作 。 我 们 于 是 ” 雇 定 着 手 分 离 这 个 新 的 辅酶 。 正 在 那 时 纳 赫 曼 佐 因 (Nach- mansohn) 和 伯 曼 (Berman). 已 从 脑 制剂 中 证 明了 胆 碱 的 六 TI 联系 的 乙酰 化 反应 ,同时 也 意识 到 有 一 个 热 稳定 的 辅 因 $F, WK (Feldberg) 在 英国 也 观察 到 同样 的 情况 。 费 尔 德 伯 格 和 纳 赫 曼 佐 恩 的 兴 直 主 要 是 在 胆 碱 乙酰 化 反应 的 迁 理 学 方面 "因此 没有 积极 从 事 它们 的 辅 因子 的 分 离 。 RMN 首先 确信 和 肝 内 磺胺 药 的 乙酰 化 反应 和 脑 内 胆 碱 的 反应 均 由 相 同 的 辅 因子 所 促成 。 于 是 我 人 ] 集 中 力量 研究 这 个 辅酶 的 化 学 性 质 ,， 它 显 然 是 乙酸 活化 的 通用 补充 物 。 (=) 在 辅酶 A 中 发 现 泛 酸 已 经 很 明显 ，B 族 维生素 如 核 黄 素 烟 碱 酰胺 和 硫 RAB 具有 专 一 的 代谢 功能 ， 然 而 必须 组 成 更 复杂 的 辅酶 ， 才 能 起 作用 。 正 因为 没有 一 个 含有 B 族 维生素 的 已 知 辅 酶 能 够 代替 我 们 的 辅酶 ， 所 以 我 们 希望 或 许可 以 找到 一 个 代谢 上 尚未 鉴 定 的 B 族 维生素 行使 辅酶 的 功能 。 当 我 们 把 辅酶 提纯 到 相当 程度 时 ， 我 们 就 将 样品 送 到 各 地 ， 包 括 两 个 药物 公司 的 研究 实验 室 ,希望 他 们 能 告诉 我 们 这 一 维生素 的 性 质 ,但 来 自 两 个 药物 公司 的 回答 是 ， 在 我 们 的 制剂 中 没有 检 出 任何 已 知 的 维 生 素 。 尽管 有 这 次 失望 和 其 他 说 不 清 的 理由 ， 我 们 预感 到 其 中 可 能 含有 泛酸 ， 于 是 决定 送 一 个 样品 给 发 明 这 一 维生素 的 罗 AS 威廉 斯 (Roger Williams) 。 他 把 它 交 给 : 贝 弗 利 . 吉 拉 德 博士 . (Dr. Beverly Guirard) 。 很 快 我 们 就 接 到 了 才 分 激动 人 心 的 消息 ， 他 们 的 实验 强烈 地 表明 在 辅酶 样品 中 含 有 大 量 泛酸 。 用 通常 测定 泛酸 的 细菌 鉴定 系统 直接 测定 这 一 es 49 € > 辅酶 时 ， 儿 乎 没有 什 和 次 反应 。 但 他 们 知道 泛酸 处 在 结合 老 ， 上 只 有 在 经 水 解 酶 处 理 后 才能 被 缺乏 它 的 细菌 所 利用 5 Bik 水 解 并 出 现 了 肯定 的 反应 后 ， 吉 拉 德 小 姐 接 着 观察 泛酸 成 分 之 一 ， 即 多 于 单独 鉴定 的 # 丙 氛 酸 是 否 存在 于 我 何 的 辅酶 制 剂 之 中 。 为 此 有 目的， 辅酶 经 酸 水 解 钼 理 ， 在 水 解 液 中 ， -两 氨 酸 试验 星 现 强 阳 性 。 后 来 将 辅酶 与 肝 提 取 物 及 兆 y RRS 失 活 ， 其 释 出 的 沁 酸 ， 用 细菌 检定 ， Wupaiguanshbasggwe 地 鉴定 下 来 。 令 人 欣 刺 的 支持 泛酸 为 乙醚 化 反应 辅酶 的 一 部 分 的 意见 来 目 完 全 不 同 的 一 个 地 方 。 马 乔 Be BHM RH CMarjory Stevenson) 实验 室 对 一 种 制备 泡菜 〈sauerkraut) BAF 酸 菌 奇 怪 地 产生 大 量 乙酰 胆 碱 感到 兴趣 ， 伊 丽 藻 自 * 罗 : 阿 ) 特 (Elizabeth Rowatt) 又 刚刚 发 现 了 缺乏 泛酸 的 孚 酸 菌 (Lactobacillus Plantanum) 丧失 子 胆 碱 乙醚 化 的 能 力 。 这 些 实 验 很 好 地 得 到 互相 印证 。 在 这 种 情况 下 ， 我 何 发 表 了 李 文 章 ， 并 对 此 新 辅酶 命名 为 辅酶 A (CoA), BESCHHCR 应 的 辅酶 。 乙酰 化 反应 的 辅酶 ， 一 个 泛酸 的 衍生 物 了 先生 们 ; 普遍 存在 的 一 个 新 辅酶 的 作用 在 肝 制 剂 芳香 胺 的 忆 醚 兹 反应 中 第 一 次 被 观察 到 了 "1)。 随 后 又 发 现 脑 内 胆 碱 类 候 萝 芯 酰 化 反应 系统 也 需要 相同 的 辅 本 2), Ee, 它 与 费 尔 德 (AMER (Mann) ©, HSE BAAS “ Dh Be i (Lipton) 5s: 同 时 报道 的 胆 碱 乙酰 化 的 激活 剂 是 同一 全 东西 上 最 近 ， 采 用 不 同 于 先前 发 表 过 的 操作 法 5 ， 我 个 夷 QD 这 一 工作 是 由 四 州 联合 基金 会 资助 的 。 2 50 e _— / ， 得 了 这 一 辅酶 的 一 种 制剂 比 原来 煮 过 的 猪 肝 提取 物 的 活性 大 700 倍 。 这 一 制剂 是 为 了 彻底 分 析 维 生 素 的 存在 。 没 有 发 现 ， 已 知 的 超过 微量 的 B 族 维生素 。 然 而 ,在 从 定 前 … - FB 解 酶 - ORM BABS (clarase-papain) 按 常 规 法 延长 处 理 , 则 看 到 ”泛酸 值 慢 慢 地 增加 。 所 以 ，B- 丙 氨 酸 .* 是 在 酸 水 解 液 中 测 ER, 得 到 的 数 人 条 相当 于 辅酶 中 含有 的 10% 的 泛酸 。 富 并 用 过 去 双 发 现 的 可 使 辅酶 失 活 的 两 个 酶 -的 结果 是 沁 酸 释放 HCI). 为 了 进一步 肯定 此 辅酶 是 泛酸 的 衍生 物 ， 在 一 系列 制剂 中 ， 对 泛酸 含量 和 辅酶 活力 作 了 比较 〈 表 2) 。 每 一 单位 的 维生素 含量 是 恒定 的 。 这 就 进一步 证 明了 泛 酸 是 辅酶 的 一 部 分 。 表 1 Pic + | BIER APRS | RRS + 酸 水解 木瓜 蛋白 酶 | 酸 酯 酶 +NaF| 磷酸 酯 酶 | 〈B- 丙 所 酸 ) 释放 的 0 0.15...) 1.4 | 468 |.0.5 9.0 10,1 泛酸 多 波士顿 马萨诸塞 总 医院 生物 化 学 研究 实验 室 : HARK - SES, RE hee, GAL Bee, WM Be se 斯 大 学 生物 化 学 研究 所 : L. RH Te RR, WRF - 高 拉 特 。1947 年 1 月 16 日 收 到 。 * 51 ¢ xz 8062 | | 泛酸 百分率 ial | 活性 泛酸 制剂 编号 WRK FS IAB Bers BP / & 微克 数 /单位 活性 | BARES rxmae | wie | HE 105 | 9 | 1.8 0.7 0.78 100 10 | 1,0 1.0 1.00 72 26 2.0 1.8 0.59 101 | 32 2.0 133 4 0.56 ree 4 60 4.2 “BLIt 0.62 99 | Ree [TR ae A.A 0.68 103 | 100 6.5 6.5 0.65. A’ | 130 | 10.0 9.3 0.72 A | 132 | 9.9 8.4 0.64 e 518 16T,194T, Si om Lipmann, F., Federation Proc., 4,5 97(1945); J.Biol.Chem, 160, 173 (1945) . | Lipmann, F., and Kaplan, N.O., J. Biol.Chem., 162, 743 (1946) . Feldberg, W., and Mann, T., J. Physiol. 104, 411(1946). Nachmansohn, D., and Berman, M.; J. Biol. Chem, 165, 551 (1946) . Lipton, M.A., Federation Proc., 5, 145 (1946) . Lipmann, F., and Kaplan,°N. O., Federation Proc., 5, 145 (1946) 。 Pennington, D., Snell,E. E., and Williams, R. J., J. Biol. Chem., 135, 213 (1940) 。 Schenck, J. R., and du Vigneaud, V., J. Biol.Chem.,153, 501 (1944) 。 52 ° 在 辅酶 A 分 离 以 前 及 确定 它 的 功 人 reen) ,等 实验 室 已 在 中 ， 我 总 想 证 明 以 磷酸 化 传递 的 活化 作 ;953 年 联合 会 会 议 圭 : 生 谨 目 性 ， 阻 挠 我 认识 其 间 的 正确 联系 。 领 域 中 :我 们 实 . 酸 是 辅酶 全 的 一 个 组 成 成 分 又 是 我 的 另 一 人 同 ; 发现 柠 述 酸 - 辅酶 A 内 存在 一 种 维生素 应 该 直接 和 功能 有 六 是 :在 .探讨 :大 理 虽然 我 们 很 早 就 观察 到 CoA 的 纯 制品 中 含 s 用 ,时 发现 为 等 克 分 子 量 的 异常 高 浓度 的 SH 基 ， 但 对 它 的 从 处 的 一 个 ; 引起 注意 。 我 清楚 地 记得 在 四 十 年 代 后 期 ,CoA 仍 绢 复杂 也 : 时 D.D. 伍兹 〈《D.D. Woods) 的 一 次 来 访 。 他 问 我 酸 及 与 BL, ZCOAABATA. ROSH “AGREE . RABI SAA” 他 希望 有 更 多 东西 的 外 ，- 是 正确 的 ,而 且 我 们 也 找到 了 , 但 我 的 回答 表明 我 们 没有 ; 意 它 。 以 后 ， 斯 内 尔 〈Snell) 的 研究 组 发 现 CoA rh Hy SH 属于 半 胱 胺 而 不 是 胰 氨 酸 。 而 我 们 当时 却 错 误 地 认为 它 是 后 者 。 然 而 上 我们 关于 在 我 们 的 CoA 制 剂 中 存在 着 SH 化 合 物 的 报道 鼓励 斯 内 尔 等 接受 在 二 0. bul garicus 因 子 中 确 ASH 衍生 物 存 在 的 想法 ， 而 这 种 因子 很 明显 是 CoA HE KY. 大 约 在 此 同时 ， 也 是 由 于 我 们 发 现 CoA 制 剂 中 的 ?也 基 ， 促 使 虽 南 《Lynen) 认识 到 这 个 > 再 基 就 是 乙酸 的 化 学 接受 体 ， 他 们 聪明 地 去 分 离 乙 酰 CoA 而 不 是 Co 人 本身， 于 是 发 现 了 一 种 硫 酯 的 基 团 载体 功能 。 在 这 工作 的 后 期 ， 我 们 研究 了 在 动物 或 酵母 制剂 中 与 ATE 联 系 的 乙酸 的 活化 形成 乙酰 CoA 的 机 制 。 在 这 些 制剂 中 乙酰 磷酸 不 是 中 间 产 物 。 但 是 乙酰 磷酸 这 个 幽灵 仍 在 我 们 SPAR. BOR, AEM (T.C.Chou) 和 我 们 的 研 Eh, oh el 剂 中 分 离 出 一 个 “ATPFC BY” 反应 ， 它 需要 CoA 并 和 凑 胺 反应 产生 乙酰 闫 后 酸 。 我 们 正 确 池 把 它 归 庄 于 乙酰 一 CoA 的 形成 ， 然 而 没有 监 别 结合 键 es53 ee 的 性 质 。 虽 然 平衡 不 太 好 ， 我 何 认 为 这 个 志 TP-GoA= 忆 酸 反应 章 生 了 ADP 和 如 ,。 后 来 我 们 和 逐渐 地 大 训 到 产物 是 AME 和 焦 磷 酸 , 而 不 是 ADP 和 无 机 磷酸 。 当 然 ,无 桃 磷酸 会 更 符合 我 们 设 赵 ; 即 一 个 与 酶 结合 的 乙酰 磷酸 最 局 可 传递 至 coeA。 这 样 一 个 机 理 就 会 很 象 在 细菌 内 忌 酰 基 转 : 移 酶 可 以 从 己 酰 磷酸 把 乙酰 基 交 换 给 CoA 并 释 出 下 那样 。 然 而 。 最 后 我 位 使 自己 相信 了 在 酵母 和 动物 组 织 中 五 酸 人 传递 至 GoA 确 实 产 生 了 焦 磷酸 和 腺 昔 酸 ， 这 在 当时 混 供 全 联系 的 基 轩 活化 用 的 相当 新 的 产物 。 在 此 之 后 ， 由 于 各 种 原因 ， 我 们 又 一 次 错过 卫 ， 没 有 找 到 这 一 活化 反应 的 真正 中 间 物 乙酰 腺 芒 酸 ,而 被 保 田 % 伯 格 €Paul Berg) 发 现 了 它 。 我 们 发 现 了 不 寻常 的 产物 腺 蔡 酸 和 了 Ri 之 后 ， 却 不 能 认识 到 官 的 机 理 ” 原因 是 我 仁 没有 BAR 到 七 酸 对 蛋白 质 的 异常 强 的 结合 力 。 在 我 个 的 检定 听 : 我 个 认为 已 经 过 “详尽 无 遗 的 透析 ， 不 需要 为 可 得 到 这 P 与 GoA 的 反应 而 将 乙酸 加 入 到 酶 制剂 虫 去 子 。 正 是 这 个 错误 使 我 们 设想 CoA- 焦 磷酸 为 可 能 的 中 间 物 。 上 述 情况 ) 归纳 起 来 ,教育 我 们 ,: 雇 误 新 事物 是 何等 地 困难 ， 因 为 这 是 新 事物 ， 还 教育 我 们 ， 如 果 一 个 人 有 于 先天 为 主 的 想法 ， 就 会 把 手脚 捆 缚 起 来 。 我 们 以 为 很 运气 ， 发 现 了 一 个 含有 新 的 维生素 的 辅酶 ， 并 以 把 注意 力 放 在 这 个 辅酶 中 的 维生素 上 来 而 原谅 自己 ， 因 此 当 我 们 已 经 清楚 地 坊 识 到 辅酶 人 是 活化 乙酸 的 载体 ， 在 寻找 连接 到 辅酶 的 维 竺 素 部 分 的 高 能 键 时 ) 仍然 忽略 了 CoA 内 的 S 了 功能 ,我 何 相 汝 满足 于 发 现 腺 董 酸 以 焦 磷 酸 键 连 到 辅酶 的 维生素 部 分 ， 这 是 与 DRPN 和 黄 素 腺 背 二 核 昔 酸 的 普遍 情况 相符 合 的 六 RH SL 有 点 期 望 维生素 是 直接 参与 起 作 必 。 那 时 辅酶 入 联系 的 反应 已 成 为 很 多 实验 室 喜 欢 涉猎 的 领 e 54 © | 二 Ba Ff (Ochoa), ERM (Green) SLSR | RR HAE. 很 多 这 方面 的 结果 在 1953 年 联合 会 会 议 证- ”汇集 成 一 个 代表 性 的 专题 论文 集 。 在 CoA 领 域 中 ” BADR 验 室 的 最 后 贡献 是 和 斯 赖 雷 上 (Srere7) KA RMR ATBP:-CoA 裂 解 为 乙酰 辅酶 A 和 草 酰 乙酸 。 这 是 在 .探讨 大 “和 白 获 用 制剂 中 柠檬 酸 对 脂肪 酸 合成 的 明显 刺激 作 A 的 号 这 一 裂解 反应 尔后 证 明 是 乙酰 辅酶 A 在 线粒体 外 的 一 个 :> ”重要 来 源 z 最 近 对 它 的 酶 催化 机 理 做 了 研究 ,发现 很 复 禾 也 : 很 有 趣 ， 沃 尔 什 和 斯 佩 克 特 已 证 明 它 涉及 磷酸 化 柠檬 酸 及 与 。 蛋 自 质 结合 的 一 P 和 一 CoA。 ¥ (=) Ree ER = 虽然 在 研究 CoA 时 期 及 以 后 一 段 时 间 里 我 的 兴趣 集中 在 莹 了 B 的 利用 寺 》 但 我 仍然 把 生物 能 量 转换 的 问 题 放 在 心 : 上 。 有 氧 磷酸 化 反应 问题 在 那 时 很 不 清楚 ， 现 在 也 还 没有 解 决 如 再 考 # 四 十 年 代 中 由 于 注意 到 瓦尔 堡 的 工作 ， 即 在 生长 组 组 中 有 缺 氧 能量 的 充足 供应 ;于 是 有 一 种 倾向 : 认为 发 酵 或 糖 酝 解 所 具有 的 现成 的 生产 一 P 的 机 理 ， 可 能 是 一 个 特殊 及 的 情况 让 对 未 尔 卡 和 贝 利兹 尔 〈Belitzer7; 发 现 的 组 织 匀 Ry 。 中 看 氧 释 酸化 的 模糊 了 解 ， 使 人 怀疑 通过 ATP 产 先 一 ?是 否 是 能 量 供给 的 普遍 形式 。 我 迁居 到 波士顿 后 , 又 恢复 了 早先 和 和 伍兹 霍 汞 实验 室 的 联系 。 在 那里 我 熟悉 也 死 疹 椎 动物 发 育 : 的 亚 作 ?| 这 引起 了 我 对 生长 抑制 剂 的 作用 方式 的 兴趣 当 我 在 伍 效 堆 尔 遇 到 克 洛斯 (Clowes) 时 ， Re 经 被 HEM WHERE, Qo PMA (Krahl) 发 ; 现 卤素 酚 一 样 , 硝 基 酚 可 使 生长 停止 , 但 刺激 呼吸 。 因为 我 相 | 信忠 子 流 能 量 必 须 被 转化 才能 有 用 》% 所 以 若 硝 基 酚 能 使 氧化 e 555。， 还 原 反 应 至 一 P 电 位 的 有 氧 转 化 解 偶 联 ， 那 必 硝 基 酚 作用 的 呈 1 矛盾 就 可 以 理解 了 。 我 请 双 .F. 卢 米 斯 CLoomis) RRL fe, 他 是 最 早 到 麻 省 总 医院 参加 我 的 实验 室 工 作 的 人 之 二 。 他 通过 和 格林 早期 的 工作 ， 对 在 组 织 匀 奖 中 测量 有 氧 磷酸 化 : 反应 的 方法 是 熟悉 的 。 于 是 我 们 决定 试验 二 硝 基 栈 CNP) 对 呼吸 和 磷酸 化 反应 的 解 偶 联 作用 ， 结 果 是 肯定 的 。 观 察 到 这 天 家 熟知 的 生长 抑制 剂 明 显 地 将 磷酸 化 传递 《对 此 它 超 阻 WE) 与 电子 传递 《对 此 它 起 再 激 作用 ) 拆 解 ， 对 确定 ATP 是 一 个 普遍 的 生物 能 量 载体 的 设想 有 很 大 帮助 。 形 式 上 说 ， 呼 吸 刺激 与 解 偶 联 的 联系 ， 最 早 暗 示 我 们 电子 传递 和 让 ~ 了 的 发 生存 在 着 内 在 的 可 逆 性 。 DNP 实 验 的 成 功 促使 我 们 试验 其 他 生长 抑 制剂 ， 如 等 氮 的 解 惕 联 作 用 又 得 到 了 肯定 的 结果 。 最 后 鲍 勃 。 克 兰 (Bob Crane) 观察 了 砷 酸 对 有 和 氧 磷 酸化 反应 的 效应 ， 发 现 它 能 与 Pi; 竞争 并 取消 一 P 的 形成 。 然 而 雄 酸 的 这 种 竞争 性 不 如 在 其 他 贱 反 应 中 那 玄 强 。 它 被 高 浓度 的 碍 酸 盐 所 抵消 : 证 卖 了 DNP 可 解除 呼吸 与 磷酸 化 反应 入 联 ， 使 我 希望 甲 获 腺 素 也 有 相同 的 作用 。 已 经 讲 过 ， 克 拉 尔 和 丙 洛 斯 发 现 碘 酚 和 卤素 酚 一 般 具 有 硝 基 酚 的 作用 。 后 来 我 们 发 现 双 厂 栈 氨 酸 丁 酯 是 最 强 的 解 偶 联 剂 之 一 。 我 们 把 这 一 系列 卖 验 中 最 早 的 元 次 以 摘要 的 形式 发 表 在 《联合 会 汇编 光 利 。 我 们 报道 了 加 人 过 P 接 受 体 如 葡萄 糖 + 已 糖 激酶 ) 刺激 正常 天 GR 肝 色 浆 的 呼吸 可 以 防止 ATP 积 聚 。 相 反 ， 从 患 甲 状 腺 毒 症 的 大 白鼠 制备 的 相似 制剂 就 不 显示 这 种 刺激 作用 。 我 们 药 解 _ 释 是 这 种 甲状 腺 毒 症 制剂 只 起 了 一 种 松散 的 偶 联 作用 。 它 的 呼吸 作用 实际 上 可 能 比 正 常 的 高 一 些 ， 但 是 它 不 受 外 加 磷酸 盐 接受 体 的 影响 。 这 种 磷酸 盐 接 受 体 通 常 可 以 大 大 地 缓解 在 它 未 存在 时 被 抑制 了 的 呼吸 。 在 这 次 联合 会 议 乌拉 沁 e。565。 局 is hr = >) (Lady) 可 能 用 了 较 好 的 线粒体 制剂 ， 他 报告 在 加 入 磷酸 _REIKE, 对 呼吸 有 更 强 的 刺激 作用 。 我 们 认为 ， 这 种 相互 碾 依 赖 性 表明 磷酸 化 传递 和 电子 流 之 间 明 显 地 存在 着 可 逆 性 。 人 并 使 电 git :逆转 。 随后 ， 有 些 研究 A BR tm Bh (Hess) 、 马 齐 乌 斯 工 芭 Martitus) 尤其 是 拉 迪 ， 用 甲状 腺 素 直 接 使 大 白鼠 肝 的 磷 奔 酸 化 反应 与 呼吸 解除 合 联 。 我 们 用 我 们 的 大 白鼠 很 难 取得 这 Mix, 但 是 发 现 仓 鼠 线 粒 体 对 申 状 腺 素 的 反应 较 好 。 锥 而 ， 为 得 到 这 些 效应 所 需 的 条 件 不 易 重 复 。 和 DNP 相反 ， 甲状 腺 素 效应 可 被 增加 镁 浓度 所 抵消 ， 而 且 这 一 效应 变化 无 常 。 再 说 ， 甲 状 腺 素 有 活性 作用 的 浓度 远 远 超过 正常 水 平 。 这 些 都 表明 甲状 腺 素 和 硝 基 酚 之 闻 的 一 致 不 如 我 1 Tae 直接 。 在 和 杜 托 伊 (DuToit) 合作 的 实验 中 ， 我 们 检验 了 所 - 基 酸 并 人 切除 了 甲状 腺 的 大 白鼠 肝 切片 的 效应 。 手 术 前 及 手 Ae, 给 予 生理 剂量 的 甲状 腺 素 使 之 正常 化 。 对 此 系统 ， DNE 可 完全 阻 断 氨基 酸 的 并 人 。 将 无 甲状 腺 和 有 甲状 腺 制 剂 作 比较 ,次 现 无 甲状 腺 制剂 比 正 常 组 的 合成 蛋白 质 的 能 力 He 而 有 里 状 腺 制剂 的 蛋白 质 合成 比 无 甲状 腺 制剂 要 旺 辟 得 ii 殉 。 这 一 实验 本 来 应 该 提醒 我 们 ， 我 们 的 解释 至 多 部 分 可 以 成 立 ,- 申 状 腺 激素 通常 是 生物 合成 的 促进 剂 而 不 是 抑制 剂 。 但 甲状 腺 素 刺激 氨基 酸 并 人 的 实验 结果 并 没有 在 我 们 的 思想 中 所 突 出 地 位 ， 而 是 多 少 被 放 到 一 旁 。 这 说 明 如 果 一 个 大 的 思想 已 确定 向 着 另 一 个 方向 时 ， 往 往 忽 视 了 引 到 正确 方向 土 的 指针 ，: 这 是 多 人 么 令 人 遗憾 的 事 。 但 事实 依然 是 患 甲状 腺 毒 症 的 动物 或 人 确实 表明 有 能 量 的 消耗 。 换 言 之 ， 即 在 呼吸 和 能 量 利用 之 间 有 某 种 形式 *° 57° OP BR. | RAR BE APE TE FS AR PF RR 的 作用 ， 而 这 一 奇妙 的 化 学 物质 愉 甲 状 腺 BROT) 的 作用 仍 有 待 于 作 完 善 的 解释 。 以 我 们 对 激素 作用 的 有 限 了 fe, “RAHA 素 引 起 的 酶 合成 的 净 效 应 似乎 与 大 们 看 到 用 皮 PS EAR FE FS 效应 之 间 有 一 种 一 至 HE, AA ASST. Z, EM ADIN AT 引起 的 总 形象 和 病理 学 改变 的 祥子 看 来 完全 不 同 ， 与 甲状 腺 机 能 亢进 Hil _ 引 自 内 分 泌 学 教科 书 了 。Selye， 站 a Acta Endocrinologica, Université 状 腺 机 能 序 进 患者 ， 她 de Montréal, Montréal , Canada, 显然 不 能 利用 组 织 中 亢 1947, p. 750. 进 的 专 二 性 呼吸 活性 所 供给 的 能 量 , 无 疑 她 受到 某 种 形式 的 能 量 解 侦 联 。 另 一 方面 ， 得 儿 度 过 低 和 正常 浓度 的 范围 之 间 ， 多 Fe Wh A RR (Polyiodothyronines) WAZ EAs Fl AAR. FE 这 一 范围 内 ， 它们 的 作用 表现 很 不 相同 ， 并 县 在 分 子 水 平 目 更 加 复杂 。 这 使 我 们 可 以 得 出 结论 ， 过 量 激素 在 某 种 情况 十 其 症状 所 从 宙 素 未 失 至 正常 的 转变 过 程 中 所 表现 的 症状 是 不 同 的 。 .es.58 。 | , a > a 人 4,° 4 和 克利 夫 顿 Clifton5! 是 最 早 证 明 二 硝 基 酚 DNPE 低 浓度 时 可 完全 阻 断 合成 反应 而 不 干扰 氧化 作用 的 人 之 一 。 其 他 的 研究 工作 者 也 证 明了 此 药品 抑制 氮 的 同化 :1、 生 长 和 分 W's 及 适应 酶 的 形成 《-。 此 外 ， 直 奇 基 斯 。 报道 过 DRNE 防止 酵母 细胞 呼吸 时 摄 人 磷酸 盐 的 初步 数据 。 这些 结果 表 ， 明 ，DNP 作 用 于 细胞 的 主要 机 理 是 磷酸 键 产生 与 氧化 反应 的 偶 联 。 表 1 和 格林 等 人 [5] 的 方法 相同 ， 所 有 样品 含 酶 制剂 1 毫 升 ， 在 KCl-NaHCO， 钥 冲 液 中 制 成 免 肾 匀 浆 ， 离 心 并 用 新 鲜 缓 冲 液 将 沉淀 物 洗 两 次 。 然 后 如 入 0.1 毫升 酵母 己 糖 激酶 、0.0067 摩 尔 / 升 MgCl,、0.013 摩 尔 / 升 NaF、0.00067 摩 尔 / Ft ik F- 5 -磷酸 、pH7.2 的 0.02 摩 尔 / 媳 磷酸 缓冲 液 、0.0167 摩 尔 / 升 果糖 ， 以 及 0.01 摩 尔 / 升 谷 氨 酸 钠 为 底 物 。 制 备 同 样 的 对 照 杯 ， 在 实验 开始 时 就 从 侧 管 斜 注入 酸 以 提供 无 机 磷酸 的 起 始 水 平 。 温 度 ，25C; 气相 ， 空气 Wile 6 分 钟 。 - | RA BRERA mar BB P :O 比 率 〈 微 摩尔 ) (it FR AR) | 无 8.0 | oy 48 2.2 1.8x10-:《 摩 尔 / 升 DNP 7.9 | 1.3 0.2 在 研究 这 一 偶 联 机 理 时 可 观察 到 5 x 10-5 至 2 x 10-4 RE 尔 / 升 DNP 可 防止 磷酸 化 ， 而 不 影响 氧化 或 只 对 氧化 有 轻微 的 刺激 作用 。 DNP 的 浓度 低 至 5 x 10-* 摩 尔 / 升 时 可 显著 降低 P:O 比率 。 此 效应 可 以 用 新 鲜 绥 冲 液 洗 去 DNP 后 ， 得 到 逆转 。 此 外 ， 还 发 现 了 DNP 能 够 “替换 ”无 机 磷酸 盐 ， 后 者 为 这 es 59 。 一 系统 的 必 征 成 分 。 看 来 , DNE 对 缺乏 磷酸 盐 的 系统 有 强烈 的 刺激 作用 , 而 完全 的 系统 只 反应 出 轻微 的 刺激 《〈 见 表 2 )。 Rica 2 WH25C; AH: 空气 ! Hi: 305 FF 磷酸 盐 〈 摩 尔 / 升 ) DNP (摩尔 / 升 ) » | 0 i> Seeker | 0 | 8 x107° 全 点 引 0 ] 4 | 2x10-? | O，:( 微 摩尔 / 升 ) St hs Mee | 18.6 a 21.0 这 些 结果 表明 DNP EFF ABB AC BAER 联 ， 这 一 效应 也 可 以 用 阿 的 平 〈mepacrine) 在 10 -摩尔 / 升 浓度 时 得 到 。 虽 然 受 氮 钠 可 以 降低 P : 9 值 ， 但 它 不 能 在 这 呼吸 抑制 剂 。DNP 只 在 高 浓度 时 才 抑制 呼吸 。 W. F. AR; PERK SHS 波士顿 马萨诸塞 总 医院 生物 化 学 研究 实验 室 和 哈佛 医学 院 生 物化 学 系 。 1948 年 2 月 13 有 日 收 到 发 表 。 引 自 THpe Journal of Biological Chemistry 113 (2) , 1948. $4 xX 献 C11 Clifton, C. E.,in Nord, F. F.,and Werkman, C. H., Adva- nces in enzymology and related subjects, New York 6,269(1946) C23 Winzler, R.J., Burk, D., and du Vigneaud, V., Arch. Bio chem., 5, 25 (1944) 。 C8) Clowes, G. H. A.,and Krahl, M, E., J. Gen. Physiol., 20, 145 (1936) . C4) Spiegelman, S., J.Cell.and Comp.Physiol., 30, 315 (1947) . (5) Hotchkiss, R. D., in Nord, F. F., and Werkman, C. H., Advances in enzymology and related subjects, New York, 4, 153 ; (1944) 。 C61 Green, D. E,, Loomis, W. F.,and Auerbach, V, H.,J. Biol. Chem., 172, 389 (1948) 。 C7 Fellow in the Medical Sciences, National Research Council, ww 60 。 人 四 结束 辅 梅 人 的 工作 LOSS, ARERR TUNG AIL IR? aie 和 的 承认 。 我 是 希望 有 这 一 天 的 ， 它 的 来 临 项 我 很 快乐 ， 十 分 - 感谢 他 们 ， 因 为 这 一 工作 尽管 还 有 很 多 不 完全 的 地 方 ， 他 们 仍然 肯定 其 基本 价值 。 然 而 获得 诺 册 尔 奖金 ， 光 其 这 是 专 发 给 CoA 方 面 的 工作 的 ， 使 我 感到 这 奖金 对 我 与 其 说 是 父 放 松 二 下 的 机 会 不 如 说 是 一 种 责任 。 依 我 判断 ， 蛋 认识 到 我 所 发 现 交 过 P 帮 为 生物 能 量 量子 ， 并 把 能 量 用 于 代谢 功能 及 生 物 合成 中 ， 还 有 较 大 的 距离 。 这 徊 经 是 CoA 工 作 的 动力 ， 这 王 工作 导致 对 得 合 反 应 前 基 团 活化 机 理 的 更 深信 的 理解 。 看 来 ，CoA 工作 已 到 扫尾 阶段 ， 我 已 准备 放下 不 干 了 。 放下 一 珊 已 经 获得 相当 成 功 的 工作 ， 冒 险 进入 一 企 未 知 的 世 界 ， 顺 要 下 急 大 的 决心 ， 租 是 我 希望 在 几 个 ATP 联 系 的 活 . 化 肥 应 中 找到 一 种 不 平常 的 中 间 物 。 氨 甲 酰 碍 酸 类 似 乙 酰 磷 酸 引起 了 我 的 好 琳 立 。 及 氨 酸 出 现 磷酸 甫 丰 用 可 以 解释 为 氨 甲 酰 袜 酸 是 氛 甲 酰 的 供 体 ， 这 就 是 我 科 决 定 去 寻找 的 这 种 中 闻 物 药 第 一 个 。 知 此 局 时 ， 和 硫酸 基 活 花 到 应 对 ATP 的 依 款 性 似乎 寿 出 可 能 有 一 个 磷酸 硫酸 本 作为 中 间 物 。 这 是 一 休 未 PNB HT HARE ,我 就 去 研究 硫酸 根 的 活化 。 我 ” 们 从 未 把 这 些 工 作 当 中 心 ， 昌 然 它 们 对 我 们 提出 的 比较 成 熬 的 问题 给 了 相当 满意 的 回答 。 关 于 它 ， 我 现在 要 单独 加 以 迄 述 ， 然 后 再 回 过 来 谈 更 具有 连续 性 和 吸引 入 的 多 肽 合成 的 研 FE 1952 年 ， 四 州 联合 基金 会 改变 了 政策 ， 从 那 时 开始 ， 我 们 的 经 济 资助 改 由 国家 卫生 研究 院 《NIH)7 供给 ， 在 我 还 未 | 德 到 诺 贝 尔 奖 金 之 时 ， 这 项 资助 就 已 经 很 司 慨 了 。 “科学 基 * 61 ¢ 金 会 ”向 我 提供 1961 至 1966 年 五 年 的 经 济 资助 ， 我 们 接受 了 ， 四 为 这 给 我 们 以 更 大 的 活动 自由 。 然 而 ， 从 1966 年 起 ， 我 们 又 回 到 NI 瑟 的 工作 上 去 了 。 我 愿意 再 一 次 吐露 一 下 我 对 国会 从 六 十 年 代 早 期 以 来 的 态度 改变 使 我 产生 的 遗憾 心 请 ， 并 抄录 我 写 给 《科学 》 的 一 封 信 稿 (Science, 140: 726, 1963 Copyright 1963 by the American Association for the Advancement of Science) ， 文 字 略 异 于 我 们 双方 各 自 表 达意 见 的 一 系列 通信 中 “过 去 二 十 年 ， 美 国 科 学 蓬勃 发 展 ， 作 为 参与 者 之 一 ， 我 愿意 对 政府 执行 委员 会 在 题 为 《公共 卫生 部 研究 基金 的 管 理 》 的 报告 中 ， 所 采取 的 消极 态度 作 些 评论 。 这 个 粗暴 的 报 告 完 全 忘记 了 ， 正 是 由 于 公共 基金 的 分 配 ， 考 虑 周密 才 使 美 国 科学 能 跃进 到 无 可 争辩 的 世界 最 高 地 位 。 国家 卫生 研究 院 和 国家 科学 基金 会 过 去 在 他 们 的 科学 行 政 人 员 领 导 下 ， 决 定 了 一 项 赠 子 基金 的 政策 ， 保 证 了 判定 给 与 基金 时 是 公平 而 严格 的 。 这 就 使 基金 分 配对 有 和 天赋、 有 前 途 的 男女 青年 以 及 那些 已 经 显示 他 们 的 能 力 的 人 受 惠 。 特 别 是 对 青年 人 给 予 基金 资助 和 较 高 的 薪金 ， 不 仅 吸引 了 国内 有 天 赋 的 人 到 科学 领域 里 来 ， 而 且 也 把 全 世界 有 科学 才能 的 人 吸引 到 这 个 国家 来 。 和 很 多 其 他 国家 相反 ， 这 里 有 机 会 在 科 学 界 得 到 一 个 位 置 ， 并 获得 从 事 独立 研究 工作 的 条 件 ， 而 其 他 国家 许多 科学 界 的 结构 ， 却 只 使 很 少数 的 人 能 得 到 这 种 机 会 。 把 这 已 得 到 可 称 为 奇迹 般 成 功 的 政府 支出 费 斥 为 轻率 地 分 配 公共 基金 ， 实 在 令 人 难以 理解 。 这 种 巨大 的 成 功 表明 ， 尤其 与 其 他 公共 开支 相 比 浪费 是 何等 的 徽 小 。 国 会 里 的 议员 给 予 科学 家 这 种 忘 恩 负 义 的 对 待 ， 使 我 不 由 得 不 从 马 塞 勒 斯 (Marcellus) 的 《 普 鲁 塔 奇 〈Plutarch) 的 生平 》 一 书 中 e 62° _ 一 鼻 来 结束 此 信 。 我 承认 引用 此 文 时 ， 意 思 有 些 读 大 : 命中 注定 ， 当 时 阿 基 米 德 要 专心 致 志 用 图 解 去 算出 某 些 问题 ， 他 把 他 的 心思 和 眼力 都 集中 到 他 设想 的 题目 上 ， 从 来 绅 没 有 注意 到 罗马 人 已 经 人 委 ， 也 没有 注意 到 锡 拉 丘 冀 ‘Gyracuse) 城 已 经 陷落 。 在 他 极端 高 度 集中 地 研 究 和 甩 有 浇 的 时 候 ， 一 个 士兵 出 平 意料 地 来 到 他 面前 ， 命 令 他 眼 他 到 马 塞 勒 斯 去 。 他 在 证 明 出 问题 之 前 ， 拒 绝 照 兵士 说 的 去 做 ， 和 于 个 士兵 大 怒 ， 抽 出 刀 来 ， 一 下 穿 透 了 他 的 身体 。? 参考 文 mM 51] Enzymatic synthesis of zcetyl phosphate. J.Bioi. Chem. res 55 (1944) . €23) Acetyl phosphates chemistry, determination, and synthesis. With | L. C. Tuttle, J. Biol. Chem. 153, 571 (1944) . C83 The detection of activated carboxyl groups with hydroxylamine as 4 interceptor, With L. C. Tuttle, J. Biol. Chem. 161, 415(1945). C4) Acetyl phosphate. Advances in Enzymology 6, 231 (1946) . C5) Light-induced phosphorylation by cell-free preparations of phot- osynthetic bacteria. A. Frenkel, J. Am. Chem. Soc. 76, 5568 (1954) . (63 Photophosphorylation in extracts of Rhodospirillum rubrum | : With D. M. Geller, J.Biol. Chem. 235, 2478 (1960) 。 (73 Development of the acetylation problem, a personal account. Science 120, 855 (1954) 。 [8] The Metabolic Function of Pantothenic Acid, in The Vitamins, Vol. 2, (New York: Academic, 1954) , p.598. [9] An enzymatic reaction between citrate, ATP ard CoA. With P。 A.Srere, J. Am. Chem.Soc. 74, 4874 (1953) . [10] H. M. Kalckar, Biological Phosphorylations. Development of Concepts, (Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, 1969) C11) Observations on respiration and phosphorylation with liver mito- chondria of normal, hypo, and hyperthyroid rats. With H. Nie- meyer, R, K, Crane and E, P. Kennedy, Federation Proc. 10, 229 (1951). (12) The uncoupling of respiration and phosphorylation by thyroid ho- rmones. With F. L. Hoch, Proc, Nat. Acad. Sci,U.S.40, 909 (1954) 。 : . 13) Magnesium antagonism of the uncoupling of oxidative phosphoryla- tion by iodothyronines. With S.H.Mudd, and J. H. Park, Proc. Nat. Acad. Sci, U.S. 41, 571 (1955) . [143 The effect of thyroidectomy on the incorporation of 4*C-labeled DL-alanine in rat liver slices. With C. H. DuToit, Abstract, Am. Chem. Soc. Div. Biol. Chem, 1951, p.30C. «64° t. AF EG 相当 一 段 时 间 里 ， 毛 甲 酰基 的 传递 就 模 模糊 糊 地 对 我 有 一 种 吸引 力 ， 这 种 传递 形成 一 种 脲 酰 衍 生物 ， 可 能 是 从 一 SHRM ARS C1) PDBORM, PCRS c23; . O OH H,N-C ~R+H,N*R’ >H,N* C-N-R’ +RH (1) O OH- ~H,C+C ~R+H,N+R’+H,C-C-N-R’+RH (2) 那 时 还 买 不 到 瓜 氨 酸 ， 我 费 了 大 劲 合成 了 这 种 化 合 物 ， 冻 不 知 它 已 经 老 早 就 在 我 的 抽 屠 里 等 着 。 同 时 P. PAB (P.P.Cohen) 和 5. 格 里 索 利 里 (S.Grisolia) 的 工作 早 所 表明 ATPE 是 能 量 的 供 体 。 促 使 我 们 自己 试验 的 最 后 一 个 推动 力 是 上 面 已 经 提 到 的 在 细菌 提取 物 中 瓜 氨 酸 的 磷酸 解 作 用 的 报告 。 这 些 ， 使 我 相信 肯定 氮 甲 酰 磷酸 CCAP) 就 是 那 有 活性 的 所 甲酸 酯 ， H O O RN.C.NH, +HOPOyeeRNH, + OzPOCNH, 所 以 我 们 决定 对 瓜 氢 酸 采 用 细菌 合成 法 布 不 用 看 起 来 更 为 复杂 的 肝脏 反应 方法 。 玛 丁 。 爱 伦 。 琼 斯 (Mary Ellen Jones) 刚刚 完成 了 ATP-CoA- 乙 酸 反应 的 工作 ， 于 是 我 建议 她 试 试制 备 羔 链 球菌 (Streptococcus fecaelis) 提取 e 65 。 , CAF ROMER RRRN. RHAZRA—-* 不 稳定 磷酸 化 衍生 物 作为 一 个 中 间 产 物 ， = 似 地 证 明 CAPE 就 是 这 个 反应 的 产物 。 实验 证 明 磷 酰 化 衍生 物 在 酸 中 不 稳定 ， 它 的 积 缘 比 乙 酰 ， 磷酸 少 得 多 。 我 们 放弃 了 CAP 是 中 间 物 的 想法 ， 因 为 它 太 不 稳定 。 在 瓜 氨 酸 磷酸 解 反应 中 ， 要 制备 大 量 这 种 不 稳定 的 中 间 物 是 不 容易 的 。 我 们 感到 有 相当 足够 的 证 握 证 明 CAE 的 存在 ， 于 是 就 和 里 昂 纳 德 。 斯 佩 克 特 讨论 它 的 化 学 合成 问题 。 他 和 保 尔 。 察 梅 尼克 (Paul Zamecnik) WH FE th (Huntington) 实验 室 有 联系 。 这 个 实验 室 就 在 麻 省 BE 院 的 研究 楼 中 ， 在 我 们 实验 室 的 下 一 层 。 这 两 个 实验 室 交 流 活跃 ， 互 相 是 有 好 处 的 。 里 昂 纳 德 。 斯 佩 克 特 设计 了 一 个 非 第 容易 合成 CAE 的 方法 ， 解 决 了 我 们 的 问题 。 认 识 到 CAE 和 乙酰 磷酸 的 相似 点 ， 他 就 寻找 一 种 与 本 特 利 (Bentley) (1) 从 乙烯 酮 (CH, : CO) 和 磷酸 合成 乙酰 磷酸 类 似 的 合成 方法 。 经 过 试验 ， 他 成 功 地 用 和 氰 酸 盐 或 更 好 是 异 氰 酸 和 无 机 磷酸 盐 合 成 了 CAP， (27 : 7 ‘ O H,C=C =0-H,C- C -O0-PO= (1) H-O-PO; 0 HN =C=0->H,N+C + O-PO; ee), 一 H-eO+PO§ 一 量 CAP 可 以 用 合成 方法 获得 ， 它 在 细菌 以 及 哺乳 动物 系 统 内 作为 活性 氨基 甲酸 酯 就 容易 被 证 实 了 。 由 于 错误 的 观点 ， e -66 。- ss er PU LST BAK REBT, OU REO ARTL VALE TREMOR, LARIAT 安慰 。 氨 甲 酰 磷酸 酯 是 酶 促 合成 瓜 氨 酸 中 的 氨 甲 酰 供 体 [2 ，” 引 自 美国 化 学 会 杂志 第 77 卷 819 页 〈1955) FARA: 近来 尼 维特 (Kanivett) (2), BF Se 德 Sla- Bs de) (8.4). Bie 诺 夫 斯 基 CKorzenovsky) MPS CCWerkman) 5°), }e RMR (Stulberg) 和 博 HS(Bo- yer) (ORF AVERY ch ARE WY 的 研 究 的 工作 ， 都 大 大 促进 了 对 此 种 反应 机 理 的 了 解 。 看 来 现在 有 相 当 大 的 可 能 在 此 系统 中 证 实 有 一 个 磷酸 化 中 间 物 存在 ， 此 系 统 似 乎 与 徽 生物 提取 物 中 丙酮 酸 的 所 谓 磷酸 裂解 反应 具有 某 些 相 同 之 处 。 为 了 鉴定 一 个 磷酸 化 中 间 物 ， 利 用 凑 链 球菌 了 R 的 提取 物 ， 观 察 不 到 ATP5s] 和 鸟 氨 酸 之 间 的 反 应 。 然 而 ， 如 表 工 所 示 ， 将 碳酸 铵 -氨基 甲酸 酯 和 ATP 或 用 磷 酸 丙酮 酸 +ADE 则 更 好 的 平衡 混合 物 蝴 温 ， 就 可 以 形成 一 个 比 RE 定 的 磷酸 化 中 间 物 。 这 一 化 合 物 在 菲 斯 克 和 塞 巴 罗 磷 酸 盐 试 剂 中 只 能 慢 慢 分 解 ， 但 是 在 0.01 当 量 HCl 中 ， 在 1100 加 热 1 分 钟 便 完全 水 解 。 此 化 合 物 可 用 此 法 测定 之 。 - 在 瓜 氨 酸 中 ， 这 一 氛 甲 酰基 的 前 驱 物 已 经 用 合成 法 鉴定 为 氮 甲 酰 磷 酸 。 只 要 按 下 述 方法 将 二 氢 磷 酸 盐 和 和 氰 酸 盐 混 合 ， 氨 甲 酰 磷酸 酯 极 容易 制备 出 ，0. 1 摩尔 磷酸 二 和 氢 钊 和 0.1 摩 尔 氰 酸 钾 溶 解 在 100 毫 升水 中 ， 将 溶液 加 热 至 30*2，30 分 钟 后 在 冰 中 冷却 。 将 0. 3 摩尔 氢 氧 化 锂 和 0. 2 摩尔 过 氯 酸 配 ZSZFKA, UKAABEMA LARAARK 中 ， RAH .8.3， 形 成 的 沉淀 物 为 过 氯酸钾 各 磷酸 锂 。 过 波 除 去 之 。 滤 © 67» 液 含 气 甲 酰 磷 酸 锂 。 慢 慢 加 入 大 约 相 等 容积 的 乙醇 ， 则 可 把 它 沉 淀 出 来 。 若 重复 用 乙醇 沉淀 ， 即 可 得 到 纯度 为 90 一 95 吧 | 的 可 用 于 酶 试验 的 毛 甲 酰 磷 酸 二 锂 。 表 1 从 ATP 生 成 气 甲 酰 磷酸 酯 生成 氨 甲 酰 磷 酸 酯 的 完全 钱 温 混合 液 含有 :，200 微 摩尔 / 升 = (BRE) - 氮 甲 烷 缓 冲 液 ，pH8.5， 5 微 摩尔 / 升 MgCl: 25 微 摩尔 / 升 攻 FE 0.6 微 摩尔 / 升 ADP, pH7.0; 100 微 摩尔 / 升 碳酸 铁 / 51KRE/ARREGRAMRM, 10% MR/AL-LAB;s 0.01 毫 克 结 晶 丙 酮 酸 激酶 。 及 0。.5 毫 克 / 毫 升 凌 链 球菌 提取 物 。 终 容积 1 毫升 。 各 试管 在 30T KH BIO, APRRME EZ K001 48 HCl 100°C AK 1 4+ SP HEA Bt A. ae 法 测定 的 。 Pi Pu nN 瓜 气 酸 〈 微 摩尔 /毫升 ) 〈 微 摩尔 /毫升 〈 微 摩尔 /毫升 7 1.7 加 B 0,20 0,418 0 2PM RR BA eR Gel Sie. 4’ 0.05 0 3* 不 加 Mg 或 乌 氨 酸 0.32 0.468 0 4AM SAR 0.45 1,30 0 5, 完 全 系统 5.50 0.10 5.1 a: X-KHRARNOAMH Rie KM —- ADM 7 RRS SAAR. Er BBS Cy EM BB KE Ze SE SE 4 HR 混合 物 相 对 稳定 这 两 点 是 与 酶 催化 形成 的 化 合 物 相同 的 。 用 微生物 酶 将 氨 甲 酰 磷酸 和 鸟 氨 酸 合成 瓜 氨 酸 的 结果 列 于 表 2 。 可 注意 到 在 没有 酶 或 有 酶 但 不 加 鸟 氨 酸 的 条 件 下 有 一 小 部 分 化 合 物 月 然 分 解 了 。 根 据 过 去 研究 人 员 观 察 ， 在 有 表 2 ”从 氮 甲 酰 短 酸 酯 合成 仅 氨 臣 气 甲 酰 磷 本 系 统 的 全 部 钱 漫 混合物 含 有 ，200 微 摩 尔 / 升 三 CBRE) -所 甲烷 缓冲 液 ，pH8.5，10 微 摩尔 / 升 鸟 气 酸 ，pH8.0，5 微 摩尔 / 升 MgCly2， 6. 20K HEIR / Ft CAP (会 0.8 微 摩尔 / 升 ERMA) ， 和 含 0.1 毫 克 蛋 白质 的 凌 链 RUB, LMT. RIOT MIOF 好 一 一 Py > CAP Iho wR ( 微 摩尔 /毫升 ) 〈 微 摩尔 /毫升 ) 〈 微 摩尔 ,毫升 ) 和 - Pel sy : 完全 系统 ,有 零 时 0.8 1 0 岂 完全 系统 ， 经 解 温 6.9 0 6.3 不 加 Mg** . 6.8 0 6.3 : 7B i 9 xR 2.4 4.7 | 0 | 不 加 酶 2.3 4.5 0 ADE 存 在 时 ， 瓜 氨 酸 磷酸 裂解 并 形成 AIE， 其 中 间 物 应 该 是 容易 和 ADP 反 应 的 。 表 3 的 实验 证 明了 这 一 点 ， 并 显示 为 快速 反应 。 因 此 我 们 认为 瓜 氨 酸 的 合成 步骤 是 : O O H,N-C-OH + ADP-O~POj«*H, N+ C-O~PO3+ADP (1) Q H,N-C ~O-PO; +NH,+(CH,),*CHNH,*COOH <-> 9 H, N«-C~NH-+(CH,),CHNH,+COOH + HO-PO}; (2) RW (1) 需要 镁 离子 ， 但 反应 (2) 不 需要 〈 人 参阅 表 8 和 #2). 表 3 MAR RM me ATP SRABRAM A: 200M R/S GRRE) -氨基 Pe Row, pH 8.55 10 K/AMegCle; 7.2% BR ADP pH7.0; 8.58 微 摩尔 / 升 的 CAP ( 含 1.3 微 摩尔 / 升 无 机 磷酸 和 1.5 徽 摩尔 / 升 所 8)3 含 0.5 毫克 蛋白 质 的 娄 链 球菌。 CRM. KARLRA. RECIOCH MIAH. 差 数 代表 零 时 去 蛋白 的 完全 系统 与 反应 管 之 差 。 上 ATP CAP Py Pio Pu NH2® ( 微 摩尔 /毫升 ) ( 微 摩 尔 / 毫 升 ) GRER/BA) 〈 微 摩尔 /毫升 ) 完全 系统 +0。30 +7.4 -7.35 +7.5 不 加 酶 +1,20 0 -1,64 eh 不 加 ADP +1.30 0 -1,.32 tenes 不 加 Mg2+ —s- + 0,86 +34 4,54 +3,2 ar MMWR (conway) RMEOC, WwAMK-COsMRRPRH NH3s， 数 据 反 映 已 固定 的 氨基 甲酸 酯 对 碱 的 稳定 性 〈 参 考 文献 (11]) 。 线粒体 实验 说 明 在 动物 系统 中 CAP 同 样 可 HR BE HE 给 鸟 氛 酸 。 氢 甲 酰 - 鸟 氨 酸 激酶 显得 更 加 稳定 ， 并 且 远 比 以 ATP 开 始 的 总 反应 更 有 活力 。 表 4 的 实验 中 表示 发 生 了 一 个 从 CAP 的 快 传递 反应 ， 而 同一 提取 物 〈 表 中 没有 列 入 )， ATP 却 没有 作用 。 用 完整 的 线粒体 时 ，ATP 在 60 分 钟 内 的 活性 只 有 CAP 在 10 分 钟 内 的 活力 的 1/15。 用 相似 的 制备 ， 格 里 索 利 亚 和 科恩 2 报道 了 瓜 氨 酸 中 毛 甲 酰基 有 一 个 不 稳定 的 前 驱 物 。 es 7 了 0 。 表 4 AKA RRR A H.R (0.9 毫克 蛋白 ) ， 反 应 总 容 % #125, pH7.5, £37 CH M307 H, HhREAH2. Py CAP RAB ( 微 摩尔 /毫升 ) (向 摩尔 /毫升 ) AUER / 8H) 完全 系统 ， 零 分 钟 1.0 4,2 0 eR, 2H 5.2 av 4,1 AMCAP, ZH 0.1 0 0 在 微生物 提取 物 中 ， 如 果 用 门 冬 氮 酸 代替 鸟 氢 酸 作为 毛 甲 酰 接 受 体 ， 可 观察 到 与 氛 甲 酰 磷 酸 的 较 慢 的 反应 ， 表 明和 氢 ， 甲 酰 门 冬 氛 酸 的 合成 有 类 似 的 机 理 。 由 | 门 冬 氨 酸 ，AIE 及 碳酸 氨 或 一 个 不 稳定 的 毛 甲 酰 前 驱 物 合成 的 这 一 化 合 物 ， 最 — 近 已 在 哺乳 动物 肝脏 提取 物 中 由 洛 温 斯 坦 〈Lowenstein) MA BO -ReP. 赖 夏 德 《〈E.Reichard) 04- 作 了 描述 。 参考 文献 及 附注 / C1) 这 一 研究 由 国家 卫生 研究 院 的 肿瘤 研究 所 、 公 共 卫 生 部 及 人 寿 保险 医 学 研究 基金 会 资助 。 C2) V.A.Knivett, Biochem.J., 50, xxx(1952); 58, 480 (1954). [8] H.D.Slade and W.C.Slamp, J.Bact, 64, 455 (1952) . (4) H.D.Slade, Arch.Biochem.Biophys, 42, 204 (1953) . (5) M.Korzenovsky and C.H.Werkman, ibid, 41, 233 (1952) . C6) M. Korzenovsky and C. H. Werkman, Biochem. J, 57. 343 (1954). C73 M.P.Stulberg and P.D.Boyer, This Journal, 76, 5569 (1954). C8) FRIRMBH, ATP, =HRMRF, ADP, —BRMRE, CAP, AYR 酸 ，Pi， 正 磷酸 盐 : Pa, HK CRM ths Pio, 10 A, 4 MHC! 1000 7k HM BME. (9) R.M.Archibald, J, Biol.Chem., 156, 121 (1954). ‘71 ¢ ee a 一 人 一- - [10] R.B.Johnston, M.J.Mycek andJ.S.Fruton, J.Biol.Chem., © 185, 629 (1950) . (211) A.Jensen and C.Faurholt, Acta Chem. Scand., 6, 385 (1952). (12) S.Grisiolia and P.P.Cohen, J.Biol Chem., 204, 763 (1953). (13) J. M. Lowenstein and P. P. Cohen, This Journal, 76, 5571 (1954) . ; - (14) P. Reichard, Acta Chem. Scand., 8,795 (1954) (15) 美国 肿瘤 学 会 研究 员 。 SOS), BOE, Saw BEREEZNKLMALKRZAEREWVLSRRLRSAFERAS& 验 室 ， 哈 佛 医 学 院 生物 化 学 系 1954 年 12 月 30 日 收 到 氛 甲 酰 磷酸 酯 被 认为 是 有 生物 活性 的 氮 甲 酰基 供 体 。 我 们 这 一 简短 的 总 结 表明 它 在 所 甲 酰基 传递 反应 中 起 最 重要 的 生物 学 上 的 作用 ， 瓜 氨 酸 的 合成 ， 导 致 精 氢 酸 和 氮 里 酰 门 入 氨 酸 的 合成 ， 即 产生 尿 苷 酸 UMP 和 胞 背 酸 CMP 的 第 一 步 。 与 它 作 为 氨 甲 酰 供 体 的 一 致 性 的 直接 的 效应 相反 ，CAP 的 生物 合成 已 被 证 明 为 复杂 的 反应 。 为 了 说 明 ， 这 里 引用 琼斯 和 李 普 曼 (Proc. Nat, Acad. Sci, 6.1194, 1960) KW— Rivit: “在 哺乳 动物 组 织 和 细菌 内 CAP 合 成 的 比较 ， 尿素 合成 是 动物 代谢 中 一 个 重要 方面 ， 对 它 的 兴趣 引起 了 对 动物 组 织 里 瓜 氨 酸 合成 的 研究 ， 特 别 是 对 动物 肝脏 的 研究 比 对 刚才 论 及 的 细菌 系统 的 研究 更 加 深入 细致 。 尿 素 是 在 肝 中 合成 的 ， 格 里 索 利 亚 和 科恩 + 的 工作 提供 了 最 早 从 ATP 获 得 能 量 的 证 据 。 稍 后 ， 在 科恩 的 实验 室 ， 发 现 这 一 反应 取决 于 N- BR 化 的 谷 氨 酸 的 存在 ， 如 乙酰 或 氛 甲 酰 谷 氨 酸 “ 。 在 我 们 里 先 的 报告 中 -2:- 已 经 指出 乙酰 谷 氨 酸 不 是 我 们 的 细菌 系 统 中 的 组 成 成 分 。 从 ATP 和 和 毛 基 甲酸 酯 合成 CAP 的 纯化 的 酶 制剂 不 需要 这 个 辅 因 子 。 然 而 。 很 快 就 发 现 了 在 动物 组 织 中 es T2 ¢ ) CAP 也 是 瓜 所 酸 氨 甲 酰基 的 前 驱 物 ， 并 且 从 CAP 将 氨 甲 栈 | 基 传 递 至 鸟 气 酸 时 ， 不 需要 乙酰 谷 氨 酸 "*?。 人 处 加 的 催化 齐 下 和 乙酰 谷 氨 酸 只 是 在 动物 系统 中 CAD 合 成 时 才 起 作 用 ， ”此 这 是 一 个 更 为 复杂 的 反应 。 近 来 的 工作 表明 -*]， 这 种 反 | 应 要 有 两 个 ATP 参 加 ， 不 像 在 微生物 系统 中 至 少 在 3 链球 恒 。 菌 中 那样 ， 由 氨基 甲酸 酯 和 一 个 ATE 就 可 直接 合成 CAP。 总之， 现在 一 致 公认 在 动物 组 织 以 及 微生物 系统 内 ， 在 ， 鸟 氨 酸 和 门 冬 氨 酸 的 氨 甲 酰 化 反应 中 ，CAP 是 其 中 间 产 牺 。 。 早先 讨论 的 很 多 曾经 被 称 为 化 合 物 X 的 “活性 氨基 甲酸 酷 ” ， 现 在 被 证 志 就 是 CAP:7)。 动 物 系 统 中 的 乙酰 谷 氨 了 效应 与 微生物 系统 中 的 不 同 ， 主 要 限于 合成 CAP， 而 不 是 从 CAP 传 递 氨 甲 酰基 。 GAP 的 生物 合成 ， 氨 酸 盐 和 磷酸 盐 自发 缩合 成 CAP， 看 来 是 最 容易 合成 高 能 斐 酸 载体 的 例子 。 在 最 近 讨 论 生命 起 it’, 曾经 想到 需要 自发 形成 一 种 带 能 量 的 磷酸 化 合 物 ， 候 定 在 有 宙 物 存在 前 期 ， 氰 酸 盐 已 经 存在 ， 那 么 也 应 该 有 磷 酸 盐 以 便 形 成 CAP， 虽然 估计 它 只 有 相当 低 的 浓度 ， 有 些 微 符 物 以 它 作 能 量 来 源 的 设想 更 加 引 人 人 入 迷 ， 娄 链球 菌 中 瓜 氨 酸 的 磷酸 解 作 用 可 以 经 过 适应 性 过 程 而 发 展 为 能 量 来 源 的 主要 途径 4x, 9-11 Js EEE + 磷酸 盐 一 CAP + 鸟 氛 酸 CAP+ADP->ATPE+CO +NH， 看 来 在 这 种 产生 了 适应 性 的 生物 中 ， 瓜 氨 酸 发 酵 可 以 绯 持 生 命 和 生长 。 它 们 靠 CAP 作 为 能 量 的 唯一 来 源 而 生存 着 。 虽然 这 个 设想 看 来 有 吸引 力 ， 但 是 仍然 需要 考虑 。 从 代 谢 的 角度 来 说 ，CAP 只 是 核 昔 酸 多 磷酸 系统 的 一 种 磷 酰 基 供 体 ， 而 不 一 定 真正 是 一 个 好 的 主要 能 量 来 源 ， 看 来 主要 的 供 体 更 可 能 是 在 许多 种 不 同 有 机 体内 发 现 的 无 机 多 磷酸 盐 se ?3 。 参 考 文 献 (1) S.Grisolia ind P.P.Cohen, J.Biol.Chem.191, 189 (1951) . (2) Ibid.J.Biol.Chem.204, 753 (1953) . €8) M.E. Jones, L. Spector, and F, Lipmann, J. Am. Chem. Soc. . 77, 819 (1955). (43 M.Korzenovsky, in ASymposium on Amino Acid Metabolism, W. D. McElroy and B. Glass, Eds. (Baltimore: Johns Hopkins, 1955) P. 309. C5) M. E. Jones, L. Spector, and F. Lipmann, in Proc. 3rd Int- ernational Congress of Biochemistry, Brussels, 1955, C. Lieb- ecq, Ed. (New York: Academic, 1956) , p. 270. C6) R. L. Metzenberg, M. Hall, M. Marshall, and P. P. Cohen, J. Biol. Chem. 229, 1019 (1957) . C7) R.O. Marshall, L. M. Hall, and P. P. Cohen, Pie Bio- phys. Acta 17. 279 (1955). [8] J.D. Bernal, in Proc. Ist International Symposium on The Origin of Life on the Earth, A. I. Oparin er al., Eds (Lon- don: Pergamon, 1959) , p. 38. C9) V. A. Knivett, Biochem, J.56, 602 (1954) . (10) E.L.Oginsky, in A Symposium on Amino Acid Metabolism, W.D.McElroy and B. Glass, Eds. (Baltimore: Johns Hopkins, 1955) » p. 300. (11) H. D. Slade, in A Symposium on Amino Acid Metabolism, W.D.McElroy and B. Glass, Eds. (Ba lticyonns Johns Hopkins, 1955) » Pe 321, - « 74° — . «al ; , [> 八 、 硫 酸 盐 的 活化 德 迈 欧 (DeMeio) 的 工作 已 清楚 的 证 明了 硫酸 盐 和 ATP 间 的 相互 作用 ， 这 又 提出 了 一 些 专门 问题 。 它 所 以 吸 ， 引 我 ， 还 因为 我 想 从 这 里 学 习 一 些 普遍 的 离子 转运 的 知识 。 | 直到 现 在 我 还 不 知道 情况 是 否 确实 如 此 。 从 帕 迪 (Pardee) . 对 硫酸 盐 转 运 的 大 量 工作 和 他 对 一 个 硫酸 盐 载 体 蛋白 的 分 离 来 看 ， 硫 酸 盐 转 运 更 像 有 机 分 子 通过 生物 膜 时 的 转运 机 制 。 我 们 开始 研究 时 ， 感 到 奇怪 的 是 在 化 学 文献 中 找 不 到 硫 ” 酸 盐 和 磷酸 盐 的 混合 酸 本 存在 的 任何 迹象 ， 本 来 以 为 ATP- | 硫酸 盐 反 应 会 生成 这 种 产物 的 。 焦 硫酸 这 种 两 分 子 硫酸 间 的 | 。 酸 本 在 无 机 化 学 教科 书 中 是 提 到 过 的 。 游 离 酸 H,S:O, 很 容 易 分 解 为 SO。 + HSO, 是 一 个 强 磺 化 剂 。 它 的 盐 遇 到 水 便 ”立即 水 解 。 于 是 ， 寻 找 这 个 活化 硫酸 盐 很 可 能 使 我 们 得 到 一 ”类 新 化 各 物 。 果 然 ， 实 验证 明 硫 酸 盐 活 化 是 以 硫酸 根 置换 ATP 中 的 焦 磷 酸 基 而 发 生 的 ， 产 生 比 较 稳 定 的 腺 苷 -5/- 磷 酰 硫酸 CAPS) 。 羧 基 活 化 和 硫酸 根 活化 明显 相 似 ， 羧 基 必须 磷酸 化 才能 被 还 原 ， 所 以 硫酸 盐 需 要 脱水 后 才能 被 还 原 。 我 们 的 工作 几乎 完全 集中 在 硫酸 基 的 活化 上 ， 因 此 也 集 中 在 硫酸 根 向 酯 键 的 传递 上 面 。 第 一 个 认真 尝试 分 离 硫酸 - 腺 苷 酸 衍生 物 的 是 赫 尔 穆 特 © 希 尔 北 〈Helmut Hilz) 。 他 用 层 析 法 证 实 了 这 种 结合 产 。 驳 的 存在 ， 并 且 对 最 终 解 决 这 个 问题 作出 了 重大 的 贡献 ， 证 实 了 在 ATP 和 硫酸 盐 的 酶 促 反 应 中 有 焦 磷 酸 释 出 。 和 希 尔 冀 BPG. dE + BRM (Phil Robbins) 接手 研究 这 个 间 e 75 se ‘ i 题 ， 经 过 两 年 ， 成 功 地 阐明 了 它 的 机 理 。 他 用 大 电 鼠 肝 脏 制 备 了 了 酶 提取 物 ， 其 中 的 ATI 和 硫酸 相互 作用 得 到 一 种 产 物 ， 这 就 是 腺 背 酸 -5“- 磷 杯 硫 酸 ， 它 含有 在 核糖 3 位置 上 酯 化 的 另 一 个 磷酸 。 这 个 3y- 严 芯 脏 背 艾 -57- 磷 酰 硫 酸 简称 PAPS， 就 是 代谢 上 活性 硫酸 的 载体 。 为 了 试验 我 们 新 发 现 的 活性 硫酸 的 硫酸 传递 活性 我们 有 一 段 时 间 陷 人 了 多 糖化 学 的 迷宫 之 中 。 大 多 数 在 生物 学 土 具有 重要 意义 的 硫酸 衍生 物 都 属于 这 一 类 。 在 为 首次 尝试 ， 我 们 设 靶 证 明 二 个 硫酸 基 可 从 PAPS 传 递 至 硫酸 软骨 素 ， 这 PERE TEE FLERE MA. FHM. Ap Pus ‘io D’ Abramo) 和 我 成 功 地 在 鸡 胚胎 软骨 提取 物 RY Git 酸软 骨 素 进行 了 部 分 生物 合成 。 PRT ATP HEREC, BSR SI— AVA DP oh we 化 酶 ,或 称 为 APS 磷 酸化 酶 。 它 能 在 APS 和 无 机 磷酸 之 间 催化 反应 以 形成 ADP : AP~P+S-AP~S+P:;, 4% Al «fist (Harry Peck) 在 硫化 莫 的 提取 物 中 发 现 这 壮 反应 是 氧化 磷酸 化 反应 中 的 二 个 步骤 时 ， 这 个 反应 就 变 得 很 重要 了 。 在 这 些 细菌 中 有 腺 背 酸 存在 时 , 亚 硫 酸 氧 化 可 产 生 人 Ps， 太 PS 又 通过 这 三 磷酸 化 酶 将 硫酸 盐 交 换 为 磷酸 盐 而 产生 太 DP， 最 后 经 蔷 化 作用 产生 六 IF。 由 于 已 经 证 明 ， 这 些 细 菌 可 以 只 人 靠 连 四 硫酸 盐 Mi54Oe 为 能 量 来 源 而 生长 ， 那 女 以 多 少 已 还 原 了 的 硫酸 衍生 物 氧 化 产生 高 能 磷酸 盐 的 事实 是 侥 有 趣味 的 ， 因 为 这 是 一 个 无 机 底 物 的 氧化 与 高 能 磷酸 键 的 生 RAS KAY DLE. 我 们 实验 室 唯一 研究 硫酸 盐 还 原 的 是 弗 兰 科斯 ， 查 普 维 东 博 十 ， 他 的 研究 是 在 数 年 前 开始 的 。 那 时 他 对 鸟 的 卵黄 面 和 疏 点 类 胚胎 《可 能 在 兰 椎 动物 是 独特 的 》 中 发 现 的 硫酸 盐 还 原 这 个 独一无二 的 例子 很 感 兴 证 。 但 这 些 实验 在 最 近 才 丛 9 8。 ee FRR BARREN T—METI, 有事 tRNA 在 用 生生 关隘 的 作用 研究 , | RCRA ISLA MOONE RAIA a (Ba - ndurski) 对 酵母 在 硫酸 盐 中 还 原 的 过 程 所 描述 的 相同 一 APS 是 还 原 成 亚 硫 酸 盐 所 需 的 底 物 。 有 趣 的 是 卵黄 训 内 、 LPAPS 合 成 所 需 的 酶 类 在 卵黄 襄 与 胚胎 中 断 联 系 后 就 消失 T. 显然 ， 在 基因 组 内 存在 着 一 种 “化 石 2 顺 反 子 《Ci- strony ， 它 在 成 年 机 体内 从 不 显现 。 这 在 器 官 的 发 生 MB 式 王 肯定 是 普遍 的 现象 ， 但 是 一 个 对 此 相当 无 知 的 生物 化 学 ， 家 看 到 在 胚胎 附属 器 宫 中 短暂 地 存在 着 酶 ， 贱 化 后 又 归于 消 和 失 ， 是 很 吃惊 的 。 BUA LIEN “活化 = SERA FRE 到 各 种 接受 体 的 工作 已 在 《科学 》 中 有 过 综合 的 评论 ， 在 此 ” 摘 引 如 下 ， 疲 酸 盐 的 生物 学 活化 和 传递 9 ‘ TTT OL ee ee ”内 的 多 种 多 样 的 化 合 物 之 中 。 这 些 化 合 物 中 最 重要 的 是 硫酸 化 的 粘 多 糖 ， 如 硫酸 软骨 素 ， 即 软骨 的 基质 及 在 粘液 组 织 中 类 似 的 粘 多 糖 等 。 肝 素 也 属于 这 类 。 它 突 出 之 点 是 含有 大 量 的 硫酸 盐 ， 部 分 地 结合 在 其 中 一 种 组 分 氮 基 葡萄 糖 的 毛 基 止 。 此 外 ， 在 脑 和 其 他 组 织 中 有 一 种 硫酸 化 的 脑 苷 脂 类 。 另 一 方面 ， 和 硫酸 盐 结 合 是 动物 体内 酚 解毒 的 一 种 方法 。 酚 类 与 硫酸 盐 的 这 种 结合 ， 主 要 是 在 肝 及 肠 内 。 这 种 结合 ， 多 年 @ 引 自 Science 128 (3324) + 575 一 580，Sept。12，1958。 Copyright 1958 by the American Association for the Advancement pf Sei- ence, e 77 。 来 用 于 研究 硫酸 盐 的 传递 机 制 。 既然 代谢 中 形成 这 人 么 多 的 硫酸 化 物质 ， 看 来 活化 硫酸 盐 很 可 能 有 一 个 共同 的 代谢 载体 ， 在 细胞 的 酶 促 系 统 中 可 作为 一 个 通用 的 硫酸 盐 供 体 。 这 一 点 ， 当 德 梅 K-'- 这 位 硫酸 盐 ， 活化 领域 的 开创 者 论述 了 在 无 细胞 系统 内 ATE`:- 可 以 成 为 硫酸 盐 活化 能 量 的 来 源 时 就 更 加 得 到 证 实 了 。 伯 轧 斯 坦 ， (Bernstein) MAWEKE (McGilvery) 对 硫酸 盐 活化 发 生 的 机 制 型 式 进一步 作 了 阐明 。 所 有 这 些 用 肝 系 统 进行 的 工作 都 有 力 地 表明 与 酚 的 结合 是 一 个 两 阶段 过 程 ， 第 一 步 是 硫酸 盐 的 活化 ， 分 开 进 行 的 第 二 步 才 传递 至 酚 。 所 以 在 活化 过 程 中 ，ATPE 的 磷酸 栈 的 能 量 显然 传递 到 了 硫酸 盐 ， 看 来 很 可 能 是 在 硫酸 盐 和 磷酸 盐 之 间 形 成 了 一 种 混合 丁 。 下 列 结构 代表 这 一 活化 过 程 站 人 人 hk R-O-P*O-P-O-P-O- (1) RO-P+0+5+0" (2) O- 07.0: 0. O 然而 ， 在 文献 中 找 不 到 这 种 混合 本 的 化 学 资料 。 焦 硫酸 盐 是 大 们 熟悉 的 化 合 物 ， 但 是 对 水 很 敏感 ， 并 且 显然 和 有 机 酸 本 一 样 是 不 稳定 的 。 由 于 所 有 这 些 原因 ， 硫 酸 盐 活化 在 基 困 活 化 上 提出 一 个 比较 特殊 的 问题 ， 它 对 我 和 我 的 同事 有 很 大 的 吸引 力 。 于 是 ， 大 约 三 年 前 ， 我 决定 由 我 们 亲手 来 证 清 这 个 奥妙 反应 中 的 化 学 问题 。 用 图 1 中 的 图 解 作为 叙述 的 开始 会 有 帮助 ， 它 表明 我 们 能 证 实 的 活化 -传递 过 程 的 要 点 ， 我 要 特别 强调 的 是 活化 过 程 和 传递 反应 是 严格 分 开 的 ， 我 们 现在 知道 〈 后 面 还 要 详细 ea 78 。 Ba } 解释 ) ELDER TERA AUB FAP COD Beiter MH, | ERAT Res, RR ”反应 中 的 一 种 共同 硫酸 盐 供 体 ， 正 如 所 推测 的 那样 ， 以 混合 ， 酸 酝 的 型 式 携 带 着 硫酸 盐 。 我 们 发 现 ， 在 目前 所 有 研究 过 的 AFH, 它 都 是 硫酸 盐 的 供 体 ， 如 在 硫酸 软骨 素 和 硫酸 脑 昔 fg (sulfatide) 的 合成 中 ， 在 当 体 以 及 酚 硫 酸化 反应 中 ， 硫酸 盐 从 活化 硫酸 盐 传 递 至 接受 体 〈 如 酚 类 、 羟 基 当 体 和 各 种 化 合 物 的 羟基 , 还 可 能 有 氨基 ) 是 被 酶 所 催化 的 。 这 些 酶 ， 我 们 称 为 硫酸 激酶 ， 它 多 少 具 有 对 接受 体 分 子 的 专 一 性 。 活化 系统 活化 的 硫酸 盐 am Al 硫酸 盐 的 活化 以 上 是 概况 的 介绍 ， 现 在 我 要 进行 详细 的 讨论 了 。 首 先 是 关于 活化 硫酸 盐 的 分 离 和 鉴定 及 它 的 酶 促 形 成 机 理 ， 这 工 (PRAIA: W. 罗 宾 斯 "进行 的 。 然 后 ， 我 将 讨论 . 一 系列 硫酸 盐 接 受 体 的 反应 。 这 些 反应 已 经 由 约翰 。D. 格 mx Cohn D. Gregory) . fe # # fi CYoshitsugu Nose), #HR+ ABW M-H. RBA KH CIrvi- ng H. Goldberg) 在 洛克 非 勒 医学 研究 院 进行 过 研究 。 活化 硫酸 盐 的 分 离 和 鉴定 H. 希 尔 北 〈Helmuth Hilz) 和 我 开始 了 这 一 探索 ， 发 RL AI 和 硫酸 盐 反应 似乎 产生 焦 磷酸 。 他 用 纸 电 泳 证 明 «79 e ——— : - a —— ae me 一 -一 > aaa Sa EEE EO EEE 所 形 成 的 化 合 物 含有 腺 背 酸 。 这 一 初步 鉴定 是 用 放射 性 硫酸 HER, MBER, CREAN 化 反应 进行 类 推 ， 我 们 暂且 认为 硫酸 盐 活 化 BATRA 盐 之 间 的 反应 ， 这 个 反应 通过 ATP 的 末端 焦 磷 酸 基 的 置 换 ， 导 致 硫酸 盐 和 已 置换 的 磅 酸 盐 间 产生 我 们 猜想 的 酸 酬 。 然而 ， 有 些 数据 不 符合 这 种 解释 ， 在 那 一 阶段 我 们 遵 异地 报 道 了 我 们 观察 到 有 一 种 腺 苷 硫酸 衍生 物 生 成 的 证 据 ， 但 还 不 能 确定 它 的 结构 。 在 研究 一 个 未 知 的 “活性 ”化 合 物 时 ， 龙 其 是 过 去 不 知 道 有 过 这 种 化 合 物 的 化 学 同类 物 时 ， 往 往 以 为 这 种 化 合 物 是 ， 非常 不 稳定 的 。 在 这 些 预 实验 中 ，“ 活 性 ”硫酸 盐 确实 对 强 酸 相当 不 稳定 ， 进 一 步 就 需要 纯化 这 些 酶 ， 并 用 中 等 制备 量 浓缩 硫酸 盐 活 化 系统 "97， 因 此 罗 宾 斯 成 功 地 从 ATP 和 硫酸 盐 制 备 了 50 微 摩尔 / 升 的 活化 硫酸 盐 样品 ， 并 尝试 了 道 韦 克 ti (Dowex) 层 析 。 幸 运 的 是 磷酸 硫酸 键 对 酸 比 预期 的 稳 定 。 它 在 中 性 或 更 高 的 pH 中 完全 是 稳定 的 ， 在 低温 下， 可 经 受用 相当 浓 的 蚁 酸 来 进行 层 析 。 活 性 硫酸 盐 可 被 道 韦 克 斯 -1《Dowex-1l) 牢 固 地 结合 ， 并 有 可 能 用 4 当量 蚁 酸 -0, 3 摩 尔 / 升 蚁 酸 铵 从 柱子 上 除去 所 有 其 他 腺 苷 衍生 物 。 而 后 用 5 当 量 蚁 酸 -1 摩 尔 / 升 蚁 酸 匀 洗 脱 剩 留 的 活性 硫酸 盐 ; 这 样 就 可 以 得 到 一 个 相当 均一 的 活性 硫酸 盐 部 分 ， 然 而 干燥 浓缩 这 一 部 分 时 , 有 一 部 分 硫酸 盐 裂 解 , 这 一 部 分 的 分 析 结 果 列 于 表 王 。 从 这 些 数据 来 看 ， 出 乎 意料 地 ， 这 个 化 合 物 中 每 一 个 腺 嘎 吟 和 成 糖 含 两 个 磷酸 ， 一 个 磷酸 是 酸 稳定 的 ， 另 一 个 对 当 量 了 CI 加 热 是 不 稳定 的 ， 但 还 不 致 于 象 原来 以 为 的 焦 磷酸 键 那样 不 稳定 。 酸 可 以 水 解 它 ,表示 是 一 种 2 7- 或 3 - 腺 苷 酸 ， 龙 其 是 此 化 合 物 的 过 碘 化 物 反应 阴性 ， 更 说 明 这 一 点 ， 因 BH-5 -磷酸 常常 得 到 阳性 反应 。 要 进一步 鉴定 ， 可 用 卡 7 1 活性 硫酸 盐 部 分 的 分 析 数 据 BAF A260 MAIR WM, RM AOrcinole, AMAM ARMM 窜 有 加 罗 法 测定 。 总 磅 酸 盐 用 当量 HC1 水 解 后 测定 。 用 100D 当量 HC1 水 解法 测定 12 MIDS MMMM. 8 “- 核 苷 酸 覆 可 水 解 的 磅 酸 盐 用 卡 普 伦 法 测定 20。 成 分 量 | OU® 1 ua 粮 0.95 | BGh, A 1,98 | BEM, 125+ FF 0.53 BM, 3055 F 1,04 RM, 3-H RK 0,85 硫酸 盐 ， 酶 法 0.2—0.85 ° FA’ BT BR Bie KF a) Hom % > oA @ 磷酸 盐 微 摩尔 BR MD HME AK ° io 0 30. (GD. 90" * 1... 180° | 160 分 钟 图 2 “活性 ”硫酸 盐 和 8 - 腺 苷 酸 在 3 “- 核 背 酸 酶 作用 下 的 水 解 曲线 ¢ 81 e 普 伦 的 8 - 核 背 酸 酶 ， 此 酶 实际 上 可 以 从 我 们 的 “活性 Bt 酸 盐 中 释放 出 一 个 全 当量 的 磷酸 盐 。 在 所 有 这 些 情 况 下 ， 活 性 硫酸 盐 可 以 很 方便 地 用 酶 催化 转移 到 硝 基 酚 的 方法 进行 测定 ， 结 合 后 ， 硝 基 酚 阴离子 的 颜 “ 色 消 失 。 如 前 所 述 ， 在 冰冻 干燥 时 ， 部 分 硫酸 盐 裂 解 ， 这 就 说 明 为 什么 表 工 中 硫酸 盐 的 数据 变化 辐 度 相 当 大 。 较 少 的 批量 ,能 被 迅速 冰冻 干燥 ， 可 以 得 到 几乎 相等 的 硫酸 盐 和 腺 苷 。 另 一 方面 ， 没 有 硫酸 盐 的 沉 秆 ， 其 磷酸 盐 的 比 人 与 活性 硫酸 盐 等 同 。 图 2 用 3 “- 核 昔 酸 酶 处 理 的 活性 硫酸 盐水 解 曲线 和 3 “- 腺 苷 酸 作 了 比较 ， 活 性 硫酸 盐 的 水 解 要 比 单 磷酸 盐 慢 。 一 般 而 论 ， 3 '- 腺 昔 酸 是 此 酶 水 解 最 快 的 底 物 ， 而 其 它 取代 物 的 反 应 较 慢 。 8 - 核 背 酸 酶 作用 前 后 的 “活化 ? 35S- 硫 酸 分 子 中 硫酸 盐 的 FP e (> ”位 置 主要 是 由 放射 i 性 硫酸 盐 确 定 的 。 活 ERENCE RBA () TAKIRA DE 8 ’- 核 苷 酸 酶 处 理 后 ， 硫 酸 盐 和 腺 苷 酸 仍 在 一 起 。 如 图 3 的 纸 电 泳 图 谱 所 示 ， 紫 外 wEBS ASEE ps ol Wee 8 Batik Rs 量 的 悦 背 酸 枚 一 起 图 8 pHs. oF MRAM MEH Hii, PAPS 上 部 上 电泳 放射 图 谱 。 圆 圈 为 紫外 淳 灭 区 ? 的 斑点 几乎 完全 消 栅 线 区 及 黑色 区 为 放射 性 班 点 《参见 文 MOC 3 中 的 图 6 ) 。 失 ， 并 出 现 一 个 新 Ay FW 鉴定 HMA- 5 PMMA CAPS), BH, 在 下 面 出 现 了 一 个 点 ， 是 不 含 硫酸 盐 的 沉渣 ，PAP 的 水 解 产物 腺 苷 - 5 “磷酸 盐 (AMP) 。 腺 背 - 5 -磷酸 硫酸 盐 可 用 与 按 巴 德 利 (Baddiley) 等 ') 方 法 合成 的 化 合 物 比 较 而 鉴 定 。 活 性 硫酸 盐 的 结构 和 一 些 性 质 可 以 从 图 4 得 到 解释 ， 从 图 中 可 看 出 磷酸 硫酸 键 对 盐酸 相当 敏感 ， 在 37 凤 中 大 约 半 小 ot, 0.14 量 HC1 就 可 以 使 硫酸 盐 全 部 断裂 。 这 些 化 合 物 有 ， 紫外 吸收 能 力 ， 与 腺 背 酸 吸收 能 力 不 能 区 分 。 这 就 排除 了 硫 | 酸 盐 和 腺 嘎 叭 的 氨基 联结 的 可 能 性 ， 因 为 在 所 有 情况 下 这 一 氨基 的 阻 断 可 引起 紫外 吸收 位 移 到 可 见 光 区 。 再 进一步 鉴定 时 ， 我 们 认为 磷酸 硫酸 键 的 水 解 应 释放 一 个 次 级 磷酸 盐 , 用 电极 在 水 解 前 向 pH 5 和 8 之 间 进行 滴定 ， 证 实 确 是 如 此 。 所 有 这 些 证 据 使 我 们 肯定 所 研究 的 化 合 物 成 分 如 图 中 所 示 。 这 一 成 分 现在 已 由 巴 德 利 等 "经 化 学 合成 wer 3 逐 嘎 只 ete Ty oO ree, e | vas 0 9 OH O~.P> 0 ipa agape / b N HCI 37° ng ee 和 9 腺 嘎 叭 0 -0-P-0-cH。0 十 和 So Oo OH Fi O+P-07 HOPOS b- 图 4 RRR IK 所 证 实 。 活性 硫酸 盐 生物 合成 中 的 两 步 酶 反应 在 活性 硫酸 盐 中 ， 意 外 地 出 现 了 两 个 独立 而 又 联系 着 的 “ 磷酸 盐 ， 现 在 已 经 证 明 ， 这 立即 就 表明 了 很 可 能 有 二 个 两 相 合成 反应 。 起 初 ， 我 们 猜想 :77ATP 中 焦 磷酸 置换 而 形成 的 B- 5 -磷酸 硫酸 可 能 是 活性 硫酸 盐 。 现 在 来 看 ,这 仅 是 图 5 中 反应 顺序 的 第 一 步 ,然后 再 经 第 二 步 磷酸 激酶 类 型 的 反应 加 以 完成 ， 即 把 第 二 个 ATP 末 端的 磷酸 转 移 到 APS 的 37- 位 置 上 。 起 始 反 应 是 硫酸 化 酶 (Sulfurylase) 德 化 的 。 它 催 化 硫酸 基 中 的 一 个 氧 原子 去 撞击 腺 苷 - 5”- 三 磷酸 的 近 端 确 原子 ， 以 硫酸 基 将 焦 磷 酸 置换 出 来 。 这 样 初 步 形 RAPS 作为 酶 到 应 中 的 硫酸 基 供 体 是 完全 无 活性 的 。 硫酸 盐 的 活化 O OA TS Jw 00 HO" OSOPOAd + OPOPO 00.) ATP | (2) 9 O ¢ . OS OPOAd - 3-P: + ADP 0 0 S + 2ATP — PAPS + PP + ADP 图 5 RN (1): 硫酸 化 酶 催化 反应 ， 即 以 硫酸 基 将 ATP 的 焦 磷 酸 基 置 换 出 来 ,产生 APS.。 反 应 (2 ):APS 磷 酸 激 酶 催化 反应 ， 即 以 ATP 的 末端 磷酸 将 APS 磷 酸化 。 认识 到 所 写 出 的 反应 , \ 从 能 量 的 角度 看 确实 更 有 利于 逆反 应 是 最 重要 的 。 换 言 之 ，APS 的 硫酸 化 电位 要 比 |ATP“ 中 的 焦 磷 酸化 电位 高 得 多 。 我 们 认为 这 种 能 量 状况 是 进一步 磷酸 化 的 原因 。 第 二 个 高 能 磷酸 盐 的 能 量 就 是 这 样 被 用 来 推动 反应 向 前 ， 经 过 3 -磷酸 化 将 反应 产物 “遮蔽 ? 起 来 。 即 使 这 样 ， 总 的 能 量 平衡 仍 不 太 有 利 ， 能 量 相当 高 的 ed4 。 是 磷酸 硫酸 键 通 过 相当 普遍 存在 的 焦 磷酸 酯 酶 将 起 始 反应 的 产 物 焦 磷 酸 除去 后 而 得 到 进一步 的 稳定 。 在 验证 这 一 机 制 中 ， 班 杜 尔 斯 基 等 “:" 的 独立 工作 是 相 当 重 要 的 。 这 些 研 究 人 员 发 现 酵母 中 的 硫酸 盐 活化 系统 可 以 时 分 为 两 个 没有 活性 的 部 分 ， 只 是 在 重组 后 才 有 活性 。 当 我 们 注意 到 班 杜 尔 斯 基 等 的 工作 时 ， 我 们 为 了 阐明 其 机 制 改 用 了 RAR, CHRMIVA-HERMWT ARIE, REX 了 班 杜 尔 斯 基 的 工作 ， 把 酵母 系统 分 为 两 部 分 ， 并 证 明 其 为 | 。 (i) 硫 酸化 酶 和 Gi) APS 激 酶 。 表 2 酵母 酶 的 分 离 采用 国家 贝克 斯 (Bakers) 酵母 ， 提 取 物 主要 按 琼斯 等 23] 方法 制 备 。 从 APES 形 成 ATP， 用 焦 磷 酸 盐 的 消失 测定 ， 或 用 己 糖 激酶 和 6- 磷 酸 葡 萄 糖 脱 氢 酶 催化 的 AITP 形 成 来 测定 。PAPs 的 形成 是 以 传递 至 硝 基 酚 或 PAP 检 定 来 追踪 的 。PAP 的 检定 取决 于 硫酸 基 从 硝 基 酚 至 酚 的 转移 中 PAP 的 催化 活力 。 硝 基 栈 形成 的 速度 是 以 贝克 曼 (Beckman) DU 分 光 光 度 计 在 400 毫 微米 测量 的 。APs 和 了 P4 之 间 的 反应 是 用 层 析 法 检验 ADP 的 形成 及 Pi 的 消失 来 测 是 的 。 ATP- 硫 酸化 酶 (APS+PP~ATP) 〈 微 摩尔 /毫克 小 时 ) 透析 提取 物 | 2.1 NaCl 沉淀 物 I 10,1 17—23% EtOH i 22,1 pH5.4 沉淀 物 Wa 85.0 上 清 液 +10%EtOH Vb 0.5 40—50 Z€NHa)2SO4 V 0 如 表 2 所 示 硫 酸化 酶 可 用 合成 的 AEs 以 其 逆反 应 测定 。 从 酵母 制备 的 硫酸 化 酶 ， 如 图 6 所 示 可 经 吉 恩 426 APS-% HS (APS +ATP+PAPS) 〈 微 摩尔 /毫克 小 时 ) PAPS 0.55 3.5 0.6 4,1 12.5 ATP 破 酸化 降 的 电泳 硫酸 化 酶 或 蛋白 质 单位 /毫升 - 1T4 8 12 16 20 + 原点 部 父 FAG 吉 恩 426 (Geon 426) (HMBA, Goodrich) 柱 电 沪 〔 参 见 8). O APS +P-P @ 顺 反 应 APS RBA /HFt+ O 5 10 15 20 25 30 时 间 〔〈 分 ) AT 平衡 实验 ，ATP- 硫 酸化 酶 。 (Geon 426) 电泳 ， 使 之 相当 高 度 地 纯化 。 用 这 样 纯 化 的 了 酶 作 平 衡 实 验 ， 如 图 7 所 示 ， 在 顺 反 应 中 可 乌 形 成 量 虽 小 却 MEMWAPS, ApH s 时 ,反应 的 平衡 党 数 约 为 10 ,所 以 4 ATP +S=—APS+PP = AR "等 于 11,000 卡 ,但 是 APS 对 APS 激 酶 有 高 度 亲 和 力 ， 在 最 低 可 测量 的 浓度 5 x 10-* 摩 尔 / 升 时 产生 最 高 反应 速度 。 酶 催化 形成 的 量 ， 在 “生理 ?条 件 下 ,可 能 是 相同 的 数量 级 ， 因此 形成 的 小 量 产物 可 以 立刻 被 APS- 磷 酸 激酶 磷酸 化 ， 并 j 众 平衡 中 除去 ,这 就 驱使 反应 向 PAPS 的 合成 方向 前 进 。 在 焦 碘 酸 醒 酶 的 帮助 下 ， 又 将 硫酸 化 酶 反应 的 另 一 产物 焦 磷酸 除 去 。 为 了 固定 更 高 的 基 团 电 位 (如 磷酸 硫酸 键 ) 而 利用 两 个 或 更 多 高 能 碘 酸 盐 ， 具 有 很 有 趣 的 普遍 意义 。 附 加 的 能 量 可 将 形成 的 从 热力 学 上 大 很 不 稳定 的 化 合 物 拖 过 能 峰 ATP +s APS +PP LS ieee S's 000 | (4) BR fi RB PP—>2P AF*,-5,000 (5) APS eee ee PA PS ADP att a . AF*,-6,000. ..(6) 2 ATP +S—>PAPS+2P+ADP ae Bit AF’; 0 (7?) 能 量 数据 只 是 粗略 估 计 ， 给 一 个 总 AR "的 印象 。 在 pPHg 时 H+ 的 形成 ， 如 同文 献 C!1) 中 对 已 糖 激酶 的 计算 那样 ,总 AF RAKE AN. 活性 硫酸 基 向 不 同 接受 体 的 传递 硫酸 活化 问题 的 解决 ， 为 研究 硫酸 盐 的 代谢 利用 开辟 了 一 条 更 好 的 途径 ， 从 某 种 意义 上 说 逼迫 我 们 进入 了 代谢 的 新 领域 我 们 实验 室 的 工作 人 员 对 这 个 领域 是 比较 陌生 的 ,我 们 es 87 « 研究 了 一 些 当 体 代谢 , 租 是 更 认真 的 是 研究 多 糖 从 成 ,以 及 录 后 的 一 些 脂 质 化 学 。 在 这 些 实 验 中 ,一 般 不 用 分 离 的 APS， TSE EB RG OA SR De A ERTS NEP. 为 了 验证 ， 当 时 用 分 离 的 PAPS 检 查 了 各 种 接受 体 的 反应 。 Be WMS AMAA, ATMA TRS Re: 时 期 ， 几 乎 完全 只 用 Ss* 作 为 向 导 。 我 们 为 了 合成 硫酸 软 骨 素 ， 众 胚胎 软 肯 制备 了 无 细胞 制剂 ， 为 了 从 成 硫酸 脑 背 脂 ， PRA BMH TMA, RRS 然 不 清楚 。 HATRED, RAGA. MAA 看 到 解决 了 涉及 活性 硫酸 盐 产 生 的 图 左 方 和 中 间 部 分 后 ， 我 们 现在 要 进入 的 是 图 右 所 示 几 乎 未 接触 过 的 硫酸 盐 利用 的 新 领域 。 当 体 和 酚 类 的 结合 这 一 反应 已 由 德 梅 欧 5!? 以 及 英国 的 罗 栅 〈Roy) 5 2] 研究 过 。 我 们 曾 用 罗 伊 的 方法 来 测量 硫酸 化 省 体 。 京 都 大 学 的 能 势 善 关 在 我 的 实验 室 里 ， 将 纯化 的 肝 制 剂 主要 用 电 汪 方 Gt hrer Urtdans ace pi; 图 8 54 可 见 ， 用 此 法 可 得 到 三 个 酶 部 分 ， 一 二 氢 雁 当 酮 及 其 他 8 “=p 羟 基 当 体 结 合 的 酶 Eee 酮 结 合 的 酶 ， 它 与 普通 的 酚 - 硫 代 激 酶 《Phenaol-Sulfokinase) Ras 最 后 一 个 酶 经 约翰 .、D. KERB RPM 了 ， 似 乎 使 许多 种 不 同 的 取代 酚 都 能 接受 硫酸 基 。 二 和 氢 雄 当 酮 硫 代 激酶 也 能 与 含有 3 “= 有 -羟基 的 蜡 雄 当 酮 及 黄体 酮 反 应 ， 因 此 它 似 乎 是 3 =- 羟基 省 体 硫 代 激 酶 。 应 该 提 到 的 是 在 硝 基 茶 栈 硫酸 中 ， 经 格雷 忒 里 拉 ” :证 A, 其 硫酸 基 的 基 团 电位 不 到 2000 卡 ， 比 PAPS 低 ! 已 用 酚 TK | 图 8 eRe CHM BA) 柱 床 内 大 白鼠 酶 的 电泳 | 硫 代 激酶 研究 了 以 AP 为 媒介 的 、 从 硝 基 酚 将 硫酸 基 传递 至 BHU. Kk Egami) 和 他 的 同事 也 证 明 硝 基 末 酰 硫 酸 柄 可 在 一 个 被 硫酸 酯 酶 催化 的 、 不 依赖 于 PAP 的 反应 中 作 为 硫酸 基 供 体 。 这 就 使 想起 在 磷酸 酯 酶 :7 作用 下 ， 硝 基 亲本 三 本 十 非 专 一 竹 地 供给 确 本 的 强大 活性 | NHCOCH, OH AO 硫酸 软骨 素 的 重复 单位 硫酸 软骨 素 的 合成 为 了 牢 牢 掌握 研究 方向 ， 硫 酸软 骨 素 的 结构 用 图 9 表 m 尽管 其 他 的 研究 人 员 无 论 在 体内 或 切片 实验 中 用 簿 网 的 ， 骨 制剂 都 可 以 将 放射 性 硫酸 并 人 硫酸 软骨 素 ， 但 是 我 们 尝试 ea 89 e 了 各 种 肯 制 剂 都 没有 成 功 。 计 是 我 们 改 用 15 天 日 画 的 小 鸡 贻 软骨 ， 从 中 得 到 了 有 相当 活性 的 非 颗粒 性 提取 物 。 图 10 表 明 这 种 提取 物 生成 活性 硫酸 盐 ， 伴 随 有 小 量 的 前 驱 MAPS; eT eee Dee oe 后 放 在 纸 上 进 行 电泳 。 -图 10 与 S35O1 峡 温 的 软骨 提取 物 在 纸 电 泳 图 上 的 放射 性 自 显影 。 两 个 胚胎 的 软骨 在 3m1 盐 水 磅 酸 盐 溶液 中 匀 浆 化 ,而 后 加 入 12 微 摩尔 Mg++， 10 微 摩尔 Na-ATP、1.5 微 摩尔 UTP，2 微 摩尔 谷 氨 酰 胺 ，2.7 毫 升 酶 和 2 毫升 S3501 (100 微 居 无 载体 ) 。 总 容量 为 5.3 毫 升 。 混 合 物 在 37D ， 钱 温 2 小 时 。 标 识 物 在 同一 电泳 条 上 展开 ， 借 紫外 狂 灭 在 1 号 及 2 号 电泳 图 上 鉴别 ,并 以 圆周 线 表 出 。8 号 图 是 钱 温 液 中 活性 炭 吸 附 Wo iL BE Be BAER MBM (pH5.9) 中 的 纸 电 泳 图 上 的 放射 自 显 影 。《〈 原 文 如 此 一 一 译 者 ) 。 硫酸 软骨 素 是 以 普通 的 沉淀 方法 从 含 酷 酸 盐 的 深 液 加 酒 精 或 十 六 烷 基 三 甲 基 饼 盐 (CTMA) 分 离 出 来 的 。 适 度 的 溃 洗 可 以 除去 放射 性 硫酸 盐 及 其 他 化 合 物 。 图 11 表 示 放 射 性 正 好 与 硫酸 软骨 素 完 全 重 倒 。 纸 电泳 用 磷酸 缓冲 液 为 电泳 液 ， 硫酸 软骨 素 用 甲 茶 胺 蓝 染 色 。 表 3 和 4 (摘自 文献 18》 表示 对 此 反应 机 制 的 初步 研究 。 从 表 3 可 以 看 出 ， 了 AE ”> 的 硫 e 90 被 传递 到 硫酸 软骨 素 上 。 如 以 UTP 代 替 ATP, 活 化 程度 ， 可 看 到 尿 苷 酸 参与 了 合成 反应 ， 然 而 在 其 他 实验 中 ， 往往 是 抑制 性 的 。 表 4 表示 用 这 些 提取 物 从 无 机 硫酸 合成 硫酸 软骨 素 时 ,ATP 和 Mg++ 是 必需 的 。 如 果 用 分 离 APS ,情况 也 一 样 ， 证 实 了 多 糖 的 重新 合成 。 在 这 些 提 物 中 硫酸 软骨 素 再 合成 的 进一步 证 据 是 放射 性 乙酸 盐 的 并 All 小 鸡 胚胎 软骨 提取 物 与 3:S 硫 酸 盐 孵 温 后 得 到 的 硫酸 软骨 素 的 纸 电泳 图 。 甲 葵 胶 蓝 染 色 和 放射 自 显 影 的 比较 。 甲 葵 胺 蓝 颜 色 ( 右 ) 拍 照 不 如 放射 自 BY (A) 清楚 ， 但 是 用 这 两 个 方法 所 得 的 痕迹 . 相同 则 是 清楚 的 。 还 有 许多 工作 要 做 。 多 糖 领域 是 化 学 的 一 大 分 支 。 我 必 须 承认 我 们 不 打算 成 为 研究 多 糖 的 化 学 家 ， 然 而 ， 我 们 还 要 对 这 类 反应 花 一 些 时 间作 些 研究 ， 因 为 我 们 在 做 硫酸 基 活 化 的 过 程 中 我 们 不 得 不 研究 这 个 问题 。 由 于 同样 的 理由 ， 我 们 也 间 进 了 同样 复杂 的 脂肪 合成 领域 。 欧 文 。 成 德 堡 现 在 正在 es。 9l 。 . a 2. 硫酸 根 从 PAPssS 至 硫酸 软骨 素 的 传递 如 前 各 实验 ， 三 个 小 鸡 胚胎 制备 的 酶 制剂 ， 用 6.5 训 升 盐水 - -二 并 离心 。 上 清 液 和 0.25 毫 升 PAPS BA, K1SZAWAMA (CSM). SH - 息 量 为 1.35 毫 升 ， 其 中 有 工 毫升 酶 和 15， 000M BK MF Ht Bee FA CRRA A 8 i it 的 酒精 得 到 沉淀 ， 用 80 狗 酒精 洗 活 10 次 。 SG (377) ATP UTP ”每 分 名 APSas A 3ACH) (小 时 ) 1 微 摩尔 工 微 摩尔 “计数 率 0 + ry 80 2 + 一 “< 340 .260 1,7 2 + 和 600 520 3.4 2 + 一 + 670 590 4 2 二 十 十 550 470 3 表 4 S350, 对 硫酸 软骨 素 的 参 入 三 个 鸡 胚 肥 骨 和 股骨 的 侣 在 深 冻 冷却 的 研 乓 内 ， 用 石英 砂 在 6 毫升 盐水 和 0。01 摩 尔 / 升 磷酸 缓冲 液 (pH7.4) 中 研 碎 ， 并 在 6000g 离 心 10 分 钟 。 上 清 液 和 1.2 毫 升 不 含 载体 的 S35O3 COME) 混合 。 每 个 样品 有 1 毫升 酶 -93: BA 物 。 终 容量 为 1.35 豪 升 。 (370) ATP Mg SRB R UTP 每 分 钟 (小 时 ) 5 微 摩尔 6 微 摩尔 1K 1 微 摩 尔 Ht HK 1 Be 学 = = = 60 2 2 - - - - 60 3 2 os - - 一 405 4 2 + + 一 一 4760 0.6 5 2 十 十 十 一 5390 0.7 6 2 十 十 十 十 2007 0.28 研究 试管 内 硫酸 盐 对 脂肪 的 参 人 。 他 已 经 得 到 在 肝 提 取 物 和 MOLAR HAM OMSL. ATER OAS Faby (Blix) POMBE AR CCerebroside Sulfate) °1%), 各 图 12 所 示 。 这 个 问题 之 所 以 吸引 我 ， 主 要 是 因为 根据 现 有 Rise CH 3— (CH2))2—CH=CH—CHOH. a-3324 $5 We ~CHs—({CHe)a1— CHOH—CO—NH—CH As CHe WBE FL rg a H-O OH 图 12 硫酸 脑 背 脂 的 结构 。 (RBBB (19) 经 验 ， 我 们 可 能 可 以 在 这 里 看 到 有 一 种 半 弛 糖 硫酸 衍生 物 直 搂 传 递 至 N-( 脂 ) BAe RM (Ceramide), KLM 骨 素 合成 的 代谢 途径 更 为 简单 ， 而 硫酸 软骨 素 合 成 因为 有 一 个 多 聚 化 问题 所 以 十 分 复杂 。 但 同时 又 使 这 个 问题 更 值得 注 ， 意 。 最 后 ， 我 想 再 次 强调 这 一 事实 ， 即 我 们 正在 做 的 是 硫酸 基 传 递 的 工作 ， 首 次 详细 阐明 了 一 个 核心 为 活化 分 子 的 过 程 。 此 过 程 是 将 活化 型 的 硫酸 基 引 入 ， 然 后 被 相当 多 的 独立 的 接受 体 酶 将 硫酸 基 接 过 来 。 这 些 酶 我 们 称 为 硫 代 激 酶 。 这 是 生物 合成 中 相当 普遍 的 图 式 的 重复 ， 这 种 图 式 已 在 乙酰 基 ”的 活化 和 传递 (2 中 及 磷酸 基 的 活化 和 传递 中 明确 地 描述 过 了 。 看 来 ， 可 以 应 用 到 很 多 其 他 基 团 传递 的 例子 中 去 。 参考 文献 及 附注 (1) | R, H,DeMeio, M, Wizerkaniuk, E,Fabriani, J, Biol, Chem, 203 257 (1953) 。 2) C3) C4) C5) C6) i Oe C8) C9) The following abbreviations have been used in this article; AD> P, adenosinediphosphates AMP, adenosine monophosphates APS, adenosine- 5’-phosphosulfate; ATP, adenosine triphosphates Co- A, coenzyme Ay P, inorganic phosphates PAP, 38’, 5’~-dipho- sphates PAPS; adenosine- 8’ -phosphate- 5’ -phosphosulfate (acti- ve sulfate) ; PP, pyrophosphate; S, sulfates UTP, uridine trips & hosphate, S.Bernstein and™R. W.McGilvery, J. Biol.Chem, 199, 745(1952). P,W.Robbins and F,Lipmann,J,Am, Chem, Soc,78,2652 (1956) . —, ibid.78, 6409 (1956) . | —, J, Biol.Chem,229, 837 (1957), H.Hilz and F,Lipmann, Proc, Natl, Acad. Sci, U. S.41,880(1955), J, Baddiley, J.G,Buchanan, R.Letters, J, Chem, Soc, 1957,1067 (1957) . —, Proc.Chem.Soc (London) 1957, 147 (186%. C10) L.G. Wilson and R.S,.Bandurski, Arch, Biochem, Bio phys,62,50g C11) C12) C133 C14) C15) C16) C17) C183 C193 C20) C21) (22) (1956) 5 R.S,Bandurski, L. G. Wilson, C, L. Squires, J, Am, Chem,Soc.78, 6408 (1956) 。 5 E,A.Robbins and P,D.Boyer, J. Biol, Chit: 224, 121 (1957) 。 R.H.DeMeio,M, Wizerkanuik, I, Schreibman, ibid,213,439 (1955), A.B.Roy, Biochem.J.63, 294 (1956) , Y.Nose and F,Lipmann, J. Biol.Chem,, 233, 1348 (1958) 。 J.D.Gregory and F,Lipmann, J, Biol. Chem,229, 1081 (1957) . S.Suzuki, N. Takahashi, F,Egami, Biochim.et Biophys, Acta 24, 444 (1957) 。 B,Axelrod, Advances in Enzymol.17, 159 (1956) . F, D’ Abramo and F,Lipmann, Biochim. et Biophys. Acta 25,211 (1957) 。 G.Blix, Z. physiol. Chem, Hoppe-Seyler’s 219, 82 (1933) , F,Lipmann, Science 120, 855 (1954) 于 ——, in Metabolism of the Neruous System, D.Richter, Ed,, Pergamon, London, 1957, 了 ,329。 T.P, Wang,L, ShestersNi O. Kaplan, J, Biol, Chem,206,299(1954), We are indebted to Dr, Kaplan for a sample of 8’ -nucleotidase, M,E, Jones et al, Biochim,et Biophys, Acta 12, 141 (1953) ， BW I. H. Goldberg,Enzymatic Sulfurylation Mechanisms,Ph. | D. Dissertation, The Rockefeller University, 1960, and J. Lipid Res, 2, 103 (1961) . e 04 @ 九 、 和 蛋白 质 合成 j 休 粗 略 的 图 解 ， 我 认为 氨基 酸 羧基 的 友 酸 化 作用 是 肽 合成 激 活 中 的 一 个 步 又。 后 来 ， 在 探索 活性 乙酸 酯 的 性 质 时 ， 我 利 用 芳香 胺 的 乙酰 化 作用 作为 模型 ， 反 应 产物 乙酰 芳香 胺 是 一 个 含 肽 键 的 化 合 物 ， 而 正 是 这 样 一 种 作为 肽 合成 模型 的 乙酰 化 作用 ， 使 我 和 蛋白 质 合成 这 个 总 题目 有 了 更 为 BOWE 触 。 那 时 为 了 证 明 在 特定 条 件 下 蛋白 水 解 酶 能 使 肽 缩合 ， 曾 作 过 很 大 努力 〈 图 1) 。 尽 管 没 有 得 到 直接 的 证 据 ， 但 是 在 1951 年 一 次 十 分 活 的 讨论 会 上 ， 当 林 德 斯 特 朗 - 兰 支 持 我 早 些 时 候 提出 的 见解 ， 即 这 是 羧基 活化 而 不 是 蛋白 水 解 逆反 应 时 ， 我 受到 了 很 大 的 鼓励 。 对 有 关 这 方面 机 理 的 初步 理解 可 以 从 1949 年 联合 会 议 上 提出 的 一 篇 综述 中 看 到 。 在 那 篇 文 章 里 我 总 结 了 依赖 于 ATP 分 解 的 肽 键 合成 中 的 各 种 反应 。 例如 ， 已 发 现 谷 氛 酰 胺 和 谷 胱 甘 肽 合成 与 ATP 有 联系 。 通 过 比较 肾 匀 浆 中 需 氧 磷酸 化 作用 的 抑制 和 丙 氨 酸 对 肝 组 织 片 的 参 和 作用， 提供 了 蛋白 质 合成 依赖 于 磷酸 键 产生 的 直接 证 据 ， 给 人 以 深刻 印象 〈 图 2 ) 。 那 时 我 曾 简单 地 认为 ， 如 果 我 们 了 解 了 氛 基 酸 激活 的 机 理 ， 和 蛋白 质 合 成 就 或 多 或 少 可 以 解决 一 些 了 。 我 用 了 很 长 时 间 才 认识 到 ， 与 其 他 大 多 数 制造 蛋白 质 的 生物 合成 相 比较 ， 这 不 过 是 个 开端 。 然 而 这 个 开端 却 仍然 是 在 转 到 产生 特定 的 氨基 酸 顺 序 这 样 较 大 的 问题 以 前 必须 要 了 解 的 一 步 。 我 在 1941 年 讨论 到 磷酸 键 能 的 产生 和 利用 时 ， 提 出 了 -一 Al WHEAKHERPEAR OR A HREM BS BEE A — 2 4 PERT ARR. CSI B Journal of the American Chemical Society, Vol.73,1288(1951)) 氧 摄 入 ; 100% sii \ 两 气 酸 参 入 50% x ie es : PRE Lhe aes IG x 0.3.10°* 1.5,10°9 1074 5.107 二 硝 基 苯 酚 〈 摩 尔 / 升 ) 图 2 二 硝 基 葵 酚 的 抑制 作用 。 二 硝 基 葵 酚 对 磷酸 化 作用 及 蛋 由 质 合 成 的 抑制 作用 的 比较 。 磷 酸化 的 抑制 作用 按 卢 米 斯 和 李 普 曼 叙 述 的 方 法 用 肾 匀 浆 测定 。 蛋 白质 的 合成 用 肝 切 片 测定 。 复 制 的 数据 取 自 弗 朗 K (Frantz) 等 的 论文 。 为 更 好 地 进行 比较 ， 数 据 均 用 正常 的 氧 摄 入 、 磷 酸化 作用 和 丙 氮 酸 参 入 的 百分数 表示 。【〔 引 自 Mechanism of Peptide Bond Formation, Federation Proc.8, 597 (1949) 。] 原来 讨论 得 最 多 的 肽 合成 反应 模式 之 一 是 马 尿 酸 的 合 成 。 这 种 合成 在 肝脏 内 迅速 上 发生。 布尔 索 殉 〈Borsook7 的 : 并 个 志明 这 种 反应 需要 8 干 卡 热量 。 C,H,COOH +H,NCH,COOH C.H,CONHC mR HAR 马 尿酸 4 H,COOH+H,0 AF - 8+# 钱 特 雷 《Charitrenne) 指出 ， 在 马 尿 酸 的 合成 过 程 中 ， 琴 甲 酸 对 甘氨酸 的 激活 作用 是 一 种 和 ATP-CoA 有 关 的 反 应 ， 就 象 磺胺 乙酰 化 作用 中 乙酸 的 激活 作用 一 样 。 这 是 需要 能 量 的 一 个 有 力 的 证 明 。 ete | :在 呈 南 发 现 乙酸 借 硫 酯 连接 到 CoA 上 以 后 ， 有 些 讨论 中 认为 氨基 酸 硫 酯 有 可 能 是 蛋白 质 合成 的 一 个 中 间 体 。 直 到 1954 年 我 们 才 认真 卷 虑 开始 做 有 关 和 蛋白 质 合 成 的 工作 。 那 时 乙酸 激活 中 焦 磷酸 的 分 解 是 一 项 惊人 的 新 发 现 ， SKA Be (Werner Maas) 用 微生物 使 浸 解 酸 (Pantoic acid) 和 PARMAR ER ARIZ, ROT ATP oh ie 酸 分 解 的 另 一 个 例子 时 ， 这 引起 了 我 们 极 大 的 注意 。 与 CoA 有 关 的 乙酸 激活 作用 和 肽 键 合 成 中 泛 解 酸 的 激活 作用 之 间 的 相似 性 ， 促 使 我 们 拟 就 一 个 相当 大 胆 的 肽 的 合成 计划 ,这 个 计划 基于 下 列 的 错误 见解 :在 AI 的 焦 磷 酰 分 解 过 程 中 , 焦 磷 酰 基 团 可 能 有 一 个 与 酶 结合 的 中 间 步 又 。 我 无 法 搞 拒 把 这 种 模型 包括 在 内 的 次 惑 ， 尽 管 细 节 上 有 错误 ， 但 上 述 模型 确实 展现 出 肽 合成 顺序 某 些 特点 的 前 景 ， 这 里 提供 的 模 型 原来 和 我 们 最 近 发 现 的 短 杆 库 肽 > 的 生物 合成 机 理 密 切 相 关 。 这 种 抗菌 素 多 肽 是 在 蛋白 质 模板 上 产生 的 。 在 介绍 了 搞 FIBRES 〈 载 于 《 酶 的 作用 机 理 》 一 书 ) 中 的 模型 之 论文 题目 和 出 处 ，On the mechanism of some ATP -linked rea- ctions and certain aspects of protein synthesis, In The Mecha- nism of Enzyme Action (W. D.McElroy and B.Glass),Eds., p.599, Johns Hopkins, Baltimore, 1954, e 97 。 i 后 ， 我 再 来 详细 地 谈 到 这 个 问题 。 (一 ) 多 肽 合成 中 的 一 个 模型 这 里 我 们 试图 说 明 肽 键 合成 的 机 理 如何 转 化 到 多 肽 合成 系统 中 去 。 这 个 建议 部 分 以 钱 斯 (Britton Chance) 的 下 列 观察 为 依据 ， 钱 斯 观察 到 在 细胞 色素 间 电 子 传 递 过 程 中 ， 电子 转移 的 特殊 顺序 是 通过 各 个 细胞 色素 结构 的 固定 化 来 实 现 的 。 根 据 钱 斯 的 看 法 ， 电 子 转移 速率 太 快 ， 丰 可 能 同 细胞 色素 分 子 作 随机 的 、 无 规则 的 相遇 ， 它 们 之 间 的 相遇 ， 只 有 细胞 色素 按 顺序 排列 使 电子 沿 直线 直接 转移 才 有 可 能 实现 。 i 同样 可 以 设想 ， 对 氨基 酸 有 专 一 性 的 激活 点 按 所 要 求 的 顺 序 排列 在 结构 上 。 举 例 来 说 ， 赖 氢 酸 = 有) ， 谷 氨 酸 《= 及 /)， 门 冬 氢 酸 (=R2) 及 甘氨酸 (=R)》 按 此 顺序 连接 。 为 达 . 到 激活 作用 ， 对 R、R'“ 或 R 和 R 绝 对 专 一 的 各 中 心 将 从 我 们 的 结构 上 按 此 顺序 建立 起 来 ……。 图 中 的 两 个 阶段 代表 了 在 蛋 白质 模板 上 的 生物 合成 过 程 ， 我 们 最 近 发 现 上 述 模板 在 环 十 肽 即 短 杆 菌 肽 和 短 杆菌 酷 肽 合成 中 起 作用 ， 在 那里 ， 氨 基 酸 的 羧基 固 定 于 多 酶 系统 的 硫 酯 键 上 。 氨 基 酸 先 固定 于 氢 酰 基 腺 苷 酸 的 多 酶 系统 上 ,而 后 被 ATP 激 活 , 然 后 把 酰基 转移 到 酶 的 S 卫 基 ky 使 在 一 个 特定 部 位 与 硫 酯 相 联 。 通 过 特殊 机 理 ， 引 起 氨 e 08 。 “== EEE ERS. PRS NOTA #A, REPAKSHSRABKRE, BMRA ik. Le AHM4FH, ROKARSREARWAR, MR AB) DERAAEMBANCBMIEER Ls, 有 某 种 障碍 和 使 我 们 不 能 积极 研究 蛋白 质 的 合成 问题 。 马 斯 在 我 们 实验 室 HB, #2%~ (Mahlon Hoagland) 也 在 ， 当 然 ， 还 有 诺 维 里。 但 他 们 都 被 引 到 乙酰 化 作用 和 CoA 合 成 方面 去 了 。 察 梅 尼克 小 组 正好 在 马萨诸塞 总 医院 研究 大 楼 五 层 楼 ， 我 们 的 下 王 层 。 他 们 那 时 正在 蛋白 质 合成 方面 活跃 地 工作 着 。 埠 格 兰 在 六 层 楼 工作 了 一 年 之 后 ， 回 到 了 五 层 楼 察 梅 尼克 那里 。 他 立即 着 手 进 行 我 们 悬 而 未 做 的 氨基 酸 激活 作用 的 研究 ”发 现 了 肝 胜 上 清洲 中 的 氨基 酸 激活 酶 。 这 一 发 现 ， 一 开始 使 他 兴 奉 得 穿梭 似 地 在 五 、 六 层 楼 之 间 上 下 走 个 不 停 。 了 二 霍 格 兰 的 实验 证 实 了 原来 预料 到 的 激活 作用 以 及 ATP 芬 解 为 人 MP 和 PP ,有 联系 为 了 检定 , 他 首先 使 用 形成 SIS 酸 的 方法 ,然后 又 采用 依赖 氨基 酸 的 ATP-PP, 交 换 法 。. 几 平 AM, 诺 维 里 到 西部 预备 大 学 去 ， 并 立即 开始 了 有 关 氨 基 酸 激活 作用 的 研究 。 在 那里 ， 他 和 德 莫 斯 (DeMoss) 在 许多 细菌 提取 物 中 证 实 了 氨基 酸 的 激活 作用 。 伯 格 曾 发 现 乙 酰 腺 昔 酸 在 类 似 的 ATP-CoA- 乙 酸 反应 中 是 一 个 中 间 体 。 他 带 了 头 ， 诺 维 里 和 德 莫 斯 接着 也 合成 了 亮 氨 酰 腺 苷 酸 ， 并 指出 后 者 是 亮 所 酸 激活 作用 的 中 间 A, RT AF AM (Earl Davie) LRM Wik Ri Ae BR, 大 胆 地 投入 了 色 氢 酸 激活 酶 的 分 离 工 作 中 。 这 项 研究 题目 主要 为 了 证 明 酶 对 单 三 氨基 苓 的 专 一 性 。 研究 与 ATP 有 关 的 色 氨 酸 激活 作用 ， 大 部 分 采用 形成 闫 胖 酸 的 方法 来 分 析 ， 因 为 沥 肝 酸 极 易 起 反应 。 最 近 赫 希 sa 99% (Hirsh) 和 李 普 曼 研 究 了 某 些 其 他 激活 酶 的 、 绥 慢 得 多 并 凑 肝 酸 反应 。 早 先 我 们 从 乙酸 激活 作用 的 经 验 了 解 到 ， 在 ; 全 缺乏 二 级 接受 体 CoA 的 情况 下 ， 不 能 证 明 乙 酰 产 FS BY 形成 。 再 说 ， 用 合成 方法 制备 的 氨 酰 基 腺 苷 酸 尽管 能 够 “被 迫 ” 参 与 反应 ， 但 很 快 便 对 之 发 生 怀疑 ， 以 后 证 实 了 这 种 类 型 的 中 间 体 是 与 酶 紧密 结合 在 一 起 ， 在 溶液 里 并 不 以 游离 的 形式 出 现 。 这 种 情况 使 得 我 们 有 时 想 ， 这 里 是 否 可 以 用 羟 胺 作为 一 个 人 工 接受 体 呢 ? 相当 于 CoA 的 天 然 接 受 体 依然 找 不 到 。 但 是 ,我 们 只 是 想 想 而 已 。 在 ATP 有 关 的 激活 作用 之 后 ， 那 个 天 然 接 受 体 的 发 现 正 是 核 昔 酸 顺序 和 多 肤 合 成 连接 ， 起 来 所 缺少 的 环节 。 我 们 在 波士顿 的 最 后 几 年 ， 那 时 仍 住 在 华盛顿 的 盖 莫 (George Gamow) 是 我 们 的 常客 。 我 们 都 喜欢 他 。 他 是 一 个 杰出 的 人 物 。 我 们 从 他 的 来 访 中 学 到 很 多 东西 ， 现 在 我 们 很 想念 他 。 和 许多 理论 物理 学 家 一 样 ， 他 被 遗传 学 吸引 住 了 。 他 是 最 先 看 出 需要 把 核酸 的 和 类 核 苷 酸 顺 序 和 和 蛋白质 的 20 个 氨基 酸 顺 序 联系 在 一 起 的 一 批 人 中 的 一 个 。 这 样 ， 他 就 ， 成 为 密码 之 父 ， 预 言 了 三 联 密码 的 可 能 性 最 大 ， 当 时 曾 作 过 十 分 粗略 的 尝试 来 说 明 专 一 的 核 背 酸 顺序 可 能 与 不 同 氨基 酸 相关 的 机 理 。 我 记得 他 来 访 时 我 们 曾 不 很 肯定 地 讨论 过 碱 基 顺序 的 分 子 表面 结构 以 某 种 方式 直接 而 且 专 一 地 和 某 些 氨基 酸 相关 联 的 可 能 性 问题 。 (>) 迁居 洛克 菲 勒 大 学 以 后 〈1957) 以 后 我 到 了 纽约 ， 盖 莫 到 了 科罗拉多 州 ， 我 们 就 失去 了 联系 。 但 另外 一 位 客人 克 里 克 (Francis Crick) RR. A 一 次 死 里 死 来 访 ,并 在 洛克 非 勒 大 学 共 进 午餐 。 我 们 第 一 次 听 el00。 _ 2 en wm? P. 5 ri iE RS OR: a Ba SSR TT AE BNA SRR EHNA RERRERRB ETN EY (adaptor) 和 每 个 氨基 酸 结合 在 一 起 以 准备 合成 蛋 自 质 。 这 种 连接 物 学 说 的 多 方面 的 含义 只 是 后 来 才 缓慢 地 被 我 们 所 理解 。 等 到 霍 格 兰 等 和 霍 利 〈Holley) 分 别 指出 核酸 汪 气 基 酸 激活 系统 的 组 分 ， 上 述 学 说 就 很 快 得 到 了 支持 。 氨 攻 酸 通过 激活 酶 和 核酸 连接 在 一 起 。 霍 格 兰 和 察 梅 尼 克 证 明 痪 一 种 可 溶性 的 RNA 用 于 此 目的 ， 它 包含 约 70 个 核 昔 酸 ， 证 实 了 克 里 克 所 预言 的 连接 物 ， 不 同 的 是 它 比 想象 的 更 大 些 。 最 初 给 他 定名 为 SRNA, 但 后 来 发 现 了 其 他 可 溶性 RNA， 这 个 名 称 就 废弃 了 ， 代 之 以 《转移 RNA” 或 简称 tRNA, 目 前 此 名 称 已 被 普遍 采用 。 0 发 现 了 这 一 个 特殊 载体 转移 RNA (tRNA) ,就 使 氛 基 酸 和 乙酸 激活 作用 得 到 了 更 好 的 对 比 。 于 是 立即 引出 了 RNA 和 氨基 酸 效 基 之 间 的 联系 问题 , 这 种 联系 能 保存 从 ATP 转 移 来 的 能 量 。 最 初 的 想法 是 磷酸 可 能 是 一 个 二 级 接受 体 。 然 而 ， 初步 实验 表明 氨 酰 基 tRNA 和 羟 胺 (在 酸性 更 大 的 pH 条 件 平 为 这 类 基 团 电位 的 优良 指示 剂 ) 的 反应 性 并 不 像 人 们 所 预 期 的 那样 和 酸 酥 一 样 大 。 氨 酰基 腺 苷 酸 在 pH5 和 羟 胺 反应 更 用 胰 脏 核糖 核酸 酶 去 消化 氨 酰 基 tRNA。 这 样 就 产生 了 了 腺 昔 -2 /或 3 氨基 酸 的 混合 物 。 显 然 氨 基 酸 是 在 tRNA 终端 腺 背 下 醒 化 。 察 梅 尼克 实验 室 也 分 别 发 现 了 tRNA 内 有 一 个 共 同 的 ApCpCp……O- 终 端 。 为 了 直接 达到 聚合 作用 ， 我 们 从 预先 激活 的 氨基 酸 开 始 。 在 这 些 工 作 中 ,我 们 多 少 有 些 意外 地 发 现 大 肠 杆 菌 tRNA 通过 该 杆菌 的 酶 负载 着 氨基 酸 ， 成 为 参 人 大 鼠 肝 脏 核 糖 体 氨基 酸 的 很 好 的 来 源 。 这 就 是 密码 具有 普遍 意义 的 一 个 很 好 w 10l 。 此 a : 的 例子 07 EA BURMA OE ARG. von Ehrenstein) 博士 和 我 采用 大 肠 杆菌 的 氨 酰 基 =tRNA 作为 免 血 红 和 蛋白 合成 的 氛 基 酸 供 体 ， 在 施 韦 特 〈《Schweet) WA 红细胞 系统 里 得 到 相当 好 的 结 洲 。 下 面 摘 引 论文 中 的 一 段 ， 血红 蛋白 能 够 从 微生物 大 肠 杆菌 衍生 出 来 的 氨 酰 基 -~sRNA 进 行 合成 的 事实 , 使 我 们 更 加 确 术 目前 二 般 认 为 的 代 表 氨 基 酸 专 一 性 的 SRNA 氨 基 酸 密码 有 其 普遍 意义 。 最 近 二 篇 论文 叙述 了 从 大 肠 杆 菌 获 得 的 另 一 个 类 似 系统 ， 将 这 个 系 统 和 上 述 系统 的 成 分 进行 比较 ， 就 可 看 出 需要 GTP 和 二 个 可 咨 性 的 酶 部 分 ， 而 两 个 系统 均 被 味 叭 霍 素 所 抑制 。 然 而 ， 与 同类 微生物 系统 相 比 ， 哺 乳 类 系统 对 毛 霉 素 的 抵抗 性 是 十 分 显著 的 。 即 使 在 0. 01 摩 尔 / 升 浓度 中 ， 我 们 也 从 来 没有 观 察 到 氧 堆 素 和 一 个 哺乳 类 系统 确实 存在 的 反应 。 氯 霉 索 和 味 吟 霉 素 干预 机 理 的 差别 已 在 大 肠 杆菌 系统 的 实验 理 表 现 出 来 。 这 些 事实 提示 我 们 ， 可 能 氧 霉 素 在 被 厌 聆 霍 索 阻 媚 之 前 阻 断 了 部 分 反应 。 我 们 开始 感觉 到 ， 哺 乳 类 系统 和 微生物 系 统 间 的 差别 必定 表明 微生物 系统 的 一 种 特有 的 性 质 ， 可 能 是 -种 附加 的 性 质 ， 它 在 氨基 酸 到 合 前 发 生 。 我 们 目前 推 息 这 种 栅 理 在 所 有 细胞 都 是 相同 的 。 参考 XM 献 (1) K.U.Linderstrdm-Lang, Proteins and Enzymes,Stanford, Calif, ; (Stanford University Press, 1952 or Oxford University Press, London) 。 C2) The requirement for coenzyme A in the enzymatic synthesis of hippuric acid,H.Chantrenne, J, Biol, C hem,.189,227 (1961) . C8) Synthesis of pantothenic acid by a pyrophosphate-liberating cleav- age of ATP,W.Maas, Federation Proc,12,241 (1953) 。 [4] Peptidyl transfers in gramicidin S biosynthesis from enzyme- bound thioester intermediates, With W.Gevers and H,Kleinkauf, Proc, Nat, Acad. Sci, U.S 63,1335 (1969), : ¢ 102° Gramicidin S and tiytocidine biosynthesis; a primitive process of sequential addition of amino acids on polyenzymes, in Chemical ‘Evolution and the Origin of Life (R.Buvet and C,Ponnamperu~ ma, eds, North Holland Publishing Co.) , in press, The isolation of a tryptophan-activating enzyme from pancrea.. With E,W.Davie and V.V. Koningsberger, Arch Biochem, Biop- hys,65, 21 (1956) . Isolation of adenosine amino acid esters from a rihonuclease digest of soluble, liver ribonucleic acid, With H.G, Zachau and G, Acs, Proc, Nat. Acad.Sci.U.S.44, 885 (1958) 。 The divergence in reactivity of aminoacyl-tRNA synthetases in E coli with hydroxylamine, With D.1,Hirsh, J, Biol.Chem, 243, . 5724 (1968) . [ 9) Experiments on hemoglobin biosynthesis, With G, von Ehrenstein, | Proc, Nat, Acad, Sci,.U.S.47, 941 (1961) 。 C103 Oxygen transfer to AMP in the enzymic synthesis of the hydrox- . _ amate of tryptophan, With M,B,Hoagland, P, Zamecnik, N, Sha- ron, M, P,Stulberg, and P.D.Boyer. Biochim. Biophys, Acta 26, 215(1957), | 在 转 而 说 到 我 们 日 益 关 注 的 上 清 液 因素 的 功能 之 前 ， 我 愿意 提 一 提 我 们 努力 去 证 明 氛 酰基 -tRNA 定位 的 专 一 性 ， 只 是 因为 要 将 其 反 密 码 子 和 mRNA 上 的 密码 子 三 联 体 配对 。 下 面 我 摘 引 我 1962 年 写 的 综述 《肿瘤 疾病 的 基本 问题 》 中 的 一 段 内 容 ; ”现在 我 回 到 最 后 一 个 题目 。 本 泽 尔 (Seymour Benzer) 博士 感到 目前 的 证 据 不 足 ， 因 为 在 活化 酶 通过 将 氛 基 酸 连 接 到 它 相应 sRNA 的 末端 的 翻译 步骤 中 ， 其 专 一 性 完全 转移 到 多 核 背 酸 链 上 了 。 为 了 确切 地 证 明 这 一 点 ， 他 建议 设法 将 一 个 连接 到 sSRNA 上 的 氛 基 酸 加 以 修饰 。 埃 伦 斯 泰 因 博士 在 本 泽 尔 实 验 室 工 作 了 一 段 时 间 后 又 回 到 我 们 那儿 ， 他 起 了 “ 信 使 二 的 作用 。 那 以 后 ， 他 去 约翰 斯 堆 普 金 斯 大 学 ， 加 上 在 我 们 实验 室 工作 的 查 普 维尔 博士 以 及 在 本 泽 尔 实验 室 工 作 的 玫 斯 布 罗 姆 《Weisblum) 博士 ， 我 们 之 间 就 形成 了 一 个 三 角 联系 ， 有 些 活动 是 在 霍 普 金 斯 大 学 和 埃 伦 斯 泰 因 博 士 共同 进 es 103。 行 的 01。 查 普 维尔 博士 对 含 硫 氨 基 酸 的 研究 有 丰富 的 AR), 在 这 个 问题 上 ， 他 对 我 们 有 很 大 帮助 。 首 先 “ 开 始 工作 前 能 制 成 只 有 相当 强度 放射 活性 的 半 肪 氮 酸 看 来 比较 还 想 ，6 因为 、 买 来 的 半 胱 氨 酸 的 放射 活性 不 高 。 他 采用 了 施 洛斯 曼 (Sch- lossmann) 和 林内 恩 报 道 的 一 种 酵母 酶 Ca， 把 高 放射 活性 的 丝氨酸 转化 为 具有 相似 放射 活性 的 半 胱 氛 酸 。 CH,OH - CHNH, - COOH+SH,—> CH,SH - CHNH, - COOH+H,0 半 胱 氨 酸 可 用 各 种 温和 的 方法 加 以 修饰 。 最 有 意思 的 是 带 氢 的 拉 尼 〈Raney) 氏 镍 还 原 法 ， 将 半 胱 氨 酸 的 综 基 除去 而 植 ， 和 人 入 氢 以 代替 "9J， 从 而 把 含 3 碳 链 的 半 胱 氨 酸 转化 成 含有 3 TRE HY PY ABR CH,SH - CHNH, - COOH+H,—> CH,CHNH, -COOH+H,S fENSEM A (Bethesda) ， 通 过 尼 伦 伯 格 CNiren- berg) 的 工作 (8]， 特 别 是 奥 乒 阿 〈《Ochoa) 博士 小 组 关于 某 些 核 音 酸 组 合 的 氨基 酸 相对 专 一 性 的 观察 ， 对 此 项 工作 帮 : HEX. CIBRRER-SHBR CRUG) 对 半 胱 氛 酸 和 某 些 其 他 氛 基 酸 是 专 一 的 ， 但 不 接受 丙 氛 酸 '?7*8]。 BR 提供 了 一 个 修饰 过 的 半 胱 氛 酰 - 一 及 氨 陶 基 C J < | A J | G=Cc 14-4 od G u UA | | No. 1 C=eec | \ | 人 让 4e-\ / G re) uU o~ \ \,- ~f—*u ee Pere Ay: Nise n/YNo=eer \ Ate / ou 2 | at 5HuU (一 6 一 (一 二 相让 是 ss 9 \ Nm / U=A - r3-@ CmG 3 hah cC=7G6 Fook vu Ki Ssu 1 1 \ U mi N\ / AS 酵母 的 丙 氨 酰 -tRNA。 三 叶 草 样 的 结构 ， 在 顶部 的 O 末 端 ， 腺 背 以 酯 键 连接 于 丙 氨 酸 的 六 基 。 底 部 环 中 含有 丙 氨 酸 的 反 密 码 子 I-G-C(), , *iill* 一 竹 C*。 把 本 RN 人 A 氨 酰基 -tRNA 和 补 完 肥 应 物 集 洽 在 二 起 的 反应 器 是 核糖 体 。 细 菌 核 猪 体 的 分 子 量 约 为 2x10"， 沉 ， 降 系数 为 705。 它 们 由 两 个 亚 单位 组 成 ,沉降 系数 分 别 为 302 和 505。 图 4 概述 了 在 带 有 mRNA 的 核糖 体 上 聚 各 作 用 的 进程 Cs)。 图 4 这 幅 顺序 加 入 氨基 酸 的 简 图 按 Crick 的 文献 修改 而 成 [56]。mR- NA 沿 305 部 件 滑 行 ， 两 个 相互 作用 的 tRNA 的 肽 酰基 和 所 酰基 末端 结 合 到 503 单 位 上 ， 并 通过 反 密 码 子 -密码 子 的 相互 作用 借 氢 键 连 于 30S 上 的 mRNA。 图 左 显示 出 肽 基 转 移 后 ,tRNA 摆脱 了 它 负载 的 丝氨酸 而 离 去 。 图 中 表明 发 生 肽 转移 到 新 加 进来 的 统 氨 酰 -tRNA 上 。 在 图 右 侧 , 随 着 莽 丙 氨 酰 -tRNA 反 密 码 子 与 nRNA 上 密码 子 的 三 联 体 相 连接 ， 肽 链 的 延长 过 程 继续 进行 。 丙 氨 酸 -tRNA 周围 的 5"~8/ 箭 头 强调 了 tRNA 上 反 密 码 子 和 mRNA 上 密码 子 之 间 结 合 的 反 平 行 性 Ke Dw® 位 为 给 位 ， 信 部 位 为 受 位 。 大 肠 杆菌 匀 浆 中 肽 链 的 延长 正常 蛋白 质 的 起 动 和 终止 都 涉及 各 种 各 样 特殊 机 理 的 复 杂 过 程 。 用 苯 丙 氢 酸 在 聚 尿 背 酸 上 的 聚合 作用 消除 了 这 些 复 杂 性 后 ， 我 们 把 注意 力 集中 到 肽 链 的 延长 上 ， 并 从 上 清 液 部 sa112 。 分 中 分 离 出 两 个 蛋白 质 T 和 G， 它们 是 细菌 延长 的 补充 反 应 物 。G 部 分 是 一 个 简单 蛋白 ， 而 T 则 由 两 个 亚 部 分 Te 和 Ta 组 成 cz1。 下 面 几 疏 ， 我 们 将 主要 讨论 这 些 蛋 白质 在 肽 链 延 长 中 的 功能 ， 以 及 它们 和 鸟 背 三 磷酸 (GTP) WHR, GTP 的 能 量 在 蛋白 质 合成 中 的 利用 ， 越 来 越 成 为 问题 的 核 必用 要 进行 广泛 的 讨论 。 尼 伦 伯 烙 和 马 太 (Matthaci) KT FREE A 作为 合成 聚 茶 丙 氨 酸 的 模板 c9， 这 使 蛋白 质 合成 的 研究 简单 化 ”了 ， 有 可 能 用 一 种 人 工 合成 聚合 物 合成 只 含 -种 氨基 酸 的 特 定 的 多 肽 链 。 我 们 现在 知道 了 ,为 这 个 系统 创造 最 佳 条 件 ， 无 意 中 挑 选 出 链 的 延长 这 一 环节 。 幸 好 延长 反应 的 基本 成 分 在 到 苯 丙 氨 酸 和 复杂 蛋白 质 的 合成 中 是 相同 的 。 这 些 成 分 是 核 糖 体 ， 从 无 颗粒 上 清 液 几 个 部 分 中 分 离 出 来 的 几 种 蛋白 质 ， Mgt+、K* 或 NH; 离 子 ，GTP 以 及 一 种 青 基 供 体 。 在 约 10-: 摩 尔 / 升 Mg+*+ 浓 度 时 ， 不 需要 特殊 的 肽 链 起 动 因子 ， 因为 茶 丙 所 酰 tRNA (Phe-tRNA) 能 够 作为 新 链 的 起 译 子 510%3113。 最 后 阶段 即 终 止 阶段 也 不 需要 ， 因 为 延长 进展 到 接近 把 加 入 的 Fhe-tRNA 耗 竟 时 ， 并 无 肽 链 从 tRNA 疼 Hy C12), #1 说 明了 补充 因子 和 起 动 、 延 长 、 终 止 8 个 阶段 的 协 A, 简单 地 总 结 了 制造 蛋白 质 的 整个 过 程 。 合 成 开始 是 mR- NA 被 结合 到 一 个 30S 核 糖 体 亚 单位 上 51s]， 其 起 动因 子 甲 酰 蛋 氮 酰 -tRNA (fMet-tRNA) 连接 到 它 的 密码 子 AUG 上 ,同时 50S 亚 单位 加 入 到 30S 中 。 在 此 阶段 ， 一 套 特殊 的 补充 反应 物 即 一 些 起 动因 子 在 起 作用 。 用 1 摩尔 / 升 NH4Cl 把 它们 从 核糖 体 分 离 出 来 C!4]， 虽 然 就 确切 的 含意 来 说 ， 它们 并 非 核 稿 体 的 组 分 。 人 们 认为 锅 前 〈Iwasaki) 等 人 报 道 的 F;、F: 和 Fs 部 分 [1 与 雷 维尔 (Revel) 等 人 报道 的 e118 。 A,C 和 了 B 部 分 相 类 似 (19% 171。 当 试验 所 叭 菌 体 RNA 时 ，Fs 部 分 在 mRNA 的 结合 中 起 作用 515， 但 聚 尿 苷 酸 的 结合 则 似乎 并 不 需要 。F:、F，: 部 分 和 GTP 促 进 了 细 葡 起 :动因 子 fMet-tRNATC1Ls0 和 其 他 =- 酰 化 tRNACII 的 结合 。 下 ;部 分 单独 存在 时 无 活性 ， 但 可 刺激 FEF;， 而 Ex* 单 独 存在 时 则 一 般 都 显示 出 活性 。 看 来 在 整个 合成 周期 的 起 动 阶段 ， 70> 核糖 量 体 单位 是 由 诸 离 的 303 和 50S 亚 单位 结合 而 成 的 51s]， 而 在 终止 阶段 之 后 ， 又 分 离 成 亚 单位 419]。 起 动 阶 段 之 后 继 之 以 延长 阶段 ， 本 文 的 中 心 就 是 讨论 肽 链 延 长 阶段 的 。 表 1 多肽 链 起 动 、 延 长 及 终 赴 反应 的 细菌 补充 物 Ot 人 CALL: (参考 文献 见 正文 ) A OF 来 ， 源 mh. te 起 动作 用 Fs (B) 核糖 体 洗 液 ““ 使 mRNA 结 侣 到 核糖 体 (350S) 上 Fi-Fi(A-C) 及 GTP “ ”核糖 体 洗 液 使 台 - 阻 断 的 氨 酰 基 -tRNA 结合 到 核 精 体 上 ie. 延长 周期 Ts 1 使 GTP 和 氨 酰 基 -tRNA 结合 Te 下 有 转移 到 核糖 体 上 KEES BKSOSHAR “使 肽 酰基 转移 到 氨 酰 基 -tRNAE 上 G 和 GTP 上 清 部 分 使 肽 酰基 -tRNA Bit» KW GTP 上 释 出 Pi 终止 作用 R1-R; 上 清 部 分 按照 密码 子 UAA 、UAG 或 UGA 的 信息 ， 从 tRNA 上 释 出 合成 完 HR jk SS eee e114 « | 当 终止 三 联 体 UAA。 UAG 或 LGA 之 -在 肤 栈 基 -tR- 状 的 紧邻 出 现 于 mRNA 时 ， 延 长 停止 2:]。 最 终 产 物 释 出 ， 姥 从 tRNA 上 水 解 下 来 ,其 方式 尚未 查 明 。 终 止 与 上 清流 内 的 为 子 有 关 ， 是 加 庶 扎 (Ganoza) 早期 的 实验 已 指出 过 的 `20J， 当 时 她 正在 做 合成 的 含 高 比例 UAA 三 联 体 的 尿 背 酸 和 腺 童 酸 聚 合体 的 工作 。 卡 佩 奇 (Capecchi) 用 一 个 fs 型 大 肠 杆 参 叹 著 体 的 早熟 终止 变种 作 研 究 ":1]， 从 延长 因子 中 分 离 出 一 个 释放 因子 R5C2:2]。 最 近 , 尼 伦 伯 格 和 他 的 同事 们 发 现 ， 在 终止 三 联 体 及 上 清 液 因子 了 存在 的 条 件 下 ， 当 f{Me- ti-tRNA 和 载 有 AUG 的 核糖 体 连接 时 ，fMet 便 释 放出 来 "2sJ。 他 们 把 R 分 离 成 亚 部 分 Ri 和 R:，Ri 和 R: 分 别 对 UAA 和 UAG 以 及 UAA 和 UGA 有 专 一 性 。 加 诺 扎 近期 的 实验 指出 ， 似乎 终止 需要 一 个 额外 的 补充 反应 物 ， 它 与 核糖 体 紧 密 地 结合 (24]。 细菌 延长 因子 的 分 离 内 和 森 斯 CNathans) 和 李 普 曼 首先 从 大 肠 杆菌 上 清 波 中 用 DEAE- 纤 维 素 色谱 法 分 离 出 一 个 单 峰 ， 含 有 用 于 聚合 作 用 的 全 部 高 分 子 补充 反应 物 .:s。 这 一 阶段 更 有 趣 的 结果 之 一 是 ， 当 用 内 源 性 mRNA 工作 时 ， 峰 部 分 促进 了 连接 在 大 肠 杆菌 tRN 人 部 分 的 各 种 氨基 酸 的 参 和 作用。 这 表明 ， 在 从 氨 酰 基 -tRNA 形 成 多 肽 链 的 缩合 期 ， 这 种 过 程 对 氨基 酸 并 Ee — tt. CME TUNA, RODEAE-2eeR ele ata — 步 细 分 5a8]。 艾 伦 迪 CAllende) SAR RAAT WRENS RE, KHDEAE-44%, ii 用 DEAE- Sephadex 及 0.2 摩 尔 / 升 和 0. 3 摩尔 / 升 磷酸 缓冲 液 逐 步 洗 脱 ， 分 离 出 两 种 补充 反应 物 部 分 〈 图 5 ) Cs7)。 稳 定 部 分 人 e115 « 280 毫 微米 吸光 度 a ro) 100 14 C 的 参 入 量 〈 每 分 次 ) 50 。 -一 一 。280 训 微米 光 密 度 ea 。 从 GT32P 释 出 的 32p4《〈 每 分 次 ) x 一 一 X 在 A+B 存 在 条 件 下 14C- 苯 丙 氨 酸 的 参 入 量 〈 每 分 次 )》 图 5 核糖 体 相连 的 鸟 背 三 磷酸 酶 和 B 部 分 素 合 活性 的 重 & 054]。 实 验 用 DEAE-Sephadex 柱 ， 并 在 A 因 子 存 在 条 件 下 进行 参 入 测 量 。 除 RARER. SAAR-tRNAMART ERA, SH=ABRBAEE 相 似 条 件 下 测定 。 示 踪 物 为 GTP (rs32?P) ， 用 无 机 盐 的 产生 作为 酶 活 性 的 指标 ， 图 中 的 数值 均 用 110 每 分 次 的 核糖 体 空白 修正 过 。 在 低 浓度 时 洗 出 ;不 稳定 部 分 B 在 高 浓度 时 洗 出 。B 部 分 和 鸟 痛 三 磷酸 酶 相符 。 这 一 分 离 方法 经 西 过 (Nishizuka) 和 FES 28 -改进 ， 仍 用 DEAE-9S9esphadex 但 借助 于 开 C1 梯 度 分 离 而 不 是 逐步 分 离 (图 6) 。 出 现 了 3 个 峰 ， 最 早出 现 116° T 因 子 + GAF 恰 & GH + x & , CF . 期 10 pc * 一 一 。， 在 外 加 G 因 子 条 件 下 葵 丙 气 酸 的 聚合 活 tes ove 。， SG 四 子 条 件 下 荃 丙 氨 酸 的 束 合 活性 ，。 一 一 。 乌 背 三 磷酸 酶 活性 。 p29: FRSA XMC28I, 的 峰 含有 和 人 相似 的 因 于 ， 现 在 称 作 T 因 于 ; -第 2 个 峰 是 两 者 的 混合 物 ， 第 3 个 峰 是 与 B 相 似 的 因子 ， 现 在 称 作 G 因 子 。 + G 因 子 ,0.2 ng GTP 水 解 量 ( 训 微 摩尔 ) 0 0.1 0.2 0.3 0 50 100 150 200 GHF (3) 核糖 体 〈 微 克 ) AT 用 核糖 体 连 接 的 鸟 背 三 磷酸 酶 测定 G 因 子 。A， 用 过 量 核糖 体 测定 G 因 了 于。B， 过 量 G 因 于 对 核糖 体 的 作用 [35]。 117° 特殊 的 中 间 峰 是 两 者 的 复合 体 ， 应 引起 更 大 的 注意 (2*]。 最 后 的 部 分 为 G 因 子 ， 它 在 聚合 过 程 中 对 工 因子 起 补充 作用 ， 并 与 核糖 体 连接 的 鸟 背 三 磷酸 了 酶 相符 2" 809 st 〈 图 7) 。 与 鸟 背 三 磷酸 酶 连接 的 B 部 分 的 不 稳定 性 相 比 /' G 因 子 相 当 FEC, A-AM, RAK CCRMT BD BIR 不 稳定 定 的 A 相 似 57]。 解 ” 决 从 后 期 至 早期 洗 脱 波 的 不 稳定 性 这 一 难 题 就 要 把 工 因子 〈 图 8) 进一步 细 分 为 不 稳定 的 Tu 和 稳定 的 Tscr)。 将 KCI 梯 度 Vow = ve BS EFT AL E0288 K HE As Tu 因子 和 Ts 因子 的 葡 聚 糖 G-200 分 法 ”比较 ， 表 明 只 民 分 离 。。 -一 。，Ts 因 子 用 莽 粮 洗涤 过 的 ”有 在 低 浓 度 磷酸 盐 条 核糖 体 〈 每 0.25 毫 升 ) 反应 混合 物 中 含 0.2 PEP REM se Hy Ts 毫克 ) 来 测定 。。 一 一 。， 在 20 微 克 G 因 子 和 i" 40 微 克 Ts 因 子 存在 条 件 下 测定 的 Tu 因子 活 “因子 才能 得 到 稳定 的 性 。 详 见 参考 文献 [6] 。 A 部 分 ， 而 在 高 浓度 磷酸 盐 条 件 下 , 和 Tu 因子 一 起 洗 脱 下 来 的 SG 因子 则 获 得 不 稳 定 的 B 部 分 。 西 朝 法 最 近 表 明 可 产生 出 近乎 纯净 的 G 因 也 5s]。 卡 齐 B (Kaziro) 和 井 之 上 《〈Inoue) 将 此 法 稍 加 改进 后 就 能 够 分 离 出 一 种 均匀 部 分 ， 从 中 可 以 获得 晶 态 的 SG 因 了 于。 在 此 以 前 ， 工 因子 复合 体 和 因子 已 由 帕 梅 基 亚 尼 (Parmeggiani) 结晶 出 来 83] (图 9 ) 。 到 目前 为 止 ， 由 梅 基 亚 尼 已 获得 片 状 和 针 状 两 种 类 型 的 [因子 晶体 。 针 状 晶体 可 能 包含 不 同 比 例 的 Tu 和 Ts 因 了 于 5 234]。 e118 « 的 ， 但 其 他 方面 与 稳 | 图 9 巾 梅 基 亚 尼 制 备 的 G 因 子 晶 体 〈 左 ) 和 T 因 子 晶 体 〈 右 )〔?3]。 在 聚合 过 程 中 或 GTP 特 异性 地 裂解 为 SGDE 和 无 机 磷酸 盐 的 过 程 中 ，G 因 子 均 和 核糖 体 相 补充 人 "。 这 似乎 表明 G 因子 和 来 目 SIE 末 端 高 能 磷酸 键 的 能 量 释放 有 功能 上 的 联 系 。 最 初 以 为 能 量 增强 氨基 酸 羧 基 的 活化 作用 。 然 而 ， 连 接 一 个 肽 键 所 需 的 能 量 显 示 出 能 充足 地 由 氨基 酸 或 肽 羧基 和 tRNA 的 3“- 末 端 腺 背 间 的 高 能 醒 键 提供 5 PO, A GTE 的 能 量 便 很 可 能 用 于 其 它 地 方 4 延长 周 期 每 个 氟 基 酸 的 加 成 反应 都 经 历 一 个 可 分 为 4 个 阶段 的 反 应 局 期 〈 图 10) 6°93, 1) 起 动 阶段 。 一 个 肽 酰基 -tRNA 占据 了 核糖 体 上 的 给 位 〈 肽 酰基 部 位 或 图 10 中 的 也 位) ， 而 其 受 位 ( 氨 酰 基部 位 或 图 10 中 的 A 位 ) 是 留 空 的 。(〈2 ) 被 肽 酰 基 - tRNA 占据 的 密码 子 - 反 密码 子 给 适合 WAME-ARNA 发 出 信和 号， 使 之 与 其 下 一 个 留 空 的 密码 子 结 合 。 此 结合 被 工 +CTIE 因 子 所 催化 ， 并 起 动 肽 酰基 的 转移 4 1 后 者 由 核 ‘#119. 一 A P “lll Ml iy i P P, Mt il iN A p- ptetegeteretetepe fete yyy P10 KAA. C1) RRC LA), —TRBB-tRNA 刚刚 转移 到 核糖 体 的 给 位 上 (D)， (2)(FA), BM (AR-TA 酰基 -tRNA 占据 ， 这 个 氨 酰 基 -tRNA 的 反 密 码 子 和 imRN 人 上 的 :与 肽 酰基 -tRNA 占据 的 三 联 体 相 邻 的 密码 子 三 联 体 相 匹配 。 这 种 结合 是 工 因 子 〈《Tu 和 Ts)+ GTITP 的 一 种 功能 ， 它 起 动 了 转 肽 作用 ， 把 : 肽 基 由 肽 酰基 =tRNA 转 到 氨 酰 基 -tRNA 的 游离 氨基 上 ， 并 释放 出 原 与 肽 酰基 -tRNA 相 联 的 tRNA。 为 了 使 给 位 留 空 ， 以 便 新 延长 的 正 处 在 受 位 上 的 肽 酰基 -tRNA 移 位 ，G 因 子 + GTP, 同时 促进 〈3 ) 中 游离 的 tRNA 的 置换 ， 把 延长 的 肽 酰基 -tRN 人 AAA 向 给 位 转移 。 随 着 移 位 在 〈《4.) 中 完成 ， 肽 酰基 -tRNA 在 延伸 了 一 个 氨基 酸 之 后 回 到 起 始 部 位 1) ， 它 把 mRNA 带 向 左 侧 一 个 密码 子 的 长 度 ， 洲 在 受 位 下 露出 一 个 新 的 密码 子 以 便 连 接 下 一 个 气 酰 基 -tRNA。 -©120¢ | FAK ENE BPTI. (3 ) 肽 酰基 转移 后 ， ERR 附着 的 tRNA 留 在 给 位 ， 而 新 延长 的 肽 酰基 -tRNA 留 在 受 fry 两 者 均 作 好 被 移 位 的 准备 。(4) 最 后 阶段 。 肽 酰基 -tRNA - 和 mRNA 间 的 复合 物 已 从 受 位 转移 到 给 位 ， 同 时 游离 的 | tRNA 已 从 给 位 被 取代 。 我 们 曾经 论证 过 ， 为 了 这 种 移 位 ， 来 自 GTP 的 能 量 通 过 G 因 子 被 传递 并 用 于 携带 此 复合 物 向 前 移动 二 个 密码 子 的 距离 Cas"， se] [比较 图 10 中 的 〈1) 和 (下 7 门 ,5 EMA) (Huxley) 讨论 过 这 样 一 种 运动， 和 肌 肉 收 缩 中 肌 动 蛋白 和 肌 球 蛋白 与 ATP 有 关 的 部 分 的 相互 作 用 有 些 相似 Csals。 这 种 相似 性 提示 我 们 5ss1， 由 G 因 子 催 化 的 :与 核糖 体 有 关 的 GTP 的 裂解 可 能 在 移 位 中 起 作用 。 转 肽 酶 人 们 常常 设想 转 肽 酶 是 由 上 清 液 提 供 的 5s]。 然 而 ， 门 # (Monro) 等 已 证 明 ， 对 于 细菌 系统 ， 在 肽 合成 过 程 中 起 催化 作用 的 转 肽 酶 是 核糖 体 50S 部 件 的 组 成 蛋白 质 之 一。 他 们 试验 把 ftMet 从 fMet-tRNA 转 移 到 使 链 终止 的 抗生素 RK SAN REE, ZtARtRNA AMER Ria WY 2B 似 物 。 这 一 反应 模型 对 研究 转 肽 过 程 非 常 有 用 ，: 此 观察 表明 肽 基 转 移 本 质 上 与 上 清 液 因子 或 GTP 无 关 。 转 肽 酶 显然 是 装 在 与 两 个 起 反应 的 tRNA 专 一 地 连接 着 的 核 蛋白 体 50S 亚 单位 上 。 肽 酰基 (或 1Met) -tRNA 与 给 位 连接 ， 氮 酰基 -=tRNA 与 受 位 连接 〈 图 10)。 所 以 为 了 处 理 肽 基 转 移 ， 酶 必须 集中 在 给 位 和 受 位 之 间 ， 并 极 化 成 把 肽 羧基 从 给 位 转移 到 受 位 的 氮 基 接受 体 上 的 这 种 形式 。 同 样 ， 斯 科 格 尔 森 CSkogerson) 和 莫 尔 戴 夫 (Moldave) 最 近 提 出 在 哺乳 动 物 系统 中 ， 肽 基 转 移 是 核糖 体 的 一 种 功能 541]e 在 整个 核糖 体 氛 基 酸 加 成 复合 体内 ， 肽 酰基 -tRNA 和 121° : * “RBI tRN AEF 30S WM MMRNA 上》 BM — 限制 了 两 个 tRNA 定位 的 几何 位 置 。 我 们 讨 诊 每 个 新 氨 酰 基 -tRNA 的 结合 机 理 时 ， 必须 把 这 一 点 牢记 在 心 , WARM 基 -tRNA 对 肽 谷 成 起 到 协调 作用 并 接着 产生 移 he. Boh 延长 的 示意 图 只 是 结合 和 移 位 到 核糖 体 图 象 上 的 粗略 投影 。 布 赖 彻 尔 (Bretscher) C421 AIH RH CSpirin) 《43] RB 位 已 作出 更 为 详尽 有 趣 的 、 但 主要 是 理论 上 的 叙述 。 宣 戎 (Fuller) MBA CHodgson) 提出 了 两 个 相 邻 的 tRNA 与 和 RNA 的 密码 子 - 反 密 码 子 相互 作用 ， 产 生 两 不 短小 的 : 双 ， 螺旋 伸展 物 的 详细 分 子 模型 。 这 些 主张 不 应 看 成 是 已 经 确定 的 理论 ， 而 只 是 启迪 人 们 解决 复杂 的 几何 学 和 动力 学 问题 的 良好 开端 。 因子 和 CTP 以 及 氨 酰 基 -tRNA 的 复合 斯 韦 特 和 他 的 同事 描述 了 网 质 红细胞 系统 内 的 两 个 上 清 流 因 子 TF-1 和 TEF-2 的 特点 31。 研究 表明 ，TE=-1I 因 子 和 氨 酰 基 -tRNA 与 核糖 体 的 结合 有 联系 ， 这 种 结合 是 依赖 于 GTPE 的 。 然 而 ， 在 大 肠 杆菌 中 ， 这 种 结合 看 来 与 GTP 或 上 REX. Akt, HRBE-tRNABS? Fl i A B= K 体 以 2] 或 多 聚 体 的 核糖 体 上 [575 以 标识 密码 的 实验 均 在 无 上 清 液 因子 或 无 GTP 的 条 件 下 进行 。 然 而 ， 只 是 到 了 最 近 才 认识 到 ， 在 微生物 系统 中 ， 不 同 阶段 对 GTPE 的 需要 却 由 于 用 高 浓度 的 Mg++ 而 搞 得 不 清楚 了 。 例 如 ， 所 有 A 识 密码 而 做 的 结合 实验 均 是 在 20 毫 摩尔 7 升 或 更 高 浓度 的 Mg++ 条 件 下 进行 的 。 只 是 在 用 低 浓 度 Mg* + (4 一 5 毫 摩尔 / 升 ) 时 才 需 要 GTP， 在 起 动 W- 阻 断 的 毛 酰 基 =-tRN 人 的 结合 测 Bh Ogee, Rwy TAL Baw Ft N-Z.M-E ABE (NMN-Acetyl-Phe-tRNA) 在 低 浓 度 和 高 ©1226 Mg*+ 条 件 下 的 结合 情况 5。 在 4 毫 摩尔 / 升 Mg++ 条 件 下 需要 GTP 和 专 一 起 动因 子 F; 和 F,5l4" 1 而 在 10 毫 摩尔 / 升 Mg++ 条 件 下 则 不 需要 。 RENEE, 步 追踪 研究 {Met-tRNA 与 Fi 和 LP: (49949 -结合 到 核糖 体 是 否 需要 GTP， 他 们 发 现 用 来 分 离 -F FOF, 014° smo EA 能 使 GTP 在 微 孔 滤 膜 上 滞留 (5"。 他 们 起 初 以 为 这 是 由 fy 因子 和 GTP 形 成 的 一 种 复合 物 造 成 的 。 然 而 通过 Sephadex G-50 凝 胶 过 滤 分 析 ， 戈 登 Gordon) 观察 到 GTP 是 积 T 因 子 〈 图 12) BAe TREE CARINE 赫 试验 5s% 中 的 一 种 污染 物 ) 。 这 种 结合 受到 AB 基 -tRNA 的 强烈 刺激 《551] 中 的 图 1 ) 。 与 此 同时 ， 艾 伦 迪 等 证 实 了 rad vo) 6.0 103% FEAR / 升 Mg++ 人 NL 乙 酰 -_C14 基 两 氨 酰 -tRNA 结合 量 (微微 摩尔 ) o “10 毫 摩尔 / 升 Mg » He & HE U —=O 2 4 6 8 10 20 30 34 25 CRAB MT fa) (48h) 30°C Feild BY [a] (4+ Bp > 图 11 人 -乙酰 -Phe-tRNA 与 核糖 体 的 结合 ， 后 者 在 低 浓度 或 高 浓度 Mg* 存在 条 件 下 以 1 摩尔 / 升 NH4CI 洗 涤 ， ( 左 ) 4 毫 摩尔 / 升 Mg++3 (A) 10 毫 摩尔 / 升 Mg**。 加 于 左 侧 的 洗涤 液 含有 斯 坦 利 Stanley) 等 的 起 动因 子 Fli 和 F:[14]。 详 见 人 参考 文献 [11]。 °123 5GCTPHSHNEARETAT, MAB, AF), KB ET ATLA RAMEARNAWGTP ST AF NEEHHAE I 9%, ARMY 8 RZ) HMB 滤 膜 土 时 ， 大 部 分 复合 物 通过 小 膜 出 现在 滤液 中 。 这 外 三 元 复合 物 欧 形成 可 列 出 一 个 二 步 反 应 式 : T+GTP—=T-GTP T-GTP + RRMBARNA—GTP-T-SREARNA ’ 6 1500 GTP : + 4 SN 4 , +.phe-tRNA raRR 2 : 2 ye 500 .= Os O 4 He gh 4000 QJ + leu-tRNA ak \ 上 一 a5] ATP#2 3H-GDP 图 12 AMR MGC-ONBAWETAT, GTPHAMB+ARNAL MY 成 的 复合 体 [51)。 ©1246 这 种 三 元 复合 物 : 零 时 加 入 T-GTR-C 有 化 学 计量 学 wm 2 phe-tRNA 复 合体 - GTP Heme FE” ERNA CSS: 54>) 很 明 0.8 T+4C-phe-tRNA 显 ，N -乙酰 - Phe- 3 tse 零 时 加 入 GTP tRNA'ss"sc2 和 fMet- = tRNA 均 不 STREAM Fo GTP RW. Ale fF 。， T+ “C-phe-tRNA 示 这 个 Phe-tRNA-T- = | qT : GTPBA MAME BE 体 0 5 10 | Re») 《上 面 的 曲线 ) 反应 非 0C 作 用 时 间 ; (分 钟 ) 常 迅速 ,假如 各 成 分 二 一 画 13 条 自 T-GTP-PHe-tRNA 夏 个 二 个 地 加 进去 ， 结 合 合体 的 RhertRNA 与 核糖 体 | 的 朋 间 . 结合 反应 [3 全 。 就 缓慢 得 多 〈 下 面 的 曲 线 关 所以， 可 以 认为 是 T 因 子 把 氯 酰基 -tRNA 带 到 核糖 体 上 的 。 延长 因子 下 和 G 的 功能 在 此 期 间 ， 卢 卡 斯 - 伦 纳 德 (Lutas-Lenard) 和 黑 尼 (也 aenni) 已 开始 研究 GTE 并 附带 研究 T 因 子 和 G 因 子 的 功能 34 ， 他 们 采用 来 自 Ehe-tRN 信 的 茶 丙 氨 酸 在 聚 尿 苷 酸 上 的 聚合 作用 的 方法 。 他 们 发 现 用 人- 乙酰 -he-tRNA 作 为 起 动因 子 去 负载 聚 尿 苷 酸 核糖 体 的 方 法 优越 性 最 大 。- 乙 酰 -Phe-tRNA 本 质 上 是 一 种 肽 酰基 类 YH, 用 起 动因 子 标志 的 在 给 位 上 的 核糖 体 复合 体 被 分 离 出 来 ， 并 用 所 把 不 同 标志 的 了 he-tRNA 结 合 到 受 位 上 。 表 2 表明 个 因子 的 亚 部 分 Tu 和 Ts 与 GT 联合 作用 5054)。 在 这 些 实验 里 ， 发 现 了 大 部 分 结合 着 的 Phe-tRNA 立 即 GAN-G M-Phe-tRNA, #@ R—KN-G M-Phe-Phe- tRNA 〈 表 3 ， 行 2》， 反 应 就 此 停止 。 在 没有 G 因 子 的 情 ° 125° R2 Ts 因子 和 Tu 因子 以 及 GTP 对 于 3H-Phe-tRNA 结合 到 核糖 体 上 的 影响 、 BeAKBAN-Z2B-Phe-tRNA; MILWRRRC IA TW Phe-tRNA 的 结合 量 Phe-tRNA (es 《微微 摩尔 ) 无 2.8 Ts+GTP 和 2.8 Tu+GTP 5.2 Tu+Ts+GTP | 11.6 况 下 ， 虽 加 入 过 量 的 Phe-tRNA， 却 不 形成 三 肽 下面 说 明 在 转 肽 过 程 中 ，GTP 的 相当 复杂 的 功能 。 已 证 明 ， CTPA 一 个 类 似 物 5 - 鸟 昔 亚 甲 双 腾 酸 酯 连接 B 和 Y= 磷 酰基 的 氧 为 CH: 所 取代 》 ， 是 一 个 很 有 趣 的 工具 化 合 物 -5 它 能 取代 在 与 F:-F: 有 关 的 、 把 fMet-tRNA 结 合 到 大 肠 杆 菌 核糖 体 的 反应 中 的 GTP548 1)， 它 也 能 取代 和 T 因 子 有 关 的 Phe- tRNA 结合 反应 中 的 GTP rs 583, KAGTPRE, HAG -成 肽 〈 表 3， 行 3 ) 。 但 门 罗 等 已 证 明 转 肽 酶 的 活性 并 不 取 决 于 上 清 液 或 GTP5s7 )]。 因 此 ， 如 果 是 GTP 而 不 是 它 的 类 似 物 允许 和 Phe-tRNA 形 成 肽 键 ,那么 GTP 的 功能 必然 专 一 地 关系 到 在 整个 核糖 体 上 和 mRNA 相连 接 的 Phe-tRNA 的 排列 : 5 1。 一 个 不 能 供应 高 能 磷酸 键 的 GTP 类 似 物 对 结合 来 说 是 足够 了 ， 但 对 多 肽 合成 来 说 则 不 够 。 这 种 情况 被 解释 为 在 后 一 反应 中 GTP 被 裂解 。 然 而 , 由 于 像 这 样 的 转 肽 作用 是 在 没有 GTP 的 条 件 下 进行 的 ， 我 宁可 等 到 结合 、 苇 有 捧 和 移 位 等 作用 之 间 的 关系 搞 清 楚 后 再 作出 解释 。 目 前 能 得 到 的 * 126。 表 3 GTP 和 GMP-PCP 在 对 为 T 因 子 所 促进 的 sH-Phe -tRNA 与 核糖 体 结合 的 影响 ， 以 及 GTP 和 GMP 上 天 -PCP 对 W- 乙 酰 -Phe-Phe-tRNA 形 成 的 影响 i H+ & TN -乙酰 -14C-Phe-tRNA 和 T 因 子 .GTP 或 GMP-PCP 以 及 sH- Phe-tRNA 一 起 钱 温 并 离心 。 通 过 tRNA 结合 到 核糖 体 沉淀 上 的 产物 ， 用 碱 水 解 方 法 释放 出 来 ， 并 用 纸 电泳 法 分 析 [56] 。 i 结合 的 微微 摩尔 数 JV- 乙 酰 -乙酰 Phe-tRNA Phe-Phe-tRNA Phe-tRNA MAB (14C) (14C 或 3H) (3H) 无 7.6 0,4 0.1 +T+GTP. ~ 3.0 4.5 2.8 + T+GMP-PCP 7.0 0,5 4,8 SO ke eee Eee nee nnnEn en eee nee 上 :释放 与 整个 聚合 作用 的 最 适 比值 为 1 : 1528]。 然 而 ， 在 这 些 实 验 里 ， 了 :释放 的 本 底 相 当 高 ， 我 们 正在 准备 再 次 核对 。 G 因 子 的 功能 在 前 面 几 和 全 实验 里 ， 只 用 T 因 子 和 GTP， 加 一 次 苯 两 氨 酸 后 延长 过 程 就 停止 下 来 。 把 嘎 聆 霉 素 加 入 N- 乙 酰 -Phe- -Phe=tRNA， 并 不 引起 二 肽 的 释放 《〈 表 下) O° ,虽然 预先 结合 的 起 动因 子 N- 乙 酰 -Phie-tRNA 很 容易 以 W_Z 酰 -Phe- PCS AWA RRR (811), SK RRNA 只 是 在 与 SG 因 了 于 和 GTP 接 触 后 才 发 生 反 应 。 再 说 ， 表 4 表明 在 G AFAAN RH, MAMRIERRGTP XP AK WES GTP 同 时 加 入 , 则 可 抑制 移 位 作用 ; 它 也 抑制 氨 基 酸 的 聚合 。 ” 转 肽 作用 只 暴露 给 T 因 子 和 GTP 后 〔 图 10(3)] ， 留 下 el127。 RA GBR N-CB-Phe-Phe \ 载 有 5.4 微 微 摩尔 的 V- 乙 酰 -14C-Phe-sH-Phe-tRNA WK EE 离心 法 SM, HELRAA TRA. BMERPOACRCREROD, N-Z.%-Phe-Phe- BR 加 入 物 释 出 的 微微 摩尔 数 (14C 或 3HD) MUBZ 1,8 G+GTP+MmhBx yy G+GTP+REAWMR+BRER 2.0 G+GMP-PCP+ BME 1.8 G+GTP+GMP-PCP+ BYE 4,1 来 的 核糖 体 在 给 位 上 有 一 个 游离 tRNA， 在 受 位 上 则 有 一 个 新 延长 的 肽 酰基 -tRNA。 最 近 ， 卢 卡 斯 - 伦 纳 德 和 黑 尼 已 证 AA: 游离 的 tRNA 从 给 位 上 除去 是 与 S 因 了 于 和 GTP 促 进 的 从 受 位 到 给 位 的 肽 酰基 -tRNA 的 移 位 紧密 联系 在 一 起 WSR. 为 此 目的 ， 将 气 标 记 的 tRNA 从 在 含 3H- 尿 喀 了 啶 的 培养 基 中 生长 的 ， 对 尿 喀 啶 有 依赖 性 的 大 肠 杆 菌 中 分 离 HK. N-G 酰 -!4C-Phe-s*H-tRNA 从 这 种 tRNA 制备 而 得 ， 而 带 有 =- 乙酰 -14C-Phe-s*H tRNA 的 核糖 体 与 了 因子 及 GTP 二 起 骨 温 ， 通 过 转 肽 作用 形成 !xC-Phe-tRNA， 如 表 3 所 示 " 发 现 分 离 出 来 的 核糖 体 同时 带 有 :HH-tRNA 和 =- 乙酰 -14C-Phe- 12C-Phe-tRNA, 后 者 与 叮 叭 霉 素 无 反应 性 。 将 这 些 带 在 上 述 基 团 的 核糖 体 与 G 因 子 及 GTP 一 起 星 温 ， 同 时 释 出 化 学 计量 的 5H-tRNA 和 14C- 二 肽 酰 嗓 叭 霉 素 。 这 些 结果 支持 了 下 列 设 想 : G 因 子 和 GTP 在 移 位 中 的 作 用 并 将 游离 tRNA 推 离 核 糖 A. KKB KA. N-Gwi-Phe- Phe-tRNA 不 能 与 野 叭 霉 素 起 反应 的 解释 是 这 样 的 ; 此 阶段 © 128° 区 二 肽 酰 -RNA 是 在 受 位 上 ，: 在 那里 当 Phe=tRNA 接 受 来 和 其 恨 NA 的 N- 乙 酰 :Phe 时 才能 形成 二 肽 (图 10) 。 然 后 为 了 把 三 肽 酰 -tRNA 转 移 到 给 位 上 ， 需 要 SG 因 子 和 CTE。 在 给 位 上 ， 三 肽 栈 =tRNA 处 于 一 个 适宜 的 位 置 ， 以 便于 . 核 糖 体 的 转 肽 酶 相 衔接 ， 并 和 叮 叭 霉 素 的 或 ARR-tRNA 氨基 相连 。 为 了 证 明 后 者 ， 做 了 继续 延长 至 三 肽 酰 -tRNA 的 试验 se]。 表 5 数据 证 实 肽 酰基 只 是 在 与 因子 和 CTE 反 应 后 才能 转移 到 一 个 新 的 氯 酰基-tRNA 上。 这 个 实验 还 表 明 ， 这 种 被 修饰 过 的 核糖 体 复合 物 在 加 人 Phe=-tRNA-I- GTPE 以 前 可 以 被 分 离 出 来 。 #5 _ 把 Phe-tRNA 加 入 到 载 有 N- 乙 酰 -Phe-Ehe-tRNA 的 核糖 体 ， 形 成 N- 乙 酰 Phe-Phe-Phe-tRN 人 SA 经 表 内 所 列 方法 处 理 后 ， 将 核糖 体 离心 并 与 T 因 子 、GTPE 玉 HI-Phe- tRNA—## ia. 形成 的 N- 乙 酰 -Phe-Phe-Phe-tRNA 核糖 体 的 处 理 (3H) (Ph TE ) 无 0.5 G+GTP 3,8 G+GTP+ REM is 厄 尔 布 (Erbe) #13 @ (Leder) 得 出 了 相似 的 结 论 避 "他 们 合成 子 两 个 聚 核 苷 酸 AUG(U)。 和 AUG(U)。， 两 者 均 了 区 fiet 密 码 子 开始 ， 接 着 是 一 个 或 两 个 避 s: 顺 序 ， 这 RENMEI CAT RATA AB Ik. JERSE @ °° tus i4PRo. ZRBAUG(U) FEMAREAT, 加 入 THFMGTP, ABSSRAGCAT MA BK—Tt— Ks Bi fMet-Phe, MH, ZAUG(U) 。 存 在 条 件 下 ,， RMATHA * 129 ¢ OO 子 和 GTP 也 可 形成 一 个 二 肽 ， 同 时 有 微量 的 三 肽 形成 。 然 而 ， 当 加 入 SG 因子 时 ， 大 部 分 二 肽 转化 为 三 肽 fMet-PFhe- Phe。 此 实验 极 好 地 表示 出 ， 为 了 把 在 AUG(CU)s 中 第 2 个 U :三 联 体 暴露 出 来 以 便 附 着 并 连接 第 二 个 Phe=tRNA， 需 要 G 因 子 的 转 位 。 met, F met Fmet-phe Fmet-phe-phe phe. 1 + 4 一 二 不 加 6 AUG UUU I 多 肽 的 微微 摩尔 数 AUG uuu uuu pee Aus UUU UU 20 hie aie. 4 4a o 6-4 距离 起 点 的 厘米 数 图 14 由 fMet-tRNA、Phe-tRNA、T 因 子 和 GTP 混 合 物 ， 加 入 或 不 加 入 G 因 子 ， 在 与 核糖 体 相 结合 的 AUG(U): 和 AUG(U)6 形 成 的 肽 产 物 的 电泳 分 析 。 [经 厄 尔 布 和 莱 德 许可 复制 (60]] 。 为 了 鉴别 和 G 因 子 有 关 的 反应 ， 由 戈 弗 雷 森 (Godt- fredsen) [sL- 分 离 并 描述 为 具有 当 类 化 合 物 特性 的 抗生素 梭 链 孢 酸 〈fusidic acid) 最 有 用 。 首 先 田 中 〈Taanaaka) | e130。 a | SPRANG GA ROS FS NICAL Rien OOM ARM MAERG ATARI Ge 4m ‘ Rm a : ‘ } ae 延长 因子 工 (Tu 和 T:) 与 的 鉴定 使 我 们 有 可 能 系统 地 ”分析 它们 的 功能 。 我 们 至 少 大 体 上 开始 了 解 细菌 系统 里 肽 链 延长 的 机 理 ， 真 核 细胞 内 的 过 程 看 来 基本 上 是 相同 的 ， 因 为 从 功能 上 来 讲 阿 林 毫 斯 (Arlinghaus) 等 的 TF-1 和 TF-2 两 个 因子 5s? 似乎 和 TI 因子 与 因子 相当 541? 9s]。 肽 链 延 长 机 理 无 疑 是 在 同一 核糖 体 上 进行 的 。 通 过 重复 地 把 一 个 新 的 氨 酰 基 -tRNA 接合 到 mRNA 上， 发 生 转 肽 作 用 ， 又 发 生 了 新 延长 的 肽 酰基 -tRNA 的 移 位 ， 肽 链 就 长 KT, MRAM mRNA 链 移动 ， 最 后 在 出 现 终 止 信 号 时 被 释放 出 来 。tRNA 周期 贯穿 此 系统 ， 它 们 在 肽 链 延 长 后 通过 转 肽 作用 而 被 释 出 !， 再 被 氨基 酸 所 负载 ， 然 后 它们 与 工 因 子 和 GTP 形 成 复合 体 ， 这 个 复合 体 将 它们 带 回 到 与 核糖 体 结 合 的 mRNA 上 。 新 核糖 体 连续 加 成 到 mRNA 上 ， 形 成 一 尖 聚 核糖 体 ， 这 在 产生 的 过 程 中 并 不 是 一 种 内 在 的 连续 ， 而 是 作为 一 种 同时 生产 几 个 复制 品 的 手段 。 核 糖 体 多 少 是 独 立地 在 同一 模板 (mRNA) 上 移动 着 ， 逐 步 完 成 蛋白 ' 质 的 复制 ， 各 个 蛋白 质 的 复制 是 分 别 在 核糖 体 上 开始 的 〈 表 4 和 H5) « 参考 文献 及 附注 51] Abbreviations are: A, adenosine; C ，cytidine ，G ， guanosine; U, uridiney *G, 27-O-methyl-guanosine， GDP, guanosine diphosphates GMP-PCP, 6/’-guanylyl methylene-diphospho- ¢131 e 23 C6) Cee C83 C9) C10) (113 C12) C13) C14) C153 C16) C17) 18) C19) (20) 243 nate; RT, ribothymidines DHU, 4, 5-dihydrouridine; DMG. N?-dimethylguanosine; 1-MG, 1-methylguanosine; I, inosiney 1-MI, 1-methyl-inosine; PSU, pseudouridines DEAE, diethyl- aminoethyl; Ala, alanine; .Gly, glycine; Leu, leucine; Phe, phenylalanine; Pro, proline; Ser, serine; Thr, threonine; Tyr, tyrosine; Val, valine, More detailed information on many of the topics discussed may be found in Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 31, 1 (1966) J, C, Kendrew, Science 139, 1259 (1963) . ' E. S, Barghoorn- and J. W. Schopi, ibid. 152,,758.(€1966) ; J. W. Schopf, K. W. Kvenvolden, E. S. Barghoorn, Proc.Na ° Acad. Sci. U. S.59, 639 (1968). F., Chapeville, F. Lipmann, G. von Bhrenstein, B. Weisblum, W.J.Ray, Ir., S. Benzer,, ibid. 48, 1086 (1962) .. F. H.C. Crick, Sci. Amer. 215, 55°€1966) . J. Lucas-Lenard and F. Lipmann, Proc. Nat. Acad. Sci: U.S. 55, 1562 (1966) . E. B. Keller and P. C. Zamecnik, J.Biol.Chem.221, 45(1956). M.W. Nirenberg and J. H. Matthaei, Proc, Nat. Acad: Sci. U.S. 47, 1588 €1961) . T. Nakamoto and D. Kolakofsky, ibid. 55, 606 (1966). J. Lucas-Lenard. and F. Lipmann, ibid. 57, 1050 (1967) . W. Gilbert, J. Mol. Biol. 6, 389 (1963) . C, Guthrie and M. Nomura, Nature 219, 232 (1968) . W.-M. Stanley, M. Salas, A.J. Wahba, S. Ochoa, Proc.Nat. Acad. Sci. U.S. 56,290 (1966)... K. Iwasaki, S. Sabol, A. J. Wahba, S. Ochoa, Arch. Biochem, Biophys. 125, 542 (1968) . M. Revel and F. Gros, Biochem Biophys. Res. Commun. 255 124 (1966) . M. Revel, J. C. Lelong, G. Brawerman, F. Gros, Nature.219; 1016 (1968). Mi Salas, M. B. Hille , J. A. Last, A. J. Wahba, S. Ochoa, Proc.Nat.Acad. Sci. U. S. 57, 387 (1967) . R.O. Kaempfer, M. Meselson, H. J. Raskas, J. Mol. Biol. 31, 277 (1968) . M.C. Ganoza, Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 31,— 273:€1966) . G. W. Notani, D. L. Engelhardt, W. Konigsberg, N..D. Zi -~ nder, J. Mol. Biol. 125 439 (1965) . . © 132) 6 C413 M. R. Capecchi, Proc. Nat. Acad, Sci, U. Sv585 1144 (1967). C. T. Caskey, R. Tompkins, E. Scolnick, T. Caryk, M. Nirenb- erg, Science 162, 135 (1968) 5 E. Scolnick, R. Tompkins, T. Caskey, M. Nirenberg, Proc. Nat. Acad. Sci. U. S. 61, 768 (1968). M. C. Ganoza, personal communication, D.Nathans and F, Lipmann, Proc. Nat. Acad. Sci. U. S. 47, 497 (1961) . F. Lipmann, in Basic Problems in Neoplastic Disease, A, Gellhorn and E. Hirschberg, Eds (Elsevier, Amsterdam, 1962) 。 p. 131. J. E, Allende, R. Monro, F, Eipmann, Proc, Nat. Acad, Sci, U.S. 51, 1211 (1964) . Y, Nishizuka and F, Lipmann, ibid, 55, 212 (1966). V. W. Hollis, Jr., and A. V. Furano, J. Biol, Chem, 243, 4926 (1968) 。 D, Nathans, G, von Ehrenstein, R. Monro, F, Lipmann, Fed, Proc, 21, 127 (1962) . T. W. Conway and F, Lipmann, Proc, Nat, Acad, Sci, U.S. 52, 1462 (1964) 。 Y, Kaziro and N, Inoue, J. Biochem, (Tokyo) 64, 423 (1968) % A, Parmeggiani, Biochem, Biophys, Res, Commun 30, 613 (1968) 5 personal communication, J, Lucas-Lenard and A-L, Haenni, Proc, Nat, Acad;Sci,U.S, 59, 554 (1968). Y, Nishizuka and F, Lipmann, ‘Arch. Biochem, Biophys. 116, 344 (1966) 。 F, Lipmann, in Regulation of Nucleic Acid and Protein Bio- synthesis, V. V, Konigsberger and L,. Bosch, Eds, (Elsevier, Amsterdam, 1967) , p.177. R, E, Monro, B, E, H, Maden, R, R, Traut, in Genetic Ele- ments, D, Shugar, Ed, (Academic Press, London, 1967) , p, 179, H, E, Huxley, Harvey Lect, Series 60, 85 (1966) . R, Arlinghaus, J, Shaeffer, R. Schweet, Proc. Nat, Acad. Sci, U.S, 51, 1291 (1964) 。 R,E, Monro and K, A, Marcker, J, Mol, Biol. 25, 347 (1967) 5 R, E, Monro, ibid, 26, 147 (1967) » R. E. Monro, 3. Cerna, K. A. Marcker, Proc. Nat, Acad, Sci, U, S, 61, 1042 (1968) 。 L. Skogerson and K, Moldave, Arch. Biochem. Biophys, 125, 497 (1968) 。 * 183 。 je: | S. Bretscher, Nature 218, 675 (1968) . A. S. Spirin, Curr, Mod, Biol. 2, 115 (1968). W. Fuller and A, Hodgson, Nature 215, 817 (1967) . M, Nirenberg and P, Leder, Science 145, 1399 (1964) , H, G, Khorana, Biochem, J, 109, 709 (1968) 。 P, Lengyel, J, F. Speyer, S, Ochoa, Proc. Nat,Acad,Sci,U.S | 47, 1936 (1961) 。 T,. Ohta, S, Sarkar, R. E,. Thach, ibid, 58, 1638 (1967) . J. S, Anderson, M, S, Bretscher, B, F, C, Clark, K, A, Ma- rcker, Nature 215, 490 (1967). J. E, Allende and H, Weissbach, Biochem, Biophys, Res, Co- mmun, 28, 82 (1967) 。 J, Gordon, Proc, Nat, Acad, Sci, U.S.58, 1574 (1967) . J, E, Allende, N, W. Seeds, T. W. Conway, H. Weissbach, ibid., p.1566. J. Gordon, ibid.59, 179 (1968) 5; and unpublished experiments, J, M, Ravel, R, L. Shorey, W. Shive Biochem, Biophys. Res, Commun, 29, 68 (1967) . Y, Ono, A, Skoultchi, A, Klein, P. Lengyel, Nature 220, 1304 (1968) 。 A-L, Haenni and J, Lucas-Lenard, Proc, Nat, nae, Sci, U, S.61, 1363 (1968). J. W. B. Hershey and R, E, Monro, J, Mol. Biol, 18, 68 (1966) 。 R, Ertel, N, Brot, B, Redfield, J, E, Allende, H. Weissbach, Proc, Nat, Acad, Sci, U, S, 59, 861 (1968) . P, Leder and H, Burztyn, Biochem, Biophys, Res, Commun, 25, 233 (1966) 。 R, W. Erbe and P, Leder, ibid.31, 798 (1968) 。 W. O, Godtfredsen and S, Vangedal, Tetrahedron 18, 1029 (1962) 5 W. O, Godtfredsen, S.Jahnsen, H,Lorck, K.Rohold, L.Tybring, Nature 193, 987 (1962) . N. Tanaka, T, Kinoshita, M, Masukawa, Biochem, Biophys, Res, Commun, 30, 278 (1968) 。 L, Felicetti and F, Lipmann, Arch, Biochem, Biophys, 125, 548 (1968) 。 T. Nakamoto, T. W. Conway, J. E, Allende, G, J.Spyrides, F, Lipmann, Cold Spring Harbor Symp, Quant, Biol,28, 227 (1963) 。 °134°¢ * > : eal = 第 二 部 分 八 篇 论文 一 、B 族 维生素 的 生化 功能 ” FE。 李 普 受 医生 总 是 喜欢 开 维生素 处 方 ， 于 是 许 许多 多 的 人 服用 维 条 素 。 但 要 知道 为 什么 需要 它们 ， 机 体 又 是 怎样 利用 它们 的 ， 却 要 懂得 许多 复杂 的 生化 问题 。 本 世纪 初 ， 人 们 已 清楚 地 认识 到 许多 疾病 是 由 于 缺 乏 营养 引起 的 ， 与 辅助 的 食物 有 | 关 。 它 们 存在 的 量 极 少 ， 被 称 为 维生素 〈Vitamins) 。 原 来 它们 是 一 些 奇妙 的 化 学 物质 ， 具 有 意料 不 到 的 代谢 功能 ， ， ‖】 为 了 探索 它们 的 奥秘 ， 我 花 过 很 大 的 力气 。 由 于 维生素 的 需 要 量 很 小 ， 很 明显 ， 它 们 不 是 一 般 意 义 上 的 食物 。 缺 乏 某 一 种 维生素 引起 的 疾病 是 某 些 地 区 的 地 方 病 ， 开 始 常 被 认为 是 传染 澳 ， 以 后 才 发 现 这 种 病 是 由 于 在 那些 特殊 地 区 奇怪 的 进 食 习 惯 引 起 的 。 我 将 以 脚气 病 为 例 开 始 说 起 。 脚 气 病 是 一 种 过 去 在 非 乍 宾 群 岛 和 日 本 草 延 ， 危 害 很 大 的 疾病 ， 那 些 国 家 以 米饭 为 主 Bo 脚气 病 无 例外 地 发 生 在 稻米 经 过 精细 加 工 的 地 区 。 人 们 就 怀疑 到 疾病 的 发 生 可 能 和 去 除 糙 米 的 且 和 外 层 有 关 。 艾 殉 & (Eijkman) 首先 指出 食用 米糠 可 以 治疗 脚气 病 "1。 分 @ 转载 自 下 列 文献 ， Persbectiues in Biology and Medicine, Vol.13，No。 1, Autumn 1969, ©1969 by the University of Chicago, | 。 135。 # (Casimir Funk) 当 于 想 莹 为， 认识 到 这 些 食物 辅助 g 素 的 重要 性 ， 他 是 最 早 从 稻米 皮 和 酵母 中 提取 治疗 脚气 病 斩 中 质 的 人 中 的 二 个 。 他 指 思 这 种 物质 具有 含 氨 有 机 碱 的 特点 ,用 所 以 称 它 为 维 生 胺 〈Vitamin) 51， 虽 然 不 是 所 有 的 维生素 是 都 是 含 所 有 机 碱 ， 但 我 们 没 用 了 这 个 名 称 。 | 在 能 治疗 脚气 病 的 维生素 用 化 学 方法 鉴定 出 来 以 后 ， 又 把 它 重 新 命名 为 硫 胺 素 ,意思 是 含 硫 的 维生素 .然而 人 们 仍 经 常 地 把 它 称 为 维生素 B,， 因 六 它 是 第 一 个 被 鉴定 出 来 的 水 溶性 B 族 维生素 。 字 母 A 已 被 用 来 命名 能 治疗 夜 守 症 的 脂 深 ， 竹 纵 生 素 了 了。 维生素 B, 又 被 称 为 抗 神 经 炎 前 维生素 ， 因 为 PSB 的 症状 主要 是 在 神经 系统 出 现 的 。B 族 维 簿 素 的 编号 态 在 继续 中 ， 最 新 的 是 B*， 那 是 一 种 能 治疗 亚 竹 贫 面 的 含 eo | | 作为 辅酶 一 部 分 的 B 族 维生素 BREET RARER), KABA EMER tr i. XPT OARRHAE. BENGAL? BHA BR: ORES RADAE DRESS EARNER OR We? 在 用 化 学 方法 把 它们 鉴定 出 来 后 ， 它 们 的 结构 玫 现 出 一 种 其 他 食物 中 所 没有 的 复杂 性 。 后 来 ， 在 三 十 年 代 中 期 ， 瓦 尔 堡 开始 用 化 学 方法 去 鉴定 那些 被 称 为 辅酶 的 北 谷 物 ， 它们 是 在 酶 反应 中 对 热 稳 定 的 辅助 因子 。 在 瓦尔 堡 实 归 室 里 首先 - 用 化 学 方法 鉴定 出 来 的 是 在 红细胞 内 葡萄 糖 - 6= 灾 酸 氧化 过 程 中 起 作用 的 两 个 辅酶 。 这 一 氧化 过 程 需要 两 种 酶 的 协同 作 用 ,一 种 为 葡萄 糖 - 6 -磷酸 脱 气 酶 , 另 一 种 为 能 和 和 氧 起 反应 的 黄 素 酶 。 两 种 酶 均 含 有 对 热 稳 定 的 辅酶 ， 脱 氢 酶 中 的 辅酶 很 ©1386 。 =)’ a Y q 4 ’ SIVEARLER. GRRE AAO RISE UBERE RAEI AES) IIE 。 这 个 黄 绿色 发 荧光 的 染料 证 明 是 核 黄 素 (最 初 称 为 Lactoflavin) 的 单 磷酸 盐 ， 是 厌 忌 的 Griese) COBETHRAM - mv 一 种 生长 因子 。 它 在 一 个 辅酶 内 被 发 现 质 不 久 ， 即 从 多 清 蛋 王 中 被 分 离 出 来 9 193548, 瓦尔 堡 、 克 里 斯 六 安 和 梅里 罕 中 的 这 个 热 稳 定 因 子 ， 它 是 烟 酸 的 衍生 物 ， 具 有 相当 复杂 的 结构 ， 瓦 尔 堡 称 之 为 三 磷酸 吡 Mme HB (TPN), SERS OAH A BRBAML We Re EF BS (DPN) 是 无 细胞 酒精 :发酵 过 程 中 对 热 稳 定 的 一 个 辅助 因 + (图 1 和 大， 也 在 瓦尔 堡 的 实 验 室 里 被 分 离 : 出 来 ， 这 同 哈 登 f 生 在 1909 年 发 现 的 第 一 个 辅酶 5cozymase; 是 同一 个 东 西 。 在 瓦尔 堡 发 现 含有 烟 酸 的 辅酶 两 年 之 后 ， 人 们 才 认 识 到 烟 酸 在 医学 目的 重要 性 。1937 年 ' TR R EAU (Elveh jem) 等 宣布 了 一 项 惊人 的 发 现 ， 即 缺乏 烟 酸 是 糙 皮 病 的 原因 -7]。 长 期 以 来 人 们 都 知道 这 种 使 人 虚弱 的 病 是 南欧 的 一 种 地 方 病 ; 在 那里 /玉米 是 主食 。 二 十 年 代 ， 以 玉米 为 主食 的 北美 州 南部 地 区 爆发 了 一 次 严重 的 糙 皮 病 ， 又 重新 引起 了 对 这 种 图 1 二 磷酸 吡啶 核 苷 酸 (DPN) 。 由 虚线 圈 起 来 的 烟 ( 碱 ) BEE 是 维生素 部 分 。 它 的 氮 原 子 连 于 5/-TER 核糖 的 1 -位 上， 后 iM fe BY THR BER EE OR TE 酸 上 。, 三 磷酸 吡啶 核 痛 酸 (TP- N ) 在 听 苷 酸 的 核糖 的 27- 位 置 上 又 有 一 个 磷酸 进行 酯 化 。 当 在 氢 转 移 作 用 时 ， 烟 酰 , 胺 部 分 可 逆 地 接受 了 位 于 季 氮 对 六 十 的 气 。 因 此 吡啶 的 苯 型 结 构 , 被 转变 为 本 型 结构 ， 同 时 失 去 氨 的 正 电 荷 。 °.187) 病 的 注意 。 认 为 糙 皮 病 是 一 种 传染 病 的 观点 依 目 相当 顽固 ,二 直到 烟 酸 的 疗效 得 到 肯定 ， 才 按 弃 了 这 一 错误 的 看 法 。 | RARER REX LENER BANE HY 我 们 意外 地 发 现 了 维生素 的 作用 机 理 。 这 次 关于 营养 学 和 中 间 代 谢 化 学 的 会 议 给 我 的 印象 很 深 ， 使 我 长 时 期 有 兴趣 于 时 此 。 我 在 维生素 领域 的 工作 彼得 斯 (Rudolph Peters) 发 现 了 维生素 具有 代谢 功 能 的 一 种 早期 迹象 (5 。 在 三 十 年 代 初 ， 他 指出 动物 缺乏 硫 胺 素 似乎 仿 碍 糖 的 氧化 作用 。 因 为 他 发 现 有 大 量 丙 Mi wh 蕾 积 ， 而 丙酮 酸 是 一 种 3 个 碳 的 中 间 代 谢 物 ,正常 情况 下 是 会 迅速 氧化 为 乙酸 盐 和 CO, 的 。 当 他 研究 缺乏 硫 胺 索 的 合 子 脑 组 织 切 片 的 呼吸 时 ， AMAA wi he A A WA A” 丙酮 酸 的 鞋 积 。 我 对 这 些 观察 结果 感 兴 趣 起 来 ， 因 为 丙酮 酸 氧 化 看 来 是 碳水 化 合 物 代 谢 的 关键 反应 ， 那 时 我 正在 研究 碳水 化 合 物 的 代谢 问题 。 我 重复 了 彼得 斯 的 硫 胺 素 体 外 作用 的 实验 5? 3 急于 把 丙酮 酸 氧 化 酶 溶液 化 ,以 便 更 好 地 进行 研 究 。 这 个 问题 需要 研究 清楚 ， 因 为 洛 曼 已 指出 ， 硫 胺 素 的 焦 磷酸 酯 是 酵母 羧 化 酶 的 辅酶 0!: "1。 这 个 酶 对 酒精 发 酵 的 部 分 反应 起 催化 作用 ， 丙 酮 酸 不 通过 氧化 就 被 分 解 为 忌 醛 和 CO,: B CH aa HOCOOGOE 虽然 动物 组 织 内 无 羧 化 酶 ， 但 一 种 羧 化 酶 类 型 的 反应 同一 个 适当 的 氨 受 体 偶 联 ， 应 该 相当 于 丙酮 酸 的 氧化 作用 。 因此 硫 el138 。 BARRA (Bo) 非常 可 能 就 是 脑 组 织 和 其 他 组 织 中 两 酮 酸 氧化 酶 的 辅酶 。 我 想 从 脑 提 取 物 中 分 离 出 这 样 一 个 酶 ， 得 没有 成 功 。 所 以 我 就 在 细菌 中 寻 找 ， 终 于 在 一 种 乳 杆 著 Lactobacillus acidificans longissimus 提取 物 中 发 现 了 一 种 可 溶性 丙酮 酸 氧化 酶 。 这 种 乳 杆 诡 酶 确实 满足 了 我 的 期 望 (1:1。 它 把 丙酮 酸 氧 化 为 乙酸 和 COa， 同时 相当 于 两 个 B 族 维生素 的 两 个 辅酶 可 FAS OS SOS OS a Oe RS OS OS oe oe a oe oe eg SS me es oe we ee ee ee 辅 羧 酶 A2 硫 胶 素 与 办 次 酶 。 用 虚线 圈 起 来 的 部 分 是 维 ER. EMRE (REX) , HMARRARE Ke PHFHRAPDERKAHA ANKE BH C -HE. DA FP: eR RO) ERE) SE: 〈1 ) RAR (2) BAREC—BAR (FAD) 。 后 一 种 维生素 衍生 物 本 来 已 由 瓦尔 堡 和 克里斯蒂 安 鉴 定 为 D- 氨 基 酸 氧化 酶 的 氧化 辅酶 :2*]， 即 “ 黄 ” 酶 的 一 种 更 为 复杂 的 翻版 (图 ) 。 丙 酮 酸 氧化 显示 出 对 无 机 磷酸 盐 的 意料 不 到 的 依赖 性 ， 反 应 产物 是 乙酰 磷酸 而 不 是 乙酸 51*1。 人 们 发 现在 许多 生物 合成 反应 中 ， 乙 酸 是 二 碳化 合 物 的 前 体 ， 而 乙酰 磷酸 则 似乎 是 “活泼 ”乙酸 的 有 和 希望 的 竞争 者 。 但 结果 令 人 失望 乙酰 磷酸 是 细菌 代谢 中 的 一 个 特殊 中 间 体 ， 而 在 动物 组 织 中 并 不 能 起 到 乙酰 供 体 的 作用 。 细菌 代谢 中 有 活性 的 乙酸 , 在 动物 中 却 无 活性 ， 这 -发现 °139 « - i be 使 我 感到 奇怪 。 于 是 ， 我 开始 更 认 址 地 在 动物 组 织 捍 取 物 中 加 有 寻找 乙酸 激活 作用 : 看 来 有 相当 丰富 的 乙醚 北 作 用 的 芳香 胶 轴 用 是 二 种 方便 的 测试 系统 ”例如 磺 胶 SAM) Ce. OR 是 二 种 所 请 的 解毒 作用 ， 是 肝 胜 的 功能 之 --; BSR Ne k=. i OH: N 内， / (ta Ay 7 5 Ad | 5 2. 于 Cig 0-P— OCH OL : I ; H H ,OF Se os (2) QO ale ~~ i i HOCH \ 1 | A i CH2 \ i I \ I HSC a no | 1 1 C NA H / eee,’ ahh 2 a seal | AR eS EE H8 PRAHSRRRRA-KER. ARAB 来 的 部 分 是 维生素 。 这 个 辅酶 在 酶 学 中 称 作 黄 素 腺 叮 聆 核 苷 酸 ` (FAD)， 像 DPN 一 样 由 一 个 焦 磷 酸 桥 与 腺 苷 酸 交 联 在 一 起 。 在 酶 人 作用 里 ， 底 部 的 黄 素 碱 基 可 逆 地 受到 氢化 。 最 初 发 现 的 黄 酶 含有 核 黄 素 单 磷酸 ， 称 为 黄 素 单 核 HRM (FMN) 。 (ATP) (ERE WA, SOFTER BEC Ee AE 常 迅速 地 转移 给 SAM 的 催化 作用 ， 可 能 先 发 生 和 上 TPR 有 联 系 的 艺 酸 激活 5 但 是 ,没有 ATP， 乙 酰 磷 酸 则 不 能 在 为 乙酰 ME, 事 隔 不 久 ， 我 观察 到 透析 和 老化 处 理 能 使 酶 复合 体 失 活 $: 而 用 煮沸 过 的 新 鲜 肝 的 提取 物 就 能 容易 地 使 它 重 新 活化 SA 这样: 我 就 发 现 对 乙酸 的 激活 和 转 书 栈 作 用 需要 | 一 你 辅 酶 。 ur FEW 4 NPA CSET TR CE 均 无 活性 ， 我 抱 着 希望 猜测 这 是 一 种 新 的 辅酶 ， 它 的 普遍 性 e 140 裘 明 在 它 婚 存在 于 酵母 和 细菌 中 ， 又 存在 于 所 有 的 组 织 量 。 上 前 上 ， 纳 赫 受 做 因 和 伯 曼 已 单独 观察 到 胆 碱 亏 酰 化 作用 的 一 | RRB AROS, 我们 称 之 芳 CoA (AR Acetylation) | 指 纯 化 的 辅酶 ， 对 胆 碱 和 SAM 的 乙酰 化 都 起 辅助 作 用 。 我 们 对 这 种 辅酶 可 能 包含 一 种 维生素 开始 抱 有 希望 ， 努 力 将 它 纯化 。 纯 化 的 辅 因 手 果 然 证 明 含有 大 量 泥 匡 总 2 它 是 由 威 BERR SEIS EE BAAS SB BUS ST AEE — PSA 在 1950 年 测定 了 CoA 的 大 体 的 化 学 组 分 。 除 泛 酸 外 ， 它 还 含有 5 '- 腺 苷 酸 : 两 个 额外 的 磷酸 以 及 一 个 斑 基 衍生 物 ， 最 初 我 们 错误 地 把 这 个 衍生 物 当 作 半 胱 氨 酸 。 最 后 ， 发 现 CoA 含 有 工 摩尔 腺 昔 5 7/，3“- 二 磷酸 ,由 二 不 焦 磷 酸 作 桥 把 5 = 核糖 和 泛酸 的 47- 闯 基 相连 ， 泛 酸 的 羧基 又 以 肤 键 与 i CH, —¢ —¢ Hem © Gs chz、 | cs” i ater NH~CHp-CH3-SH | AMS TE, he: Rae tr ERR 0 “o-P+0 KH CHo-CH CH CHG Rage 0. OH | 0-P-+0 图 4 WMA. EXHKTEHKSER. HA “RMA” & 2M Rw CH (Pantetheine) FAKHERARELRRELHEM, CHE MH AE WRI A ALR (Lactobacillus riches cole 的 生长 因素 。 141。 Pe BRE 4) 8 ARR Re (Reichert) © SAU SAEWEEAC, ALE B-CoAWZM | 基 是 以 硫 酯 键 连接 到 分 子 中 硫 代 乙醇 胺 部 分 上 的 。 我 们 能 证 P 明 从 ATP、CGCoA 及 乙酸 可 产 生 乙酰 -CoA、 腺 苷 酸 单 磷酸 (AMP) 和 焦 磷酸 5z"]。 因为 在 大 量 忆 酰 转移 反应 中 CoA 是 基 团 的 载体， 所 以 它 立即 引起 了 人 们 更 多 的 注意 ， 它 让 我 们 和 许多 其 他 实验 室 忙 了 好 久 。 B 族 维生素 的 一 般 功 能 -现在 人 们 能 作 这 样 的 概括 ，B 族 维生素 起 着 装 人 辅 酶 的 载体 分 子 的 作用 ,在 功能 上 它们 与 相应 的 酶 蛋白 有 关连 。 表 1 表示 它们 一 些 为 人 们 所 熟知 的 作用 。 每 一 种 B 族 维 生 素 在 一 ” 表 ! #e BA MB eR 维 生 素 铺 醇 Hw OB RL, sR OF AR Wh RE NH, BRB 生物 素 酶 结合 的 CO: 激 活 和 转移 +t R my Ant Ci (F RS) 激活 和 转移 钼 胶 素 (Bi2?) 腺 苷 酸 衍生 物 RAH. FH Git Be (B1) Ot. BE FR BER IG REED 泛酸 ‘ii A 酰基 转移 i 二 和 三 磷酸 吡啶 核 ARB FR BRR (B2) RR PREBRK 电子 转移 KRACKER .° /142.¢ 酶 促 反应 的 催化 过 程 中 与 各 种 酶 蛋白 协调 一 致 。 一 般 地 说 ,生物 把 “未 加 工 的 ”维生素 装 入 到 相应 辅酶 的 相当 复杂 的 结构 中 。 图 5 的 模型 图 解 表示 了 作为 辅酶 一 部 分 的 B 族 维 年 素 的 功能 ， 而 辅酶 又 是 全 酶 的 一 部 分 。 大 们 发 现 ,往往 在 基 | 有 机 化 合 物 。 人 全 MM UY ise ae ne ww :( 蛋 白质 ) IN Sy . oe Oe oe 一 个 七 的 剖析 — Ab 含 维生素 的 辅助 因子 和 酶 蛋白 结合 的 模型 含 维生素 的 辅酶 存在 于 最 低 等 的 微生物 中 ， 因 此 ， 这 些 特殊 的 、 具 有 复杂 结构 的 有 机 分 子 是 所 有 生物 的 生物 合成 工 三 中 必 不 可 少 的 部 分 。 维 生 素 在 代谢 机 构 中 的 作用 ， 可 以 比 之 为 精致 的 手表 中 的 钻石 ， 在 生命 进化 过 程 中 ， 这 些 代谢 工 具 必 定 是 很 早 就 已 经 存在 了 。 - 参考 文 献 [1] CeEljkman。Virchow Arch. Pathol. Anat., 149: 187, 1897. C23 C.Funk.Die Vitamine. Wiesbaden; Bergmann, 1912. C8) O. Warburg and W. Christian. Naturwissenschaften, 20: 980, 1932. C4) P.Gyorgy and R.Kuhn. Klin.Wochensch., 12: 1241, 1933. C5) O.Warburg, W.Christian,and A.Griese, Biochem.Z., 282: 157, 143 + C63 ie (8) R.Peters. Biochem.J., 30: 2206, 1936. C93 F.Lipmann.Skandinavisches Arch.Physiol., 76: 255, 1937. [10] K.Lohmann and P. Schuster.Biochem. Z., 294: 188, 1937. C11) F.Lipmann. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol., 7: 248, 1939. (12) O.Warburg and W.Christian. Biochem. Z., 298; 150, 1938. (133 F.Lipmann.J.Biol.Chem., 134: 463, 1940. (14) ——.Ibid., 160: 173, 1945. _ : | C15) D.Nachmansohn and M.Berman.J.Biol. Chem., 165: 551: 1946. [16] F.Lipmann, N.O.Kaplan, G.D.Novelli, L.C.Tuttle, and B.M. Guirard. J. Biol. Chem., 167: 869, 1947. C173 R.Williams. Biol.Rev., 16: 49, 1941. [18] F. Lipmann.Bacteriol. Rev., 17: 1, 1953. C193 F.Lynen and E.Reichert.Angew. Chem., 63; 47, 1951. (20) F.Lipmann,M.E.Jones, S, Black, and R. M. Flynn.J.Cell. Comp. Physiol., 41 (Suppl.1): 109, 1953. ©1144 ° 1935. x A.Harden.Alcoholic fermentation. London and New York: Lo- ngmans Green, 1932. C.A.Elvehjem, R.I.Madden, F.M.Strong, and D.W.Woolley.J, Amer.Chem.Soc., 59: 1767, 1937. 二 、 代 谢 过 程 的 模式 〇 F 。 李 普 受 eee, BRABS EBL SHEA, 哈佛 医学 院 生物 化 学 和 外 科研 究 员 人们 早 就 知道 一 个 活 细胞 存在 着 持续 不 断 的 代谢 过 程 ， 这 意味 着 维持 生命 需要 大 量 的 能 量 。 然 而 ;关于 在 反应 中 所 需要 的 不 间断 的 能 流 如 何 起 作用 的 问题 ， 不 论 过 去 还 是 现在 都 还 只 有 模糊 的 认识 。 只 是 最 近 通 过 较 全 面 的 化 学 解析 ; Bl 为 意外 地 发 现 ， 在 展现 的 反应 序列 中 有 大 量 含 有 特殊 键 的 磷 Bn, 对 这 个 问题 的 认识 才 出 现 了 一 线 电 光 。 理解 了 细 胞 内 处 理 这 些 磷酸 中 间 体 的 方式 ， 就 有 可 能 清楚 地 看 到 磷酸 周期 与 能 量 转换 和 能 量 运 输 间 的 联系 。 在 所 有 被 研究 过 的 细 胞 趾 ， 都 发 现 有 一 个 能 量 分 布 的 化 学 网 络 ; 即 腺 背 酸 系统 。 它 能 以 特殊 的 高 能 磷酸 键 形 式 携带 标准 量 的 能 量 ， 约 为 境 摩 尔 碳水 化 合 物 全 部 燃烧 所 释放 能 量 的 1 /50. 于 是 ， 得 出 了 这 样 的 看 法 :分 解 代谢 在 相当 大 的 程度 上 把 食物 的 潜在 能 量 ， (Hie) 转化 为 直接 能 利用 的 磷酸 键 能 量 571 ,然后 通过 高 能 磷酸 键 交替 地 附着 和 释放 /分解 代谢 和 合成 代谢 交织 在 一 起 形成 一 种 大 部 分 为 可 逆反 应 的 连续 统一 体 。 这 个 关于 代谢 装置 问题 的 新 评价 迄今 一 直 重 重 掩盖 ， 无 人 知晓 ， 现 在 已 开始 对 我 们 在 代谢 化 学 问题 的 总 的 看 法 上 发 生 影响 了 。 我 们 对 能 量 转换 是 代谢 过 程 的 首要 问题 认识 得 愈 深刻 ， 我 们 就 愈加 不 得 不 按照 代谢 步骤 的 本 来 面目 一 犹如 工艺 装置 来 看 待 它们 5 具体 地 说 ， 生 物 解 决 能 量 转换 问题 的 由 ”转载 自 Currenfs in Biochemical Research, D, E, Green, Ed, Interscience Publishers, New York, 1946, © 145 « 方式 与 人 类 采用 的 技术 方法 是 大 不 相同 的 。 但 是 不 管 在 生物 还 是 在 人 ， 能 量 转换 的 最 终 目的 是 产生 一 种 可 被 利用 的 能 。 我 们 日 常生 活 对 电流 、 煤 气管 和 各 式 发 动机 念 来 愈 大 的 依赖 和 我 们 身体 细胞 对 食物 和 和 氧气 的 依赖 ， 看 来 确实 基本 相似 。 在 上 述 两 个 例子 里 ， 要 维持 一 个 结构 装置 或 有 机 体 ， 均 需 供 “ 应 能 量 ， 虽 然 大 部 分 能 量 最 终 都 以 热 的 形式 散失 掉 了 。 一 个 活 细胞 在 很 多 方面 可 比 得 上 一 个 兹 学 工厂。 从 一 个 _ 工程 技术 专家 的 立足 点 来 看 ; 北 工 厂 的 设计 是 羽 各 种 技术 原 理 为 基础 的 55。 只 有 工艺 流程 本 身 保 留 化 学 的 性 质 亲 其 技术 实施 则 全 部 受到 物理 机 械 装置 的 影响 。 这 种 以 机 械 操 作为 主 的 单位 工艺 流程 表明 ， 生 物体 内 的 化 学 和 大 实施 的 兹 学 过 程 之 间 有 明显 差别 ， 因 为 在 活 细胞 中 无 论 工艺 流程 的 设计 还 是 流程 的 实施 六 都 是 以 化 学 原理 为 基础 的 。 细 胞 化 学 的 原料 不 是 在 二 个 个 独立 的 小 室内 连续 操作 加 工 的 ,细胞 北 学 本 身 包 含 着 二 系列 和 谐 而 又 连续 的 、 由 大 批 催化 剂 在 分 子 永 平 进行 的 反应 步骤 上 并 且 同 处 在 一 种 反应 液 中 ; 这 种 加 工 类 型 的 不 A, 容易 把 两 种 过 程 的 基本 相似 卜 掩 盖 了 。 大 部 分 代谢 过 程 是 按 化 学 工程 师 所 称 的 《流程 近来 分 类 的 55 ,所 谓 流程 就 是 原料 可 以 源源 不 断 地 、 不 受阻 碍 地 进出 一 个 反应 系统 。 工 艺 流程 以 工艺 流程 图 为 依据 凡 图 王 标 明 路 线 , 沿 着 这 条 路 线 , 化 合 物 被 传送 到 二 连 串 的 操作 过 程 中 去 ; “一 个 理想 的 流程 是 以 工艺 过 程 中 任何 二 点 十 的 流量 沁 温 度 以 及 组 分 的 稳定 状态 为 特征 的 。” 这 个 特征 同样 也 适用 于 几 乎 任何 一 种 代谢 过 程 。 发 酵 过 : 程 .的 各 HR 我 们 所 居住 环境 的 物理 机 械 性 质 影响 并 限制 子 我 们 的 思 ©146 ¢ 想 。 为 了 理解 几乎 所 有 生 牧 都 无 俩 外 址 依 求 于 化 学 动力 ,我 们 必须 克服 一 定 的 精神 上 的 约束 。 CHARA, ANAK 把 它 和 高 度 机 械 化 的 机 器 相 联 系 ， 尽管 发 电 也 和 我 们 的 身体 一 样 , - 大 部 分 动力 最 后 都 来 自 碳 和 氢 的 燃烧 。 对 生化 能 量 转 换 的 理解 还 有 一 种 额外 的 、 更 偶然 的 障碍 。 对 发 酵 过 程 一 一 我 们 正在 收集 这 方面 的 基本 事实 一 一 人 们 的 兴趣 已 长 期 集 中 在 制造 方面 ， 如 制造 酒精 和 其 他 有 价值 的 物质 。 但 从 生物 学 的 观点 来 看 ， 一 种 发 酵 过 程 或 呼吸 过 程 的 目的 是 用 于 产生 动力 ， 其 最 终 产物 的 性 质 只 不 过 是 次 要 和 从 属 的 罢了 。 在 碳水 化 合 物 的 较为 简单 的 厌 氧 利用 形式 里 ， 例 如 乳酸 和 酒精 的 发 酵 ， 反 应 顺序 图 的 绘制 目前 已 经 完成 。 但 仍 需要 一 些 时 间 才 能 对 它们 的 模式 和 设计 有 充分 的 了 解 。 然 而 ， 生 命 和 许 许 多 多 不 同 生 物 的 增殖 都 无 例外 地 靠 发 酵 进行 能 量 转 换 而 维持 平 来 ， 这 种 能 量 转换 常常 以 简单 的 有 机 化 合 物 和 含 须 化 合 物 作为 起 始 物质 。 因 此 ， 由 发 酵 的 化 学 动力 学 衍生 出 来 的 原理 具有 相当 的 普遍 性 。 示意 图 工 表 明 的 是 最 简单 的 发 酵 过 程 ， 它 显示 出 葡萄 糖 转化 为 乳酸 和 磷酸 键 能 。 为 了 强调 过 程 的 特点 ， 在 图 解 中 把 现在 已 相当 熟悉 的 中 间 体 省 略 了 ， 流 程 图 代表 反应 的 顺序 ， 己 糖 /2< 一 ph ph 一 甘油 醛 + ph ph 一 甘油 酰 一 ph - 2H>~ph ph—t 7hB-H,O ph 一 烯 醇 式 丙酮 酸 - 一 ph 丙酮 酸 + 2H LB 一 ph、- ph 及 ph 分 别 代表 高 能 磷酸 键 〈12 千 卡 ) 磷酸 AR CFR) 及 无 机 磷酸 57) “147。 12 千 卡 (ph 4 Pires 1 12 -F{~ph) 示意 图 I “乳酸 发 酵 过 程 寞 式 图 流程 路 线 代 表 一 个 已 糖分 子 运 行 到 达 情 性 最 终 产 物 绚 酸 的 催化 通路 的 空间 设计 ， 似 乎 在 两 端 引 大 磷酸 基 困 促 进 了 六 夏 链 中 部 的 早期 裂解 。 这 种 磷酸 化 作用 能 量 消耗 相 当 大 ， 刚 好 吸收 了 产生 出 来 的 一 半 能 量 ， 这 样 就 使 净 产 能 量 诚 少 50% 去 右 。 流 程 实施 过 程 中 将 最 终 产 笛 能 量 的 二 部 分 进行 早 期 消耗 是 一 个 显著 的 特征 。 正 是 这 种 诱导 能 量 的 需要 使 发 酵 过 程 自 动 催 化 。 人 们 常 作 出 使 人 误解 的 说 明 ， 说 在 发 酵 过 程 中 ， 半 个 已 糖分 予 使 另 半 个 分 子 氧 化 记 认 为 可 能 是 一 种 歧 楷 过 程 。 其 实 是 一 个 氢 供 体 在 务 下 磷酸 键 能 以 后 就 被 转换 成 二 休 气 接受 体 。 这 种 加 工 方式 在 流程 线 的 特殊 形态 中 琴 现 出 来 ， 在 所 有 的 发 酵 过 程 中 ， 流 程 线 都 有 逆向 到 站 ; 在 初期 消耗 能 量 启动 这 一 过 程 ， 并 接受 前 一 阶 眉 分 子 流程 线 所 释放 的 一 对 氢 原 子 而 发 生 的 这 种 逆向 过 程 ， 可 以 看 作 是 厌 氧 代 谢 普遍 的 和 主要 的 特征 。 从 工艺 学 上 来 讲 ， 硕 氧 型 代谢 的 洋 施 过 程 有 许多 缺点 。 最 大 的 缺点 是 效率 低 。 可 能 产生 能 量 的 止 限 约 为 10%， 而 燃 烧 的 潜能 90% 留 在 废物 中 未 被 利用 。 积 缚 韵 废物 通常 带 强 酸 性 质 ， 引 出 了 一 个 更 严重 的 技术 问题 。 因 此 ,和 玛 们 发 现在 高 等 生物 系统 中 需 氧 型 代谢 占 优 势 。 我 们 偶尔 也 会 在 高 等 生物 中 磁 到 发 展 完善 的 大 氧 能 量 转换 系统 ， 它 总 是 位 于 发 育 的 场 所 或 处 于 发 育 的 阶段 ， 这 里 由 于 结 烙 出 的 或 局 部 解剖 学 时 的 * 148° 原因 ， 氧 的 供应 不 足 或 不 稳定 。 如 在 胚胎 、 瘤 组 织 、 胎 盘 的 某 些 部 分 、 视 网 膜 的 某 些 部 分 以 及 肌肉 等 组 织 中 就 是 这 样 。 ” 厌 氧 能 量 的 供应 具有 更 大 的 独立 性 )。 呼吸 过 程 的 特征 引入 氧 作为 氢 的 接受 体 ， 大 大 地 增加 了 产能 过 程 的 复杂 性 。 我 们 目前 对 此 问题 的 理解 时 而 这 样 ， 时 而 那样 ， 远 不 如 对 较 简 单 的 厌 氧 发 酵 那样 ， 有 完善 的 理解 。 这 里 曾 试图 将 现 有 数据 整理 成 一 个 有 条 理 的 流程 图 ， 同 时 指出 流程 中 哪些 环 Eo +0.42 +02 Pn) # 9 从 -02 co, ; HC:0 + eroi-_ COOH + + CO. HCOH = “C:0+%... COOH COOH + HzCO.ros- CH, —~ CHOH CO0+ 由 oj- COOH COOH COOH CHCOOH—>CH. “CH, «= CH GO CO-COOH CH CH CHz CH OPO CH. CH, COOH COOH COOH COOH cooH Al 柠檬 酸 循环 虚线 标 出 了 经 常 重复 的 过 程 单 位 。 每 一 周期 〈 由 缩合 到 草 酰 乙酸 的 再 和 并 氧化 一 个 碳水 化 合 物 水 平 的 二 碳 单位 。 二 碳 单位 以 乙酰 基 的 形式 RAM RZ. ©149 。 节 仍 缺少 资料 。 如 图 1， 当 底 物 分 子 的 进行 性 分 解 代 谢 以 流程 图 中 的 方 式 投入 到 一 种 能 量 -时 间 协 调 系统 中 时 ， Shee A ER 征 出 现 了 。 图 解 的 细节 指 的 是 半 个 葡萄 糖 单位 通过 柠檬 酸 周 期 而 降解 。 从 6 个 连续 脱氧 步骤 上 方 的 面积 总 和 计算 此 过 氧化 -还 原单 位 (伏特 数 ) 气 供 体 ” 氧 和 水 系统 间 的 绝对 电位 差 水 系统 。 磷酸 系统 (伏特 数 )。 RAH he —0,1 0.2 1,33 丙酮 酸 一 0.35 一 0.05 1.58 FAR 0,13 oo 1,10 BR—R 一 0。.35 —0.05 ~* 1,58 KAR 0,43 = 0,80 延 胡 索 酸 -苹果 酸 0,25 9,55 0.98 总 Rm 7.37RK 理论 值 7.464 ee a a ee ee Se ee fe aHHTRRAM ROM, RBA sw BAT MOA BOY 电位 玫 示 。 至 于 氧化 -还 原 电 位 的 其 他 值 ， 参 看 格林 的 论文 [4)e b .参考 电位 ， 氢 电极 pH7。 c. 水 系统 和 磷酸 系统 指 的 是 水 合 的 和 相应 磷酸 化 的 双 键 ， 例 如 磷酸 甘油 Ee 的 水 合 物 和 磷酸 甘油 醛 杰 酸 [9?]。 水 系 和 磷酸 系 间 氧 化 -还 原 电位 的 差别 大 致 恒 2, HSTRERRAN REAM. BLAM ORM eA HIST ， 卡 510 12]5 大 体 上 相当 于 0.3 伏 。 此 值 适 用 于 主要 与 键 的 产生 有 关 的 计 算 。 平 均 能 稍 低 ,为 12 千 卡 或 0.25 伏 , 该 值 最 好 用 于 周转 计算 。 在 有 些 情 况 下 ， 确 实 起 反 应 的 脱氧 系 统 多 少 武断 地 被 推测 为 磷酸 型 ， 连 接线 通过 磷酸 系统 画 出 。 在 这 沁 情况 下 ， 图 中 垂直 线 连接 了 水 和 伐 酸 系统 的 电位 点 ， 表 示 能 量 转化 。 连 接 电 位 的 线段 上 面 的 宽大 空白 区 表示 其 大 部 分 能 量 仍 未 能 说 明 〈 参 见 图 2 ) 。 d。 由 半 个 分 子 葡萄 糖 的 燃烧 热 343 千 卡 计算 ,相当 粗略 的 近似 电位 和 燃烧 热 之 间 的 一 致 性 是 值得 注意 的 。 如 果 要 准确 些 ， 讽 把 磅 酸 丙酮 酸 非 氧化 磷酸 键 的 电位 值 0.25 伏 加 到 氧化 -还原 电位 总 值 中 去 4 © 150 © ey ee AEN Te OER tee sev 程 ， 可 得 总 能 量 为 6 x 57 = 342 千 卡 ,此 值 实际 上 和 八 水 化 合 移交 烧 的 理论 产值 一 致 。 中 间 体 的 脱 氨 电 位 几乎 对 称 性 地 在 ， 氢 电位 周围 摆动 。 和 目前 的 常规 相反 ， 把 pH 7 MARY KS 考 电 位 ， 它 与 呼吸 氢 供 体 的 “平均 ”电位 相符 。 以 常规 的 方式 标 绘 氧 化 -还 原 电位 ， 瓦 ,作为 该 系统 在 pH7 时 的 正常 电位 和 大 气 中 的 氢气 在 pH 0 时 的 电位 之 差 。 也 就 是 作为 一 条 无 意义 的 零 位 线 ， 人 为 地 通过 瑛 珀 酸 / 延 胡 索 酸 的 电位 ， 后 两 者 的 电 位 略 低 于 pH7 时 氢 和 氧 的 电位 间 的 中 点 。 遗憾 的 是 ， 按 照 已 确立 的 氧化 还 原 规 则 ， 所 有 绘 出 图 的 数值 ， 愈 华 近 氧 就 愈 低 ， 以 这 样 的 方式 来 描绘 一 个 呼吸 过 程 ， 意 义 是 不 明确 的 。 当 表 内 列 出 的 电位 为 最 大 正 值 时 ， 呼 吸 过 程 中 化 学 电位 愈 靠 近 氧 则 愈 低 ， 最 终 随 氧 的 减少 而 消 失 ， 那 时 所 列 出 的 电位 达到 最 正 值 。 作为 流程 模式 的 特点 ， 分 别 出 现 了 两 个 主要 流程 线 。 代 表 底 物 分 解 代谢 的 线 滑行 在 一 个 近似 等 电位 的 通路 上 ， 氢 与 它 成 直角 ， 这 是 在 脱 氢 的 途中 释放 给 氧 的 。 至 今 ， 在 底 物 分 解 代 谢 领域 中 已 取得 了 最 大 的 进展 ， 已 能 画 出 切实 可 行 的 图 解 /然而 像 柠 楼 酸 循环 那样 的 图 解 ， 并 未 提供 供 氨 期 以 外 呼吸 性 能 量 转变 的 化 学 通路 的 信息 。 底 物 通路 所 能 提供 的 信 息 仅 仅 限于 来 自负 城 着 位 能 、 可 马上 利用 的 、 被 释 出 的 电 也. 这样, 我们 就 能 从 图 中 了 解 到 氧 和 6 个 脱 氨 步 骤 中 每 亏 不 步 又 间 的 电位 差别 ;6 个 脱氧 步 又 可 归结 为 工 个 丙 糖 的 全 部 SUCHE, 其 平均 值 非常 接近 氢 氧 电位 的 数值 。 换 句 请 说， 矶 水 化合物 在 总 体 上 类 似 于 二 氧化 碳 和 分 子 氢 的 混合 物 所 起 的 反应 。 (CHOH -H,0O)x= (CO + 2H,) x C1)" 大 体 上 ， 把 呼吸 过 程 看 作 是 同一 单位 过 程 的 重复 系列 是 *151° 图 2 电子 电位 转换 成 磷酸 键 能 此 图 说 明 在 图 1 中 底 物流 程 线 士 方 空 岩 处 的 能 量 亏空 。 采取 适用 于 本 章 示意 图 下 描述 的 那 种 迁 回 周期 形式 ,可 获得 更 加 详尽 的 图 象 。 合理 的 5 这样 的 单位 本 质 上 是 一 个 氧 - 氢 电 池 。 此 单位 进 一 步 分 解 ， 如 图 2 所 示 ， 它 不 仅 可 以 代表 碳水 化 合 物 的 呼吸 作 i> 而且 还 可 以 代表 其 他 底 物 的 呼吸 作用 。 以 空间 尺度 绘制 电位 梯度 图 形 ， 使 我 们 在 图 上 近似 地 定 出 那些 预 戎 电子 电位 在 那里 转换 为 磷酸 键 能 的 区 域 。 将 氧 耗 各 中 此 产生 的 磷酸 化 作用 作 粗 略 比较 - 玉 99 1, 知道 把 一 对 氨 电 也 由 底 物 转运 到 氧 可 能 产生 3 个 高 能 磷酸 键 j 高 能 磷酸 键 的 每 个 键 平 均 含 12 和 于 卡 ,… 这 等 于 一 个 双 电 子 系统 的 0.25 伏 的 幅度 。 氧 和 一 对 平均 底 物 所 原子 之 间 可 利用 电位 是 1. 2K, 这 个 电位 跨度 理论 上 可 容纳 1.2/0,.25 (254.8) 或 4 个 高 能 键 。 北 计 算 固 定 了 产生 电位 的 上 限 ， 并 显示 出 实验 值 愉 好 在 ed 52 。 和 ;此 限度 内 。 Tae 在 图 2HHE RR, FB ae eee WU 3 个 0225 伏 部 分 ， 就 对 实验 中 8 个 磷酸 键 的 产生 作出 合理 的 了 说明。 这 样 的 绘图 毫 不 含糊 地 引出 了 如 下 的 结论 He, +025 和 0.9 伏 左右 电位 水 平 上 ,以 PH7 的 所 电极 为 参 孝 工 敌 电子 对 连续 33 次 可 被 化 学 方法 截断 ， 这 些 化 学 方法 在 催化 条 件 干 把 下 个 0.25 伏 的 部 分 转换 为 高 能 磷酸 键 。 这 就 把 氢 转 移 的 过 程 分 解 为 3 个 较 小 的 单位 ; 在 这 里 我 们 磁 到 的 或 许 是 为 呼吸 能 量 转移 而 设计 的 催化 系统 的 最 小 单位 。; 应 讽 把 这 3 个 ， 或 许 是 4 个 ， 装 人 到 氧 电子 通路 中 的 转换 器 看 成 是 生物 的 真正 的 能 量 发 生 右 。 极 为 重要 的 是 ， 这 些 转换 老 系 统 看 来 基本 上 不 依赖 于 特殊 的 氨 供 体 ， 这 种 对 底 物 没有 依赖 性 的 催 化 剂 对 转换 所 起 的 作用 ， 可 以 说 明 磷酸 键 是 如 何在 越 来 越 多 样 的 氧化 作用 中 产生 的 。 僵 如 在 硫 杆 菌 属 中 的 硫 的 氧化 作 FA} "7 所 氧 反 应 -以 及 脂肪 酸 氧化 作用 '"?1。 归 结 起 来 ， 我 们 可 以 说 磷酸 键 的 产生 ， 不 管 氨 供 体 的 类 型 如 何 ， 都 可 用 下 列 反应 式 表 示 ; XH, | 或 i + 3HO-PO,- + 3 ad-H+0,/2—> X.H,O + ae 或 | +-3ad~PO:=-+ 4H,O XO” | WAP», ©8x12) -57= -21F7E 9 G2) ‘RNR (2) 雪 示 释 酸 和 腺 背 酸 的 参与 常常 是 二 般 握 转 移 催化 作用 的 反映 ，; 而 不 是 脱 氮 作用 的 特殊 例子 。 转换 器 催化 剂 作 用 在 0 和 + 1.2 伏 范围 内 的 3 40.25 4R 的 间距 ， 其 化 学 性 质 留待 进一步 研究 。 我 们 知道 的 狼 基 化 合 驳 ， 和 在 最 低 的 电位 水 平 部 分 地 具有 转换 器 的 功能 品 2, 平 列 的 es 153 。 概括 或 许可 说 明 有 类 似 之 处 ， 催 化 剂 应 使 磷酸 分 玫 有 机 会 加 到 二 个 双 键 上 。 从 加 成 产物 中 除去 一 对 电子 以 产生 高 能 磷酸 键 。 这 一 步骤 没有 或 几乎 没有 能 量 的 丢失 。 腺 背 酸 的 氨 交 换 到 磷酸 基 上 要 给 细胞 提供 12 干 卡 ， 其 残留 产物 可 再 次 氢化 。 此 价 段 包含 偿还 所 提供 的 12 千 卡 (0. 25 伏 )》 最 终 必 然 再 次 产生 双 键 。 按 推测 、 约 0.1 伏 的 电位 水 平 可 分 配 到 工 个 羧基 Oe 下 池 其 后 约 0.5 伏 的 水 平 对 于 1 AC: C 双 键 可 能 是 适宜 的 。 二 有 最后， 抗坏血酸 类 型 的 双 键 出 现时 ， 可 能 具有 高 电位 水 平 。 示意 图 正中 C : C 双 键 ， 用 示意 的 方式 随意 画 出 所 述 类 型 转 换 单 位 的 轮廓 。 O/R 催 化 剂 —Hs0 HC --- OPO 7 ~2H BMH ma ar 统 HC Eo=0.45 伏 | és HC Hag HCOH a KE >» CcO~ POs~ E +2H 0=0.2 伏 代谢 He é AN i ad ~ POS =» Fil i c:0 =0.25 伏 示意 图 了 电子 电位 转换 成 磷酸 键 能 的 催化 转换 器 。 稍 加 修饰 即 可 适用 于 任何 C* X 型 的 双 键 ，X 可 以 是 :0 或 :NH。 此 系统 的 主要 特点 是 交 蔡 地 把 水 和 磷酸 加 到 双 键 上 。 从 底部 开始 顺 时 钟 方向 转动 ， 我 们 可 以 把 循环 过 程 分 为 和 个 步骤 。 第 一 步 ， 借 水 系统 的 氢化 作用 ， 每 摩尔 转 换 器 至 少 负载 0.25 伏 。 第 二 步 ， 还 原 了 的 水 系统 通过 交换 反应 变 为 磷酸 系统 。 第 三 步 ， 在 关键 的 反应 里 ， 磷 酸 系统 的 脱 氢 作用 将 电子 位 能 转换 成 磷酸 键 能 ， 而 电 子 位 能 损失 不 多 。 第 四 步 ， 相 当 于 0.25 伏 的 键 务 给 腺 苷 酸 ， 使 此 系统 饮 复 到 原 来 的 状态 。 示意 图 亚 是 呼吸 的 简要 图 解 。 在 空间 投影 图 中 ,两 个 能 场 占据 两 个 方向 ， 第 3 个 能 场 则 分 配给 最 初代 谢 产 物 的 等 电位 ”5 站 。 。 实 际 上 ;这 些 电 场 和 fade 2 AR LH AR HARI 的 ， 而 是 通过 氢 和 了 磷 酸 转移 的 化 学 专 一 性 得 到 沟通 ， 而 酶 的 专 二 性 则 以 连接 插头 的 方式 起 pi melee :这 篇 论文 的 主题 是 为 了 提醒 人 们 ， 当 生物 体 的 化 学 连续 性 被 割裂 底 物 的 分 解 代谢 后 ， 我 们 面临 的 重大 任 示意 图 二 Te 务 是 把 这 些 断 片 重 新 组 呼吸 能 量 周 转 的 流程 简 图 。 合成 一 个 整体 。“ 与 其 说 是 一 连 串 的 个 别 状 态 或 分 割 开 的 断 片 ， 倒 不 如 说 是 一 种 转变 ， 与 其 说 是 一 个 个 连续 的 位 置 或 停 顿 点 ， 倒 不 如 说 是 一 种 运动 。 为 了 懂得 这 种 连续 状态 。 我 们 必须 把 自己 的 立足 点 放 在 这 种 转变 的 运动 上 ， 从 中 更 直接 地 来 考虑 问题 C2]。? 参考 文 献 1 Belitzer, V.A., and [sidicoza, ET Binothimiy a, 4, 518 (1939) 。 C2) Bergson, H.L., Creative Evolution, Modern Library, New York, 1944, C3) Gaffron, H., J.Gen.Physiol,,26, 241 (1942), C4) Green, D.E., Mechanisms of. Biological Oxidations, Ca- mbridge, Univ.Press, London, 1940, 5] Hougen, O, A, and, Watson, K. M., Chemical Process | Principles,Wiley, New York, 1943. C63 Kalckar, H,, Biookem.J., 33, 631 (1939). C7) Lipmann, F., in Advances in Enzymology, Vol, I, Inter- science, New York, 1941, p.99. C8) Lipmann, F., “Pasteur effect” in A Symposium on Re- ° 155° C9) C103 C11) C12) 13 C14) C15] C16) spiratory Enzymes. Univ. Wisconsin Press, Madison, 2942, ~ Lipmann,F,, “Biological oxidations ‘and reductions, ” Ann, Rev. Biochem., 7, 1 (1943), Lipmann, F,, J.Biol.Chem., 155, 55 (1944), Lipmann, F,, and Tuttle, L.C. J, Biol, Chem,, 154, 725 (1944), Meyerhof, O,, Ann. N.Y.Acad.Sci., 45, 357 (1944), Muiioz, J, M., and Leloir, L. F., J. Biol. Chem., 147,. 355 (1942), Noble, E,, Purposive Evolution.Holt, New York, 1929. Ochoa, S., J.Biol, Chem,,151, 493 (1943) 5 155, 87 (1944). Vogler, K,G., and Umbreit, W.W., J.Gen, Physiol., 26, 157 (1942), . ° 156° =. EMA MAPLE FE. ez “ 马 仔 谱 塞 州 波士顿 市 哈佛 医学 院 生物 化 学 教授 ， 马 萨 谱 塞 总 医院 生 网 化 学 研究 实验 室 主 任 看 来 ， 在 生物 合成 领域 内 用 进展 的 例子 难以 说 明 这 一 问 题 是 简单 的 。 不 久 以 前 ， 生 物 合成 机 理 在 我 们 这 里 还 显得 极 其 复杂 。 其 间 对 代谢 能 量 周 转 途 径 的 进一步 了 解 却 大 大 地 有 助 于 打开 这 扇 大 门 。 认 识 到 活 的 机 体 在 代谢 合成 中 倾向 于 利 用 一 种 标准 型 的 化 学 能 〈 磷 酸 键 能 ) "1]。 极 大 地 减少 了 这 种 复杂 性 。 标 准 能 源 的 利用 预示 这 些 过 程 有 着 某 些 一 致 性 。 细胞 组 成 成 分 千差万别 ， 要 弄 请 所 有 这 些 化 合 物 的 合成 过 程 看 来 是 一 项 极其 繁重 的 任务 。 但 是 ,假如 我 们 开始 把 注意 力 集 中 在 原始 环节 上 的 话 ， 我 们 就 会 发 现 不 同类 别 化 合 物 间 的 联系 是 非常 相似 的 。 在 细胞 物质 无 穷 无 尽 地 反复 制造 的 过 程 中 ,我 们 发 现 基 团 间 不 断 地 排除 水 分 子 。 在 这 些 经 过 分 子 间 了 脱水 的 缩合 反应 中 ,最 常见 的 反应 物 就 是 疫 基 。 较 普遍 的 是 通过 羧基 的 活化 生成 酯 键 和 肽 键 。 这 些 键 形成 时 输入 的 能 量 在 脂肪 、 蛋 白质 或 其 他 地 方 都 非常 相似 ， 大 约 为 3000 卡 避 ]。 如 上 所 述 ,在 代谢 机 制 中 ,磷酸 键 是 用 作 贮 存 和 转移 能 量 的 一 种 方式 。 可 利用 的 能 量 首先 加 工 成 每 个 约 含 15 ,000 卡 的 @ 转载 自 The Harvey Lectures, Series XLIV, 1948—1949, Copyri- ght 1950,Courtesy of Charles C,Thomas, Publisher, Springfie- Id, Ill, * 157 © 高 能 磷酸 键 ， 并 分 配 至 ATEF-ADPE 系 统 ， 可 能 还 有 其 他 系 统 ， 其 广泛 适用 性 的 关键 或 关键 之 一 是 高 能 磷酸 键 的 酸 醋 性 质 。 这 使 得 ATIE 有 可 能 成 为 所 有 这 些 能 排出 水 的 缩合 反应 的 通用 试剂 。 这 一 概括 的 说 法 在 有 羧基 参与 的 反应 中 ， 可 以 更 准确 地 加 以 描述 。 最 初 的 反应 是 在 羧基 和 磷酸 之 间 形 成 酸 - 栈 。 由 于 观察 到 它 还 往往 在 形成 更 大 的 碳 结构 的 碳 碳 缩合 反 应 5 中 出 现 ， 这 种 羧基 活化 作用 作为 最 初 反应 的 适用 范 国 MINT. AHA 将 磷酸 键 能 在 蛋白 质 及 脂肪 合成 中 的 作用 加 以 说 明 ， [5 脂肪 合成 _ nt -PO;H, + HO-CH: , nate. ‘CH: + H:PQ. R—C-O-POH: + Ho.¢H —». R+¢-0-08 + HiPO R—C-0-POH: + HO-CH: RC: eg +FED 蛋白 质 合成 R-C’O:POH: +HN-R’ co -PO)H: + HyN-R?-C/0-PO.Hs + H.N-R!” oO #0 - RC NH-R!-C—NH-RY-O—NELR'" HPO， H,P0, H;P0, All 脂肪 及 蛋白 质 合成 的 图 解 (1941)。 我 在 研究 碳水 化 合 物 的 部 分 反应 即 丙酮 酸 氧 化 时 ， 磁 巧 是 从 羧基 的 活化 问题 上 开始 5。 在 某 些微 生物 系统 中 小 发 现 了 二 个 乙酰 杰 酸 化 合 物 ， 即 乙酸 和 磷酸 的 酸 本 co?3; 我 们 先 观察 到 在 丙酮 酸 氧 化 时 产生 可 传递 给 腺 背 酸 的 高 能 磷酸 键 ， 最 后 着 手 于 乙酰 磷酸 的 分 离 c,91。 这 项 研究 那 时 比较 重 Bi, 因为 它 代 表 一 个 人 们 所 熟知 的 机 理 , 借 助 这 一 机 理 ; 呼 吸 反应 产生 高 能 磷酸 键 。 这 个 发 现 预示 了 在 能 量 代谢 中 磷酸 刍 形成 的 普遍 性 。 起 初 ， 以 为 这 是 我 们 原来 在 发 酵 反 应 中 观察 到 的 另 一 种 ”158。 磷酸 化 合 物 。 然 而 比 向 高 能 磷酸 库 提 供 磷酸 更 为 重要 的 是 , 忆 酰 磷 酸 有 可 能 将 其 有 机 部 分 用 于 生物 合成 。 像 罗 马 二 面 神 珍 尼斯 anus) 的 头 一 样 ， 这 个 分 子 看 来 能 在 两 个 方面 起 作 Fil = ye 和 SA A . | Zi 一 tie = 2 oe |} * gone (VENA aS! 图 2 人 磷酸 基 欢 乙酰 磷 臣 转移 给 AMP 形 成 ATP。 早 年 的 实验 [1 表 -明了 馆 酸 和 AMP 系 统 之 间 反应 的 可 逆 性 ,这 种 磷酸 基 的 转移 极 广泛 地 存在 于 许多 微生物 中 “9253 ,后 来 还 在 肝 提 取 液 中 观察 到 625 但 是 , 当 我 们 开始 去 解决 这 个 更 有 兴趣 的 乙 酰基 供给 的 问题 时 ， 遇 到 了 相当 大 的 困难 。 表 六 ”与 乙酰 基 结 合 的 磷酸 向 腺 音 酸 的 转移 9 所 有 数据 均 为 微 摩尔 数 。 CBR RRA To fh 的 加 入 量 为 15 微 摩尔 ， 只 eh a) tea | " unt 腺 背 酸 加 入 量 Bie alten Py VOstam 2.1 15.0 4.0 60 分 钟 后 | 15.6 8.0 2.9 10,0 5 “eos On IB cEb RY a 8.9 12,1 "Pre a RHC, 100°C 2k (aR.7 54 Bb ME AYP a RE Re ss BL aa ae a ar a ne C*D me 9 2, 8 @ 了 gg : “FEZ ARAB RGA TTT KBE NOLS HR SE OLA A, AA Sa EAR. CM CRN GK RAT ARI SLE AA »159¢ 浆 中 进行 ,但 结果 也 是 阴性 ,较为 鼓舞 人 的 结果 是 从 与 所 谓 磋 | 酸 裂解 反应 可 逆 性 有 关 的 细菌 系统 中 得 到 的 ， 于 是 研究 了 丙 酮 酸 裂 解 成 乙酰 磷酸 和 甲酸 或 二 氧化 矶 和 和 氢 的 反应 .特别 是 ， 用 碳 标记 的 甲酸 很 容易 地 就 由 甲酸 和 一 个 乙酰 前 体 合成 了 两 酮 酸 51s]。 再 有 ,用 标记 乙酸 也 证 实 了 甲酸 和 乙酸 的 重 结合 反 应 ， 但 是 此 反应 只 有 在 加 入 ATP 作 为 磷酸 基 供给 体 时 才能 较 大 量 地 发 生 〈 表 2 )， 而 外 加 入 工 合成 的 乙酰 磷酸 看 来 并 不 影响 丙酮 酸 的 再 合成 。 | 表 2 ， 乙酸 和 甲酸 缩合 成 丙酮 酸 时 对 ATBPE 的 依赖 性 13C- 乙 酸 ， NCR ASG OR BTS Ee HT HM A AMBRE SCHED $i P< SAP 0.03 par 0,15 re 0,24 sta oie 那 时 我 对 乙酰 基 的 活化 已 经 非常 有 兴趣 了 为 了 得 到 这 方面 的 更 多 的 知识 ， 我 就 转 而 研究 芳香 胺 的 乙酰 化 作用 。 从 分 析 角 度 来 看 ,这 是 一 个 很 合适 的 系统 ,因为 有 一 个 很 敏感 的 方法 可 用 来 测定 氨 茉 磁 胺 类 化 合 物 。 经 过 艰苦 的 摸索 和 一 些 失败 之 后 ， 终 于 发 现 鲍 肝 匀 浆 和 提取 液 在 乙酰 化 反应 中 有 蜡 FARMED, GALS RWC RRMA te REP 作为 乙酰 供 体 , 却 显 不 出 活 桂 来 .由 于 在 这 种 给 级 提 取 液 中 有 一 个 高 活性 的 乙酰 磷酸 醒 酶 :+e, 可 以 迅速 地 分 解 乙酰 磁 酸 ， 这 一 结果 就 显得 不 清楚 了 。 但 如 果 匀 浆 的 活性 很 大 ， 至 少 就 可 以 发 生 二 定 程 度 的 乙酰 反应 。 然 而 这 个 结果 再 次 证 实 ， 人 工 合成 的 乙酰 磷酸 无 活性 。 同 样 ， 在 脑 匀 奖 中 用 乙酰 伙 酸 使 * 160 ° a OO 胆 碱 乙酰 化 的 试验 结果 也 是 阴性 的 。 而 当时 ， 纳 赫 曼 佐 思 早已 在 研究 神经 活动 过 程 中 胆 碱 的 “乙酰 化 反应 ， 他 那 时 不 大 注意 己 栈 磷酸， 而 遵循 着 一 般 的 概 念 认 为 在 乙酰 化 反应 中 磷酸 键 应 该 起 作用 517*1s]。 他 把 乙 酸 和 ATP 一 起 加 到 脑 提 取 液 中 ， 发 现 出 现 了 旺盛 的 乙酰 化 反应 。 兴 他 把 乙酸 和 ATP 加 到 芳香 胺 的 乙酰 化 反应 系统 中 ， EM, 己 栈 化 反应 也 进行 得 非常 好 5 。 表 :3 显示 了 有 ATP 及 丰 为 乙酰 基 供 体 的 乙酰 时 肝 勺 浆 中 氨 苯 磺胺 的 乙酰 化 到 表 3 通过 ATP 的 无 氧 结合 (15) ¥6 1 REF VHP 50.03 UK / FEO ONE BBG I PE DL at 灼热 的 4b 5 %CO2HIN2»37 CHE FM AI PH 0.02 摩尔 / HZ RM, RMI HTM A 90% HE ER Ee A EA SRA ATP, 第 一 个 侧 管 中 的 ATP 在 反应 开始 时 注入 瓶 中 ， 第 二 个 侧 管 在 反应 15 4} bE: 入 。 全 部 孵 温 时 间 为 30 分 钟 。 NaF ATP (毫克 Py7) 氨 葵 磺胺 结合 量 (摩尔 (微克 ) ” 加 入 量 剩余 量 \ 0.08 0.32 0.16 49 0,08 0 0 9 1 i BEAR 0,02 0.32 0.09 37 0.02 0 0 5 同 批 匀 浆 2 0,02 0.32 0,08 57 冻结 过 夜 0.02 0 0 15 8 AR A Ht HR me. 乙酰 化 反应 的 辅酶 “在 用 住 肝 提取 液 研究 氨 苯 蔽 胺 的 乙酰 化 反应 时 ;意外 地 4 透析 或 自 溶 导 致 的 乙酰 化 系统 的 可 逆 性 失 活 5191 将 处 理 过 或 未 处 理 过 的 饮 肝 提取 液 置 于 开口 的 细 试 管 中 ， 370 KB 温 。 管 中 含 1 毫升 提取 液 ,反应 总 体积 为 2 毫升。 氧化 铂 和 乙酸 钠 浓 度 0.02 摩 尔 / 升 。 提 取 液 与 激活 剂 加 在 一 起 ,在 与 水 浴 中 温度 达到 平衡 后 , 加 入 含 0.32 毫 克 磷 的 ATP、88 微 克 氨 茉 矿 胺 及 终 波 度 为 0.05 摩 尔 / 升 的 氟 化 物 以 开始 反应 。 者 过 的 组 织 滤 液 - BAREGAR Kita 提取 液 的 处 理 ， 《校正 至 湿 重 克 数 ) (微克 ) (分 钟 ) RH | 69 65 7 CORFE 16/ Bt aba able 7 40 0。2 克 大 鼠 肝 58 7f 透 析 16 小 时 = 0 65 0。2 克 大 鼠 肝 42 未 处 理 一 59 50 一 0 7" 一 10 们 保存 16 小 时 0。4 克 大 鼠 肝 28 50 0.4352 25 Big HL 14 1 @ ATP 加 乙酸 出 现 活性 的 情况 中 , 乙酰 砍 酸 都 明显 地 无 活性 ,这 在 一 段 时 间 里 常 使 我 们 去 考虑 ，ATP- 乙 酸 的 反应 产物 在 某 些 方面 不 同 于 人 工 合成 的 乙酰 RB 酸 的 可 能 性 。 但 是 ,多 次 想 证 明 ATP- 乙 酸 反 应 产物 不 同 于 乙酰 磷酸 的 尝试 都 失 败 了 。 在 不 同 的 细 万 提取 液 ， 特 别 是 大 肠 杆菌 的 提取 液 中 ， 这 种 产物 大 量 地 生 成 ;分离 此 种 产物 最 后 总 是 获得 一 个 与 人 工 合成 的 乙酰 磷酸 不 能 区 别 的 化 合 物 。 现在 看 来 (2% 2]， 假 如 把 某 些 微生物 的 蛋白 部 分 加 进 动物 组 织 提取 液 里 ， 人 工 合成 的 乙酰 磷酸 将 把 乙酰 基 供 给 氮 葵 磺胺 的 乙酰 化 反应 及 其 他 以 MBA 媒介 的 反应 。 引 起 活化 的 因子 看 来 与 催化 一 个 依赖 于 CoA 的 乙酰 磷酸 和 无 机 磁 的 酶 平衡 反应 的 成 分 是 一 样 的 (19，21]J]。 这 种 平衡 似乎 只 可 能 通过 一 个 催化 剂 的 媒介 ， 暂 时 地 将 乙酰 基 结 合成 高 能 键 。 负 载 着 乙酰 基 的 CoA- 酶 复合 BRA 能 是 直接 的 乙酰 基 供 体 。 * 162。 解决 了 利用 代谢 中 的 乙酸 这 个 难题 。 君 来 有 一 个 辅酶 参与 这 ABO, 经 过 透析 或 久 置 后 ， 酶 溶液 失去 乙酰 化 的 能 力 ， 而 在 加 入 煮 过 的 提取 液 后 ， 活 性 又 得 以 恢复 GRAD» 没有 一 个 已 知 的 辅酶 可 以 代 蔡 这 个 因 于 ， 因 此 便 试图 对 这 个 显然 是 新 的 辅酶 进行 分 离 。 ,在 纯化 过 程 中 ,发 现 这 个 新 的 辅酶， 即 辅酶 A， 是 泛 BAA Ot), 使 胆 碱 乙酰 化 反应 活化 的 也 是 这 个 畏 酶 cz 的 。 与 此 同时 ， 纳 赫 曼 佐 天 及 贝尔 曼 (Behrman) (249, 费 东 德 伯 格 及 曼 菌 (#9 也 观察 到 胆 碱 乙酰 化 反应 需要 一 个 激 活 剂 】 我 们 发 现 他 们 的 激活 剂 就 是 辅酶 A。 一 个 纯化 的 辅酶 Ach 微 克 / 克 脑 ZEAE EL SUP 50 辅酶 微克 PAS 同 批 纯化 的 辅酶 制品 对 久 置 伍 脑 提取 液 中 胆 碱 的 乙酰 化 反应 及 和 久 置 的 多 肝 提 取 流 中 氨 苯 磺 胶 乙 栈 化 反应 激活 效应 的 比较 。 * 163 。 制品 对 脑 组 织 中 胆 碱 的 乙酰 慈 肥 应 和 对 肝 组 织 中 所 莱 磺 忆 的 乙酰 化 反应 有 同等 的 效力 ， 这 一 结果 用 图 和 表示， 羟 胺 作为 活化 羧基 的 捕获 剂 在 乙酰 基 的 研究 过 程 中 , 产 胺 与 活化 凑 基 的 特殊 反应 用 得 相当 多 ， 在 这 里 我 愿意 对 这 人 非常 有 用 的 反应 加 进 几 名 评 论 。 塔 特 尔 和 我 C# 9 在 研究 乙酰 碰 酸 时 SURE MAK BE, BRULEE RMR AER. SI PATER Sok RA BER RRB, FILLET, 酰 磷酸 或 其 他 任何 酰基 础 酸 的 定量 测定 。 由 于 用 这 个 简易 的 酰基 测定 方法 代替 了 以 前 繁琐 的 磷酸 差异 沉 淀 法 [173， 这 个 领域 的 研究 加 快 了 进展 。 死 机 磷 或 其 他 磷酸 酯 存在 时 常常 影 响 乙酰 磷酸 的 精确 测定 ， 而 在 这 个 新 方法 cz 中 该 问题 不 存 在 了 。 而 且 产 胺 可 以 用 作 酰 基 捕 获 剂 C:7- 这 个 办 法 可 以 显 示 住 肝 提 取 液 中 有 一 个 原 发 的 乙酸 -ATP 反 应 可 能 产生 乙 酰 磷酸 ， 而 后 立即 被 产 胺 捕获 。 假 若 没有 捕获 剂 ， 鲍 肝 提取 液 中 便 没 有 乙酰 磷酸 的 集聚 D 。 表 5 表明 了 依赖 于 ATP 的 表 5 鲁 肝 提取 液 中 乙酸 的 磷酸 化 作用 5 7 工 克 铀 叶 丙 酮 干粉 加 10 毫 升 0.02 摩 尔 / 升 碳酸 氢 钠 溶液 提取 之 ， 离心 后 ， RHEL MO SBAMTRE PP. 37CHMOOTH. BKRISH. AtHne 0.02 摩 尔 / 升 经 过 中 和 的 盐酸 产 胺 。 ZR (SEER) 10 3 1 一 10 活动 性 ATP( 毫 摩尔 ) 10 10 这 Bie R (ERR) 1.76 ys 1,35 0.90 0.38 D RERRARRKMPREADLRARNMEWBOCD, 反 过 来 也 催化 鲍 肝 提取 液 中 有 ATP 玉 乙酸 存在 时 乙酰 磷酸 的 积 素 。 1664。 羟 朋 酸 毕 成 反应 。 在 这 个 酶 系统 中 ， onsodnteatha 意 。 最 在 意义 的 是 辅酶 入 参与 了 乙酸 的 活化 。 二 习 图 .4 更 清楚 地 表明 辅酶 人 对 羟 肝 酸 生 成 的 作用 ， 并 将 此 相 用 汝 同一 提取 液 申 氨 茶 克 胺 的 乙酰 化 作用 做 了 比较 。 [06 ”05 a 是 04 % 03 02 0.1 i 2 3 a 5 6 CoA MAR CALL) 图 4 A—-SHRRM SH, MMA CREATPERBERRAR eZ GR YO *— ERWRER o—° ZR NR 最 近 ， 在 谷 氨 酰胺 的 合成 研究 中 ， 羟 胺 显示 出 作为 活化 羧基 捕获 剂 的 更 广泛 的 用 途 。 像 乙酰 化 反应 一 样 ， 谷 氮 酰 胺 合成 也 是 一 种 依赖 于 ATP 的 反应 。 斯 修 克 〈Speck) [7% 的 铝 肝 提取 波 的 实验 同 我 们 的 乙酰 化 实验 以 及 埃 利 奥 特 (Elliott) 293 的 脑 提 取 液 实验 相似 的 结果 证 明了 这 一 点 。 由 于 可 以 用 羟 胺 代替 氨 并 可 用 比 色 法 测定 所 生成 的 谷 氨 酰 产 ° 165 ° 朋 酸 ， 就 有 条 件 进行 这 个 反应 的 研究 了 。 氨 苯 兢 胺 的 乙酰 化 反应 和 谷 氨 酰 化 反应 在 酶 反应 机 理 上 的 相似 性 并 不 太 令 人 感 到 意外 ， 因 为 在 这 两 个 例子 中 都 涉及 肽 键 的 形 RO), 但 是 直到 现在 还 不 能 证 实 辅酶 A 参 与 谷 氨 酰 胺 的 合成 。 可 能 是 因 为 这 个 含有 泛酸 的 辅酶 是 专用 于 乙酰 基 转移 反应 的 。 辅酶 入 的 主要 功能 乙酸 活化 与 辅酶 A〈 即 泛酸 》 的 联系 ， 有 成 效 地 帮助 我 们 更 深入 地 了 解 乙 酸 在 代谢 中 的 作用 。 通 过 同位 素 实 验 以 2 44] 表明 这 个 分 子 参与 了 为 数 极 多 的 合成 反应 。 表 6 动物 组 织 中 的 辅酶 At30 所 有 数据 均 为 每 克 新 鲜 组 织 中 含有 的 辅酶 A 的 单位 数 器 官 人 免 KR 名 肝 一 112 132 105 肾上腺 一 65 91 一 BER (ARM 一 一 79 一 肾 | 一 50 74 一 脑 — 40(8 2) 28 40 oes SH, A 胸腺 | 血浆 a 0 一 一 一 另 一 方面 有 细胞 中 大 量 存在 着 辅酶 Atso) 〈 表 6 ) ， 可 SAAS, 说 明 此 辅酶 在 代谢 中 具有 重要 的 功能 。 它 在 忌 栈 化 反应 中 的 功能 〈 这 种 功能 曾 有 助 于 对 它 的 识别 -可 能 只 是 二 个 次 要 的 侧面 ， 但 对 这 一 反应 的 研究 已 经 表明 ， 在 有 二 碳化 合 物 残 基 参 与 的 各 种 反应 中 ， 有 一 个 共同 的 前 体 。 Cm CLK > oe Spe NESE (LTTE ROE 个 例子 ， 即 丙酮 酸 的 合成 在 前 面 已 经 讨论 过 了 。 如 下 式 所 HH 乙酰 乙 酸 的 合成 像 丙酮 酸 合 成 那样 ， 是 一 种 不 损失 能 量 的 分 子 间 的 去 磷酸 化 反应 ， 磷 酸 键 中 的 能 量 用 于 二 碳 的 联 接 ， 并 释 出 无 机 磷酸 @ 。 | art lin eS ¥ : Y , CH,;CO~COOH + HOPO,-~-=CH,COO~PO,-- +HCOOH CH,CO~CH2COOH + HOPO,--==CH,COO~PO,-- + CH,COOH 图 5 AMRALKLRHARASREM RYT We ROR. EMT PH RAGLERR RBM RM 的 逆 行 ， 很 可 能 不 是 通过 直接 的 可 逆反 应 。 星 年 对 由 两 个 乙酸 分 子 连结 成 一 个 乙酰 乙酸 所 需 的 能 量 做 过 一 个 粗略 的 计算 5 "2 ， 约 为 16,000 卡 ， 非 常 接近 于 酰基 磷酸 键 可 被 利用 的 能 量 。 最 近 苏 达 克 〈?>oodak ) MR * 证 实 确实 发 生 了 这 种 反 @ 后 来 用 14C 标 记 羧 基 的 乙酰 磷酸 [20] ， 在 有 过 量 无 活性 乙酸 存在 的 条 件 下 所 做 的 各 次 实验 表明 ， 此 图 解 是 不 完全 的 》 MAS ew KRW (Clostridium kluyveri) 酶 《作为 乙酸 磷酸 利用 时 的 媒介 物 ) 合用 。 在 催化 合成 中 ， 乙 酰 磷酸 羧基 !14C 在 乙酰 乙酸 的 痰 基 和 次 基 上 同等 地 出 现 ， 乙 酰 磷酸 的 双 标 记 必 然 意味 着 有 两 个 分 子 的 乙 RR 酸 人 参与 了 乙酰 乙酸 的 合成 。 磷 酸 平 衡 实验 进一步 证 明 ， 每 一 个 分 FS MARA 4A ERE PI ot FOE oP 167° RT 肝 提 取 液 中 志 酸 缩合 为 乙酰 乙酸 药 酶 促 反应 ” 每 个 样品 用 工 毫 升 和 一 70 多 饱和 度 硫酸 接 所 沉淀 的 部 耸 鱼 化 制 : in ,相当 180 毫 克 王 肝 粉 。 总 反应 体积 8 毫升 ,其 中 含 0.01 摩 尔 / 升 半 胱 氨 酸 .0.1 头 尔 / 升 碳酸 氢 钠 及 其 他 所 标明 的 添加 物 。38 钱 漫 - 2 小 时 。 | Baye | (0.02 摩 尔 / 升 Z 酸 | 同 堪 | 同 ， 左 | A 0.018 /F ATP 但 无 CoA ， 但 无 ATP 40 单 位 CoA/ 毫 升 | | 俱 无 乙酸 | | — Ue ee ge ZZ ARMED) 3,2 8. | 0,1 Pe tah ike: NM 同样 是 在 提供 了 许多 合成 酶 系统 的 鸽 肝 提 取 滚 中, MA 了 ATP 和 乙酸 便 生 成 乙酰 乙酸 。 这 一 实 监 见 于: 表 刀 特别 令 人 高 兴 《的 是 ， 发 现 了 这 个 缩合 反应 也 属于 被 辅酶 A 催 化 的 反应 一 类 。 图 6 更 清楚 地 表明 它 对 辅酶 A 的 依赖 。 在 此 同 从 乙酸 合成 乙酰 乙酸 鲍 肝 制剂 + COA. 乙酰 乙酸 量 (微克 /毫升 提取 液 ) 00 5 10 is 20 CO A, 单位 图 -6 ” 饮 肝 提取 液 中 乙酰 乙酸 的 合成 对 CoA 的 依赖 性 。《 本 实验 使 用 40 一 70 乞 饱和 度 的 硫酸 钱 沉 淀 的 盘 白 部 分 。 ) e 68。 fit, BPE (Stadtman) MEH (Barker) ss 在 脂肪 BERWHAARMy EM AR, Bl € Clostridium Rluyveriifhmeh, ALEALR BURAK ROC 和 乙酸 的 万 应 。 乙酰 乙酸 的 缩合 反应 值得 注意 ， 因 为 它 代 表 着 一 种 相当 基本 的 代谢 反应 。 在 许多 实例 中 ， 好 像 乙 酸 作 为 组 成 更 大 的 分 于 结构 的 部 件 时 ， 先 进行 此 种 类 似 的 缩合 反应 ; 在 图 7 中 :我 们 试图 把 注意 力 集中 到 两 不 己 酸 之 间 《 关 尾 ” 反 MASSE RRA E: 头 BORE, AMP RM His FERRIS Wik (t, we PRAWN HE, CRE -CONH, r 键 中 。 值 得 注 0 CH,COO"+.HCH,: COO- + 性 PO-- CH, GO 一 CH,-COOr+P6r- 乙酰 乙酸 图 了 意 的 是 -CON 百 ,=- 和 -CO 一 OPO: 的 键 能 相当 。 现 在 还 不 十 分 清楚 另 一 乙酸 的 甲 基 ， 即 尾部 ， 是 否 也 像 在 柠檬 酸 合成 中 那 样 需要 活化 。 BEATLES PS I HE DA CBee ae -oo0C 区] C2) 类 非常 有 有 用。 在 这 个 其 础 士 ， 我 们 可 以 区 分 三 种 类 型 的 反应 GDs 一 种 头 型 反应 ， 如 在 氢 ze. FERC, BR Fe C88) >) FS AB pee #49 2) 的 单纯 乙酰 化 反应 中 所 BAIN: 一 种 头 尾 型 反应 ， 如 在 乙酰 乙酸 缩合 反应 5 中 珊 到 的 169° RH; 还 有 一 种 就 是 单纯 的 尾 型 反应 ， 像 在 柠檬 酸 合成 中 那 样 。 后 者 示意 于 图 8 。 在 所 有 这 三 种 类 型 的 反应 中 共同 的 因 素 是 辅酶 A 的 参加 柠 榜 酸 的 合成 片 术 酸 合成 属于 这 类 反应 的 证 据 ， 在 一 侦 时 间 里 是 间接 地 从 缺乏 泛酸 的 生物 有 机 栖 实 验 中 得 来 的 。 很 早 以 前 ， 带 格 (Teague) 和 威廉 斯 Cs 人 猜想 糖 代谢 中 有 此 维生素 的 参加 。 后 来 多 尔 夫 曼 (Dorfmann) 等 ”3 及 希 尔 斯 (Hills) CIA TERRE KA A CProteus morgani) 的 丙酮 酸 氧化 过 程 中 有 泛酸 参加 ， 更 支持 了 这 种 看 法 。 但 是 那 时 关于 作用 点 的 问题 还 不 能 进 二 步 确定 干 来 ， 而 且 在 一 侦 时 间 内 这 个 发 现 还 多 少 成 了 一 柱 有 赶 的 奇闻 EB 酸 衍生 物 辅酶 A 人 参加 酶 催化 的 乙酰 化 反应 以 及 此 辅酶 的 广泛 分 布 ， 促 使 我 们 去 寻找 乙酰 活化 作用 的 共同 因素 ,以 便 把 丙 酮 酸 引 入 柠 榜 酸 循环 。 希 尔 斯 的 工作 对 这 种 解释 已 有 所 视 Zo 诺 维 里 和 我 Ca? 首先 采用 多 尔 夫 曼 的 生物 体 ， 希 望 找到 辅酶 A 含 量 和 丙酮 酸 氧 化 之 间 所 期 望 的 那 种 关系 ; 实验 结果 见 表 8 。 奥 尔 森 (Olson) 及 卡 普 伦 Cs6 用 肝 切 片 证 实 并 发 展 了 这 些 观察 结果 ， 发 现在 丙酮 酸 利用 率 和 辅酶 A 水 平 之 间 有 着 和 惊人 的 平行 关系 。 他 们 在 泛酸 缺乏 及 恢复 的 不 同 条 件 下 做 出 的 实验 结果 概括 于 图 9 。 这 条 成 比例 的 直线 指向 原点 意 8 外 加 泛酸 对 呼吸 及 辅酶 A 含 量 影响 的 比较 (37 ro 辅酶 A 含 量 ( 单 位 / 克 干 重 ) 加 丙酮 酸 MAMRRER 5.2 130 10,2 520 味 着 没有 辅酶 A 的 存在 ， 肝 脏 也 就 没有 丙酮 酸 的 代谢 。 但 是 © 170." a a —=—“———- - - 20 40 690 80 100 120 140 169. CoA (单位 7/ 克 鲜 重 ) 图 9 鸭 肝 切片 中 丙酮 酸 的 利用 对 CoA 含 量 的 依赖 性 王 列 符号 代表 不 同 组 的 鸭子 ， @@ 一 一 食物 中 缺乏 泛酸 全 一 一 食物 中 缺乏 泛酸 ， 在 观察 前 1 一 2 小 时 腹 腕 注射 10 毫 克 泛 酸 镍 /100 克 体重 ; 国 一 一 食物 中 缺乏 泛酸 ， 在 试管 内 外 加 泛酸 ， O 一 一 正常 对 照 ， 随 意 进 食 。 st aa Se 从 这 两 个 例子 中 ， 2 — SRA EIR ART 难 。 因此 我 们 把 注意 力 转向 具有 明显 的 芯 酸 代谢 的 生物 有 BL 体 上 ， 即 选择 一 个 能 使 乙酸 代谢 相当 快 的 酵母 株 Caels 以 前 采用 同位 素 标 记 乙 酸 已 经 证 明 酵 母 的 乙酸 代谢 经 过 柠 榜 酸 短 cine 生 C491， 所 以 用 酵母 来 进一步 证 明 辅 酶 A 参 与 柠 榜 酸 缩合 的 说 法 是 很 合适 的 。 制 备 了 含 辅酶 A 量 多 和 含量 少 的 两 个 可 比 较 的 酵母 样品 ， 并 试验 它们 代谢 乙酸 的 能 力 ， 结 果 发 现 呼吸 率 紧 随 着 辅酶 A 的 水 平 上 下 而 增 减 〈 图 10) 。 更 有 说 服 力 的 Am 一 一 ¢ 5 : x? mz O2 (M&F) \ \ : \ \ \ \ \ \ 8 0 40 80 120 160 200 时 间 (4) Bb) 图 10 CoA 对 酵母 中 乙酸 氧化 的 作用 。 CRRA SUA) x—x 先 与 泛酸 年 温 ,一 。” 先 与 烟 酸 是 温 o | $645 Gi Re RR 是 乙酸 的 呼吸 反应 对 辅酶 A 的 需要 可 以 用 以 乙醇 为 底 物 的 实 PORK STF RACHA PS. KA lip az], AXRHMH—R, FRBHHMAN, RAF NARI CRRA, MGR AH AH, 最 然 呼吸 受 BR. ©1732 ¢ so —— ， 到 抑制 ， 但 乙酸 仍然 持续 地 增多 ， 乙 醇 的 氧化 停止 在 乙酸 陈 ME GF) 乙酸 生成 量 〈 微 升 ) sa” 站 o 40 80 120 0 SPOR I 2 ot All CoA 对 酵母 中 乙醇 氧化 的 作用 。: 本 a 以 乙 醉 为 底 物 ， 比 较 CoA 对 氧 消耗 和 乙酸 堆积 的 作用 。 AK 达 克 及 李 普 曼 的 乙酸 酶 促 微量 测 定 法 (Fed. Proc., 7: 190, 1948) 刍 噬 乙酸 的 生成 。 .s 葡萄 糖 丙酮 酸 | Bit KER 1S 4 乙酸 +CO: 泛酸 酶 中 RR EH | 图 12 SS AMC RR ' *173° 以 葡萄 糖 为 底 物 时 ,辅酶 A 的 缺乏 同样 产生 乙酸 的 堆积 〈 见 表 9 ) 。 但 正如 预料 的 那样 ， 氧 耗 的 抑制 较 轻 。 这 一 结 果 证 实 了 温 豪 斯 (Weinhouse) MAAK RUM, 即 酵母 通过 乙酸 及 行 檬 酸 循环 而 氧化 葡萄 糖 。 估计 泛酸 在 碳水 化 合 物 氧 化 主要 途径 中 的 功能 ， 包 括 其 他 具有 同样 功能 的 维生素 ， FTL Fe Hh SF ASE Se 看 来 使 半 个 分 子 的 葡萄 糖 进入 柠檬 酸 循环 的 三 个 主要 代 RI ”辅酶 A 对 葡萄 糖 呼吸 的 影响 每 管 含 4 2 毫升 酵母， 3 EK /ARR— ARR S 微 摩 尔 / 升 葡萄 糖 ， 总 体积 3 毫升 。 酵 母 原 在 有 少量 泛酸 存在 条 件 下 生长 ,实验 前 先 以 含 或 ;不 含 泛 酸 的 葡 殊 糖 磷 酸 艇 温 液 处 理 1 小时， 数据 表示 处 理 后 辖 酶 的 含 量 。 泛 酸 处 理 过 的 样品 含量 较 高 。 实 验 在 华 勃 瓶 中 进行 。37D 、80 分 钟 ， 乙酸 用 苏 达 区 及 李 普 曼 靶 测定。 | 370 单 位 辅酶 A/ 毫 克 135.50 98 BEA /36 36 氧 耗 ( 微 摩尔 / 升 ) -15.9 - 11.7 乙酸 堆积 ( 微 摩 尔 / 升 ) 0 +2.5 谢 步 骤 中 的 每 一 个 步 又 都 必须 精心 制作 二 个 专 二 性 的 催化 剂 。 第 一 次 脱 氨 反 应 用 吡啶 核 音 酸 ， 第 王 次 脱羧 和 第 二 次 脱 氢 的 偶 联 用 脱羧 辅酶 ， 而 二 碳 单位 与 草 酰 乙 酸 的 缩合 则 用 畏 酶 AG 。 .@ 在 这 个 讲演 之 后 ， 我 们 关于 辅 酵 A 参 加 柠 樟 酸 合 成 的 间接 证 据 已 经 在 分 离 的 酶 系统 实验 中 得 到 证 实 。 斯 特 恩 (Stern) 和 奥 丘 阿 [41 使 用 我 “′ 们 以 前 从 伍 肝 提取 液 中 制备 的 硫酸 铵 沉淀 部 分 [3 进行 了 由 草 酰 Z 酸 、 乙 酸 及 ATP 合 成 柠檬 酸 的 实验 。 他 们 发 现 只 有 在 加 入 辅 醇 A 的 条 件 下 才 显 出 较 高 的 活性 。 显 然 ， 他 们 的 实验 表明 初步 的 缩合 反应 生 成 的 产物 是 柠檬 酸 ， 而 不 是 异 柠檬 酸 或 者 顺 乌 头 酸 。 同一 时 期 ， 我 们 实验 室 的 诺 维 里 (42 用 酵母 及 大 肠 杆 菌 的 提取 波 得 到 了 类 似 的 结果 。 有 点 意外 的 是 发 现在 大 肠 杆 菌 提取 液 中 ， 人 工 合 成 的 乙酰 磷酸 作为 乙酰 基 的 前 体 ， 要 比 ATP 加 乙酸 优越 得 多 。 此 反应 依赖 于 辅酶 A 的 存在 。 °174° R10 ”乙酰 磷酸 合成 柠 机 酸 的 实验 (9 总 反应 体积 2.5 毫 升 ， 其 中 含 1 RABUN HK Ws HF 3 0,025 / AMM CMs pHs.0, 300MM 1B. BF in St HMRI TF, GMB, 005M /Tts ATP,0.02 摩 尔 / 升 ; CHARA, 0.004 /As MMA, 17H Mr MAR | | mem RUM) RID | 乙酸 ATP || — | 0.23 Ro MED ICs. 0.50 乙酸 ATP CoA | 1,32 乙酰 磷酸 mu 0.25 ZRRR CoA 4,0 ZAR + ZR CoA 3.9 AAEAATRARWUMM MDG, ALRRB-ARLEREBAR - #7 BMC), | fe - 要 上 一 节 中 盖 述 了 乙酸 根 离子 从 基础 水 平 经 过 活化 生成 乙 酰 供 体 的 机 理 。: 这 种 活化 是 通过 与 ATE 反 应 而 发 生 的 ， 这 个 反应 使 乙酰 残 基 的 能 量 提高 到 15,000 卡 。 图 13 表 示 了 乙酰 磷酸 同 各 种 其 他 化 合 物 之 间 的 关系 其 中 乙酰 基 参 与 代谢 。 -我们 看 到 乙酰 基 可 以 在 高 能 量 水 平 上 被 带 来 带 去 ， 也 可 以 降低 到 一 个 酯 或 者 一 个 肽 键 的 低能 量 水 平 。 在 后 一 种 情况 再 光 原来 的 亿 酰 化 合 物 中 大 量 的 能 量 都 被 降解 。 这 些 乙 酰基 的 能 量 水 平 与 以 前 令 述 过 的 磷 酰 基 能 量 水 平 !) 相 似 ， 这 点 是 很 重要 的 。 不 同形 式 的 高 能 乙酰 基 相 当 于 高 能 的 磷酸 酯 。 与 乙酰 基 相 连 的 酯 或 氨基 也 处 于 像 低能 量 磷酸 酯 那样 水 平 ! e175。 “3 a 图 13 乙酸 其 的 电位 。 在 这 个 基 团 电位 表 中 ， 乙 酸 及 无 机 磷酸 的 离子 分 别 代表 各 自 的 基础 永 平 ; < eas Lelebabeps 乙酰 基 在 乙酰 磷酸 、 乙 酰 乙 酸 及 丙酮 酸 之 间 转 移 而 产生 能 量 的 可 能 性 ， 遂 过 乙酰 磷酸 或 ATP 加 乙酸 合成 两 酮 酸 或 乙酰 乙酸 而 被 证 实 。 有 相当 多 的 证 据 ， 特 别 是 同位 素 实验 的 TEE? OPM AMR RCMB RAE OB 化 作用 。 因 此 ,要 考虑 没有 磷酸 酯 的 参与 , 己 酰 基 就 可 以 这 些 丽 酸 转移 的 可 能 性 。 基 糖 和 葡 葡 糖 -1- 磷 酸 作为 活性 葡萄 } 糖 来 源 时 的 互 换 能 力 可 以 看 作 有 机 化 学 键 之 间 直 搂 交 换 基 轩 的 SAFC, CREME MRR 09 HEBARARKREA, SHRKHREAORAR, T EBE CClostridium butylicum) RKBARRHER Rb 快慢 不 二 。 在 本 基 楼 菌 中 最 快 ， 几 分 钟 内 即 交 换 完全 。 这 种 交换 虽然 只 在 粗 提取 菠 中 初步 研究 过 ， 但 表明 可 在 没有 加 类 能 携带 磷酸 进入 代谢 周期 的 接受 体 的 条 件 下 发 生 ; 也 不 因 处 加 鞋 述 接受 体 而 受到 影 啊 。 °176¢ 与 杜 道 罗 夫 (Dotidoroff) .巴克 和 了 啥 西 德 (Hassid) 459 的 推论 一 致 ， 可 以 外 定 这 种 交换 有 一 个 乙酰 化 指 酶 产生 ， 它 是 与 乙酰 一 磷酸 ， 芯 酰 二 乙酸 或 乙酰 一 PM (AM) 反应 时 衍生 出 来 的 中 间 产 物 ， 它 们 都 同样 可 将 ~ Z, REDE 交 给 酶 。 XH, 与 蛋白 质 或 辅酶 反应 后 ， 乙 酰基 仍 保留 着 过 剩 能 量 的 事实 ”就 可 以 解释 进 二 步 反 应 时 丙酮 酸 和 乙酰 乙酸 的 乙酰 基 为 什么 可 以 直接 被 利用 。 研 究 辅 酶 A 具 有 乙酰 载 穆 的 贡 能 的 问题 是 二 御 相 当 有 诱惑 力 的 事 D 。 这 个 鼠 酰 转移 系 绕 将 帮助 我 们 把 目前 关于 乙酸 和 乙酸 前 体 相当 混乱 的 同位 素 实验 数据 条 理化 起 来 ct。 很 可 能 辅酶 家 在 所 有 涉及 到 乙酸 或 高 能 乙酰 基 合 成 大 分 了 予 的 反应 中 都 起 作用 吕 图 14 列 举 了 斥 C; 残 基 相 利 出 环 的 丙 和 脂肪 im 乙酰 乙 酸 天 342 4 二 碳 昔 位 (“ZR ) | y 总 fi fl TBM ll a SH SAM ix a Mee Kish AK RAR . Z. SN ie hi AR 图 14 二 碳 单位 衍生 出 来 的 合成 产物 QD 这 一 解释 已 得 到 了 实验 的 进一步 证 明 。 观 察 到 乙酰 基 结 合 的 磷酸 和 无 栅 礁 酸 之 间 的 交换 是 在 与 辅 醇 A 有 关 的 酶 系统 的 参与 下 进行 的 [21] 。 下 面 即 其 反应 式 ， ZAR~ BR +CoA+M=ZRM~ (CoA- 酶 ) +Py CM WBA-MAA MA AT BK PA EC. RE BR A ee 构 。 | ©177:« 木 主要 代谢 途径 。 我 们 认为 ， 我 们 对 这 两 个 途径 中 的 二 些 初 发 反应 已 经 知道 得 相当 多 ， 如 乙酰 乙酸 和 柠檬 酸 型 的 缩合 反 应 。 在 中 啉 及 嘲 叭 中 二 碳 单位 的 原始 联系 尚 待 研究 清楚 ， 人 得 这 里 所 报道 的 更 有 趣 的 结果 之 一 是 我 们 在 较 大 的 含 碳 结构 分 子 的 生物 合成 领域 中 ， 看 来 已 获得 较 稳固 的 立足 点 。 尤 其 是 因为 在 此 以 前 完成 了 的 仅仅 是 小 分 子 化 合 物 的 酶 促 合 成 的 研 究 工 作 。 我 们 懂得 了 两 个 乙酰 基 是 怎样 连接 成 乙酰 己 酸 的 而 斯 塔 特 曼 和 巴克 5 用 克 RR CCl Rluyveri) 制品， 进 一 步 发 现 了 乙酰 磷酸 与 已 酸 六 碳 链 的 氢 之 间 的 酶 促 合 成 反 应 。 因 此 假定 硬 脂 酸软 脂 酸 及 其 他 脂肪 酸 的 长 链 是 许多 乙 酰基 连接 起 来 再 通过 还 原作 用 而 生成 的 说 法 是 合理 的 。 这 告 诉 了 我 们 直 的 碳 链 合成 的 机 理 。 相同 的 分 子 排列 起 来 形成 长 的 寺 链 虽然 是 基本 的 ， 但 却 也 是 相当 原始 的 生物 合成 反应 。 我 们 可 以 把 它 叫 做 单 向 合 成 。 但 是 直 链 脂肪 酸 以 及 折 释 的 支 链 省 体 看 来 是 来 源 于 同样 oo ceop-rr 的 乙酰 原件 。 然 <. [one 而 ， 在 当 体 例子 hata 下 中。 我 们 接触 到 的 至少 是 -个 两 向 合 erin se 成 反应 ， 问 题 自然 wee, 就 变 得 更 为 复杂 os CRBS RAT x 以 看 作 是 一 个 乙酰 ray 侧 链接 到 一 个 直 的 me | 碳 链 上 的 简单 例 子 ) 。 省 体 化 合 物 和 脂肪 酸 的 并 列 ， 清 楚 地 显示 了 这 种 必然 进入 省 体 合 成 的 落 加 式 的 结构 形成 方式 〈 图 15) 。 这 里 我 们 *178 ¢ 研究 的 是 一 个 ERE OS BURA BU EAE IRL Be BRA AL BY 单位 形成 特定 的 二 维 或 三 维 结 梅 的 问题 。 ”我 们 不 仅 把 注意 力 特别 集中 到 产生 结构 的 问题 上 ， 而 且 也 集中 到 同一 结构 持续 地 再 生成 的 问题 上 。 看 来 有 一 种 发 展 趋势 ， 即 假定 有 一 个 空间 模型 或 模板 作为 结构 再 生成 的 模 子 。 一 些 超级 结构 可 能 以 这 种 方式 加 在 已 经 形成 的 结构 上 。 现 有 的 经 验 ( 虽 然 复 杂 性 较 低 或 只 有 中 等 水 平 ) 对 空间 或 模板 样 排列 的 说 法 并 不 见得 有 利 ， 反 而 认为 它们 是 一 个 一 个 地 和 连 接 组 装 而 成 的 结构 ， 可 能 先生 成 直 链 而 后 再 出 现 分 支 547 和 交 联 。 我 们 认为 更 可 能 是 大 分 子 的 结构 多 数 像 是 编织 成 的 ， 而 不 是 压 模 成 的 ,类 似 完成 图 样 生产 和 再 生产 的 人 工程 序 一 样 。 我 发 现在 相距 很 远 的 神经 生理 学 领域 中 也 出 现 了 类 似 的 AUR, RRA AR NBR (Adrian) 关于 神经 传导 的 著作 中 5 有 一 个 关于 视觉 结构 识别 问题 的 有 价 全 的 论述 。 书 中 也 探求 在 眼 - 脑 联合 中 是 否 有 时 间或 空间 的 机 制 起 作用 :以 三 角形 为 例 ， 对 些 结 攀 的 识别 将 包括 《1 落 在 脑 的 某 个 部 位 的 一 个 模式 或 空间 影 象 ，〈2 ) 眼睛 围绕 三 “角形 周围 运动 的 动态 过 程 。 目 前 的 研究 结果 看 来 更 多 倾向 于 借 运动 识别 结构 的 动态 的 或 时 间 的 机 制 。 这 种 情况 说 明 研究 中 的 普遍 重 登 现象 ， 在 迄今 相隔 甚 远 的 生物 学 科 中 提出 了 非 常 相似 的 。 解 决 方式 也 相同 的 各 种 问题 。 参考 文 献 C12 Lypmanny F.:; Advances in Enzymology, 1:99, 1941. C2) Lypmann,y F.: Federation Proc., 9: (in press) . C82 Soopax, M. and Lypmwann, Fis J. Biol. Chem,, 1751999, 1948, » C4) Lypwann, F.: Skandinav. Arch. f. Physiol., 763266, 1937, ° 179° by C6) C7) C8) C93 (103 C11) (12) c13) C14) C15) C16) (173 C18) C193 C203 (21) 22) C23) (24) C25) (26) C27) (28) Lrpwann, F., Enzymologia, 4:65, 1987, Lipmann, F.; Natures 144:381, 1939, Lipmanny F.: Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biol,, 7:248, 1939, | Lypmann, F. and TUTTLE，L.。C.， J. Biol. Chem,, 1533571, 1944, Lipmann, F.; J. Biol. Chem,, 155;55, 1944, Korpsguu, H. J.; Jonnson, M. J.) and, Meg, J. S.: J. Biol, Chem,, 154:535, 1944, Urrmr, M. F, and Werngwany> C. His Arch. Biochem., 5. 413,1944, Kapuan: N. O,. and Lypmann>y Fi: Federation Proc., 7:163 1948 Urrer, M. F.; Lypmann, F.; and, \Wereman, C. Her J Biol, Chem,, 158;521, 1945, Strecker,» H, and Woop, H. G.: Federation Proc., 8+257, 1949, Lipmann, F.; J. Biol, Chem,, 160:173, 1945, Lipmanny F.; Advances in Enzymology, 63231, 1946. Nacumansoun,y W, and Macnapo, A. Lis J. Neurophysi- ol.» 63397, 1943, , | Nacumansoun, D. and Joun, H. Mis J. Biol.Chem,., 158, 157, 1945, ; Lippmann» F.and Turrus, L.C.: J. Biol. Chem., 158,505, 1945, | Caog，T C.s Novanuy G. D.s Sraptwan, E. Re; and, Lypmann» F.: Federation. Proc., 9: 1950. STADTMAN» E. R.: Federation Proc., 9: 1950. Lypmann,F.s Kaptan, N. O.; NovELEI G. Di) Turron Llu as and, GurRaRpD> B. M.: J. Biol. Chem., 167: 869, 1947. Lypmanny F. and Kaptan, N. O.: J. Biol. Chem., 162; 743, 1946. NacuMaNnsouNn, D. and Benmany M.: J. Biol. Chem., 165, 551, 1946. | Fguppera, W. and Mann, T.: J. Physiol., 104s 411, 1946, Lypmanny F. and Turrng, L. Cu J. Biol. ‘Cheme, 159: 21, 1945. ) Lypmanny F. and Tortus, LiC.: J. Biol. Ghemi, 161% 415, 1945. Space, J. F.: J. Biol. Chem., 168; 403, 194%. * 180° SSS - C29) C303 C31) C32) C33) C34) C35) C36) C373 C38) C393 C403 C419 C42) C43) C44) C457 C46) C47) C48) Exvurort, W. H.: Biochem.J., 42: 5, 1948. Kapuan> N. O. and Lypwann, F.: J. Biol.. Chem., 174s 37, 1948. Novenur G. D.; KKAPEAN NO and LyPMANN» FE。 J. Biol. Chem., 177: 97, 1949. Staptman, E. R. and Bagger, H. Ae: J. Biol. Chetmes 174: 1039, 1948, RosentHau> S. M.; MILLIOAN，R。C。 and, Taspor> Hes Private communication. Tgaausm, P. C. and Wyunyamug> R. J.: J. Gen. Physiol. 25s 777, 1942. Dorrman, A.; Bergman, S.; and, Koggr, S. A. J. Biol. Chem,., 144; 393, 1942. Hyzuus» G. Ma: Biochem. J., 37s 418, 1943. Novetyr, G. D. and Lypmann, F.: Arch. Biochem., 14: 23, 1947. Ouson, R. E. and Kapuan, N. Ov: J. Biol. Chem., 175: 515, 1948. Noveuur, G. D. and LIPMANN F.s J. Biol. Chem., 171 833, 1947. Novgetir, G. D. and Lypwann, F.: Federation Proc. 7s 177, 1948. : Wernnovuse, S. and Myuurnaton, R. Hes J. Am. Chem. Soce, 69: 3089, 1947. Srurn, T. R. and Oopoa, S.s J. Biol. Chem., 179: 491, 1949, NovaLLI，G.D。 and Lypmann, F.: J. Biol Chem., 182, 213, 1950. Buocn,» Ce: Physiol. Revs, 27% 574, 1947. Gurr, S. and CRANDALL，D。I.，Cold Spring Harbor Sy- mposia on quantitative Biol., 13: 118, 1948. Dovpororr, M.; Barxer,» H. A.; and, Hagssrp» We Ze J. Biol. Chem., 168: 725, 1947. StaptmaNn, E.R. and Barger, H. Aw: J. Biol. -Chem., 180: 1117, 1949. Corr» G. T. and Corny, C. F.: J. Biol. Chem., 151: 57, 1943. Aprran, E. D.: The Physical Background of Perception, Oxford, Clarendon Press, 1947. °181° 四 :尝试 以 化 学 电位 表达 生 牺 利用 能 量 的 公式 S， Fy 李 普 受 2A 25 FH 2 29 Te Hs Ge SE BY OF FE Be 化 学 和 生物 学 的 定义 正在 越 来 越 趋 于 一 致 。; 在 这 种 情况 下 ， 命 名 学 有 时 需要 对 一 些 沿用 的 共同 概念 做 二 些 相互 适应 的 调整 。 细 胞 化 学 是 非常 特殊 的 技术 学 的 一 部 分 ， 这 个 领域 往往 和 纯化 学 相 离 很 远 。 因 此 “高 能 ? 键 这 个 术语 和 符号 一 [59 在 生物 学 上 就 是 指 细胞 代谢 中 的 能 量 单位 。 这 些 RIB 号 被 具有 生物 学 头脑 的 化 学 家 们 广泛 采用 ， 正 说 明 在 细胞 化 学 文献 中 需要 有 这 样 的 表达 方式 ; 同时 在 引伸 及 规范 高 能 键 所 裁 负 的 能 量 的 定义 时 ， 也 引 进 了 基 团 电位 这 个 术语 511， 因 为 采用 电位 量度 来 描述 能 量 代谢 中 的 某 些 时 相 比较 合 适 @ 。 我 常常 感到 ， 假 如 能 使 用 一 个 电极 测量 基 团 单位 ， 我 们 对 细胞 代谢 中 能 量 局 转机 制 的 了 .. © 转载 自 Molecular Biology，D. Nachmansohn,. Ed. Copyright 1960. Academic press, Inc.» New York. @ “我 情愿 用 我 原来 建议 用 的 术 语 即 基 团 电 位 ， Ti A A he UE HE HH HK (Klotz) [2] 建议 采用 的 基 团 转 移 电 位 。 起 初 我 建议 测量 基 团 电位 用 以 表示 一 个 化 学 键 中 可 利用 的 能 量 或 者 形成 一 个 化 学 键 所 需要 的 能 量 。 这 与 水 解 反 应 中 自由 能 的 改变 数量 相等 而 符号 相反 。 现 在 在 这 个 问 题 上 我 改变 看 法 ， 愿 意 遵循 习惯 用 法 ， 并 把 基 团 电位 和 水 解 时 释 出 的 自由 能 的 变化 等 同 起 来 。 我 感到 人 A 古 为 负 值 时 ,实际 上 获得 一 个 正 值 的 涵义 。 因 此 ， 我 毫 不 犹 阶地 来 用 较 高 和 较 低 基 团 电位 的 说 法 ， 它 似乎 意味 着 负 性 多 一 些 或 负 性 少 一 些 。 © 182 。 解 就 会 变 得 容易 一 些 。 璧 如 ATP 的 磷 酰 基 电 位 :或 乙酰 辅酶 A 的 乙酰 基 电 位 ,如 同 测量 氧化 还 原 〈O/R) 电位 那样 。 在 呼吸 和 磷酸 化 的 偶 联 机 制 中 ， 我 们 确实 将 O/R 电 位 和 磷 酰 基 电位 相互 转换 。 而 在 研究 转换 机 制 时 ， 以 电压 量度 表示 磷 酷 onli tae ila 磷 酰 基 电 位 约 等 于 0. 2 伏 是 有 用 的 。 i 3 a fA Te ALTO HSL 关 。 这 一 点 已 经 由 克 雷 布 斯 及 科 Baw (Kornberg) tt 明 5s] ,这 种 相互 转换 对 从 不 同 水 平 O/R 到 基 团 电位 的 转换 的 场所 应 该 有 所 限制 。 一 旦 转换 成 基 团 电位 ;能量 就 偏离 氧化 还 原 阶 梯 的 按 比 例 的 效应 ， 而 产生 一 种 结果 ， 就 其 转换 而 论 我 喜欢 称 之 为 对 不 同 氧化 还 原水 平 的 攀登 。 这 就 可 说 明 一 般 涵义 ， 即 在 大 多 数 情况 下 ， 解 偶 联 剂 是 全 或 无 试剂 ， 在 饱和 浓度 时 ， 将 在 整个 阶梯 中 消去 偶 联 。 这 还 需要 更 彻 底 的 研 Re A a ieee RR Sea Sl nle hee ht 优越 性 。 | ® fit Bh 2:9 wi 8 3-H 下 面 是 一 个 反应 例子 4， 乙酸 +CoASH+DPN -一 > 乙酰 SCoA+DENH ~ BAP RRA, WM, O O 4 t CoA 。9， +>C:;H+DPN’* =—CoA°S- 5 Woe CH, 因此 看 来 引进 的 基 团 供给 栈 基 以 基 团 电位 、 给 出 氢 离 子 ， 氢 作为 一 个 单 位 转移 给 DPN。 这 是 我 们 从 维尼 斯 伦 德 (Vennesland) 及 韦 斯 特 海 默 (Westheimer) 的 工作 中 知道 的 [5]。 我 认为 此 式 表 示 在 偶 联 机 制 中 ， 从 “和 解 离 作用 ”中 和 街 生 — «WoT Cacylium) 来 ， O O 4 4 RC~—— RC? ++ ee ¢ HO | 也 外 三 了 来 自 双 电子 转移 的 乙醇、 磅 酰 或 其 他 基 团 电位 的 衍生 作用 。 “183 « 我 曾 打算 用 电压 量度 来 表示 全 部 的 基 团 电 位 @ ,现在 我 仍然 认为 在 生物 学 家 的 头脑 里 ， 很 如 采用 这 一 量度 方法 ， 对 于 细胞 代谢 所 有 时 相 里 占 优势 能 位 的 基 团 电位 的 作用 ， 将 会 更 加 易于 理解 。 但 是 因为 它 是 一 个 虚构 的 量度 单位 没有 实验 的 等 量 物 ， 所 以 保留 “ 卡 ” 的 量度 单位 看 来 较为 明智 。 细 胞 能 位 常常 是 一 个 基 团 电位 ,. 在 被 利用 药 时 候 ， 一 般 从 磷 酰 基 ， 电位 衍生 而 来 。 Wapieceineantinog 训 解 细胞 的 能 量 。 ATP 磷 酰基 电位 的 某 些 特性 - 反应 电极 不 能 利用 使 人 感到 迟 惜 ， 其 中 一 个 突出 的 原因 是 目前 在 测量 基 团 电 位 上 有 困难 。 根 据 定义 ， 一 个 基 团 电位 是 对 某 种 结合 中 的 一 个 基 困 的 活化 程度 的 量度 ;以 区 别 于 我 们 称 作 基态 或 游离 的 化 合 物 。 在 我 们 这 个 特殊 的 例子 中 ， 指 无 机 磷酸 〈P) 。 基 团 活化 的 量度 可 以 从 它 向 基态 的 转 | 作 认 求 出 ， 在 我 们 的 例子 中 ， 即 ATP 末 端的 磷酸 通过 水 解 转化 成 无 机 磷酸 。 当 然 基 困 电 位 愈 高 ， 水 解 过 程 中 杰 出 的 能 量 就 愈 多， 或 者 在 脱水 逆反 应 中 所 需 的 能 量 也 意 多 LANA 用 的 基 团 电位 的 数值 几乎 都 从 测量 水 解 和 脱水 的 化 学 平衡 中 得 来 ， 即 水 解 常数 。 而 标准 自由 能 则 从 水 解 常数 求 得 ; AF°=-RT x|nK; Ks oe E> FEAR ONE PRA? ， 下 列 推导 将 包括 这 种 情况 中 - @©@ 这 里 的 许多 论点 都 是 狄 克 逊 (Dixon) 在 他 的 出 色 的 小 朵 子 《 多 酶 系统 》[7 中 提出 的 。 我 感到 对 他 的 讨论 未 能 引起 太 多 的 午 ' 视 ， 部 分 地 是 由 于 他 所 建议 的 磷 酰 基 的 量度 方法 不 方便 ， 是 从 f 也 量度 借用 过 来 的 。 这 仿 量 一 度 曾 被 门 斯 费 尔 德 * 克 拉克 (Mansfield Clark) 试用 it, BRERRWTAT. e 184° 最 重 蓝 的 方面 。 aes Sent img 并 #230 CH Fs AF = F °-1400 log cCATP) a Sa log CPJ ; E K* (H*} 我 发 现下 述 事 SRAM, (hi RA, CIP Aza ANN B 视 。 这 就 是 系统 中 可 能 衍生 出 的 能 量 主要 取决 于 ATE/ ADP EH , BR 酰 化 一 一 去 磷 酰 化 商 值 ; 正如 O/R 电 hk FO/RE Ar BUR FT Beh : 样 。 图 刁 中 的 曲线 1og S32 最 示 了 典型 的 点 形 1 放生 yd He se RA HE 性 质 ， 中 点 为 标准 ， BRAFIN TTR, MMR (2) MOOT itp, AS BAURALNGS 6 mesteesase lug MABD/A TP i WA lune Pitta eS BiR tees 人 二 加 Cr 物 的 量 相等 。 这 条 曲线 可 以 看 作 是 用 一 个 磷 酰 基 电 位 远 高 于 ATP/ADP EK) BR Rit AM ADP HALE RHR, (te Se ee He HE, BAX REHRNPABAWATP/ADP KR HN 7) 185°¢ 烷 准 电位 。 十 分 明显 ， 这 里 对 磷 酰 化 系统 的 描述 也 将 适用 于 乙酰 化 系统 或 任何 其 他 类 似 的 系统 。 图 1 中 可 见 ATP/ADP 比 率 为 1:100 及 100:1 时 的 差 别 有 5. 4 千 卡 之 多 。 恒 态 下 的 正常 细胞 里 ， 磷 酸 键 的 生成 及 其 利用 间 的 良好 平衡 用 ATP/ADP 接 近 工 的 恒定 比率 表示 出 来 "53。 换 名 话说， 磷酸 基 电 位 被 很 好 地 “缓冲 保护 ” 着 ;- 另 一 方面 ， 在 许多 系统 中 我 们 还 需要 均匀 地 供给 磷 酰 基 以 推动 合成 反应 。 在 生物 合成 反应 的 研究 中 有 一 个 共同 的 经 验 ， 即 催化 量 的 ATP 与 供给 大 量 高 电位 的 磷 酰 基 供 体 合 用 要 比 只 有 ATP 时 好 得 多 。 其 原因 之 一 是 ATP7ADP 比率 及 磷 醚 基 电 位 在 馈 人 系统 存在 时 均匀 地 保持 在 较 高 的 水 平 上 。 若是 ATP 被 利用 并 进行 性 地 转变 成 ADP， 使 得 磷 酰 BA 持续 地 下 降 ,… 被 利用 时 的 梯度 将 要 陡 得 多 。 FA eR Ee FE ET ER ERIK, BEE IR RE 时 ， 都 需要 更 多 的 能 量 去 活化 磷 酰 基 ， 每 个 对 数 浓度 单位 多 消耗 热量 1.4 千 卡 〈30"2) 。 细 胞 内 磷酸 酯 浓度 在 107 一 10-s 摩 尔 / 升 数量 级 内 ， 增 加 ATP 的 A 玉 " 约 2. 8 一 4. 2 千 卡 。- 磷酸 酯 对 磷 酰 基 电 位 的 浓度 效应 在 氧化 磷 酰 化 及 糖 酵 解 过 程 中 必定 很 显著 因为 P 是 这 个 系统 中 的 一 个 组 成 部 分 。 但 是 ， 磷 酸 在 两 个 磷 酰 化 衍生 物 之 间 转 移 时 ， 它 就 抵消 了 。 MA CAlberty) SOIMAT PKR AF Xt pHa RRERT ERM, ASS m FPO eee 当 ATP7kf#it, ATP Hip K.6. 538 HE BH MpK,6.8, 出 现 两 个 酸 的 函数 ， 相 当 于 ADP 末 端 pK:6.3 及 无 机 磷酸 p 天 :11.8， 后 者 在 生理 学 上 可 以 忽略 不 计 。 这 些 都 十 分 接近 生 p 开 平均 值 为 6. 5 的 酸 的 函数 ， 并 引入 方程 式 (2) 的 最 末 项 申 。 图 2 经 计算 表明 了 p 互 的 依赖 性 。 > #EpH7.5, 磷酸 酯 浓度 1072z 摩 尔 / 升 时 ， wea es 位 的 . e186: e a “10234 5 6 T 8 9 40 M1 ss aN aa pi | | _ 图 2。 ATP 水 解 反应 自由 能 对 pH 的 依赖 性 。 RMB MK 26.8, HBR C2) 的 最 来 项 | 进行 计算 。 pa AFH 9- -11 千 卡 ， 约 比 ATP/ADP 系 统 的 标准 电位 大 恒生 卡 ， 最 新 的 计算 表明 ATP/ADP 的 电位 的 为 -7 二 C1 ic aI i> 4 Baw ee “Mepis i EMR Oa caer 化 例子 中 表明 得 很 清楚 。 几 乎 每 天 我 们 都 会 感到 这 个 能 量 供 体 揭 多 样 功能 给 我 们 带 来 的 方便 。 因 为 细胞 的 酶 装置 和 了 它 就 明显 地 容 盟 把 磷 酰 基 转 化 成 其 他 基 团 电位 ， 从 而 进行 基 辆 e 1T87。 活化 。 如 果 用 一 个 羧 鼓 离子 频繁 的 活化 作用 作为 例证 ， 就 会 很 容易 认识 这 种 活化 过 程 的 基本 特性 。 通 过 高 能 磷酸 酯 而 进 行 的 能 量 转化 涉及 二 磷酸 酸 本 中 的 PE.O 汪 转 化 成 羧 酸 - 磷酸 混合 酸 本 的 C.O_P 同 时 ，ATP 的 高 磷 酰 基 电 位 转化 成 乙酰 磷 酰 化 物 的 同样 高 的 磷 酰 基 电 位 。 然 而 ， 首 先是 由 于 磷 酰 基 电位 “转化 ”成 酰基 电位 使 能 量 复位 ， 才 能 使 能 量 的 转化 真 正 有 用 。 把 能 量 的 初步 定位 用 符号 〈~) 表示 ， 那 么 引起 羧基 活 化 的 第 一 个 酶 促 反应 步骤 的 特点 就 是 从 EO~ 了 经 酶 催化 到 CO~ 了 的 能 量 转 化 。 然 而 为 了 使 这 种 转化 有 用 处 ， 混 合 酸 酬 就 必须 作为 活化 的 酰基 参与 反应 ， 要 不 然 CO~ 了 就 必须 变 成 CO 一 人 。 由 于 从 转 磷 酰 反应 的 催化 剂 变 成 转 酰基 的 催 化 剂 ， 使 分 子 能 量 重 点 产生 了 位 移 。 这 可 能 是 两 个 不 同 的 酶 ， 或 者 是 同一 个 酶 蛋白 上 有 两 个 不 同 催化 部 位 。 为 了 强调 这 一 点 ， 我 将 举 已 经 解释 清楚 了 的 微生物 乙酸 活 化 过 程 为 例 。 此 活化 过 程 中 转 磷 酰 反应 和 转 酰 基 反 应 是 分 离 的 ， 每 个 都 有 一 个 单独 的 酶 在 起 作用 。 第 一 步 被 一 个 激酶 所 催化 ， 使 ATPE 末 端 磷 酰 基 转 移 !32 121。 此 激酶 催化 下 面 的 可 逆反 Ws | 乙酸 + BRE~ADP er RR~CB+ADP (3) XY IX PRB RVARBRKE- MEN EHO. ADP 现 在 的 末端 磷酸 ， 即 磷 酰 基 原 来 的 邻 层 ， 失 去 了 能 量 通路 ， 而 且 通 过 新 产生 的 CO~P， 乙 酸 变 成 了 磷 酰 基 的 新 邻居 和 未 来 的 电位 接受 分 子 ， 但 在 磷酸 转移 酶 系统 中 它 还 不 ” 是 实际 上 的 电位 接受 分 子 。 当 有 乙酰 基 转 移 反应 催化 剂 513) 时 ， 将 催化 如 下 反应 ， | 乙酰 一 磷酸 +CoA3S 世 一 乙酰 ~SCoA + 磷酸 (4) 乙酰 基 的 电位 变 得 可 以 交换 了 。 乙 酰基 转移 酶 作用 在 C~ OP: °.188 « 键 ， 并 促进 乙酰 磷酸 及 还 原型 辅酶 A CCoASH) 间 的 乙酰 基 转 移 ， 从 而 获得 乙酰 基 电 位 。 在 此 第 二 步 反 应 中 ， 完 成 了 能 量 的 转移 ， 也 完成 了 磷 酰 基 向 酰基 电位 的 转变 。 综合 上 述 情况 ， 在 一 系列 活化 及 转移 反应 中 将 要 引进 的 基 团 明显 地 变 了 性 质 , 即 由 被 动 转 为 主动 ,或 者 说 由 底 物 变 成 了 试剂 。 在 我 们 的 例子 中 , 第 一 步 , 乙酸 是 底 物 和 能 量 受 体 , 而 ATP 的 磷 酰 基 是 试剂 和 能 量 供 体 。 第 二 步 , 第 一 步 中 的 磷酸 乙 酸 变 成 了 试剂 乙酰 磷酸 。 总 的 效应 是 乙酸 转变 成 活化 乙酸 。 到 此 ， 我 们 详 述 了 一 种 生物 学 能 量 转移 过 程 ， 使 用 了 ~ 这 样 一 个 不 确切 的 符号 来 表示 最 初 的 能 量 位 置 。 如 英 戈 尔 德 Cingold) 所 述 5C!4， 看 来 ， 乙 酸 或 类 似 的 酸 栈 溶 于 含有 硫酸 的 无 水 溶剂 中 时 所 发 生 的 普通 反应 ， 可 以 给 此 类 基 团 活 化 的 化 学 含义 提供 一 个 更 加 精确 的 定义 。 电 导 测 定 显 示 ， 酸 本 与 硫酸 二 起 溶 于 溶剂 时 ， 生 成 完全 离子 化 的 酰 备 硫酸 氢 栈 (acylium monosulfate) (15 及 有 机 酸 ， Det ne O O ER at R-C-O-C-R+HSO, 一 RC++HSOT +R-C-OH (5) 这 种 含 酰 欠 离 子 Cacylium ion) 的 溶液 ， 是 一 种 非常 强 的 酰 化 剂 ， 由 此 可 将 一 个 酸 本 以 酰 委 酰 酯 (acylium acylate) 的 形式 表述 为 O O t t RCtee-OCR (6) 于 是 ， 我 们 提议 用 乙酸 酯 与 ATP 末 端 磷 酰 洛 离 子 的 反应 来 表述 乙酸 酯 向 乙酰 人 的 转化 ， 即 乙酸 的 活化 ; O O 个 个 O_O CH,CO-+P+.…-OPOPO . 腺 昔 peg ~ O- O- 189° O O 人 人 O_O 二 < 人 CH CO-…rPO-+OPOPO . Ra (7) O- O=-O- . 和 这 时 混合 酸 本 围绕 中 心 氧 原子 摆动: O O 个 O i) O | alk CH ,CO-+«+PO-=CH,Ct+--OPO- : (8) O- O- : ) ELIAS ES AG HY 1 2) FDL BEES GE A TESA RE EE fl, THULE RUE URALANBABEEAM. aT ZAR, BUR ye MDA AA eo IE RE BA, (EUR A BOE PEARL BS (2 RR IE 平定 义 是 很 吸引 大 的 事 ， 这 对 一 个 带 部 分 正 电荷 或 划 有 潜在 离子 化 倾向 的 基 团 电位 作 了 更 确切 的 氢 述 ) 在 活化 和 转移 这 BR, AREER ORE ETE tM Beets HOSE HDL De EAR PES HIT FA ch REA PES 我 们 认为 ， 磷 酰 给 转移 的 活化 反应 的 实质 ， 二 般 地 说 ， 是 具有 电位 的 酰基 侈 的 生成 。 如 果 把 带 正 电 荷 的 酰基 wR 腾 酰 纵 看 作 反 应 物 ， 那 么 反应 类 型 将 是 亲 电 子 型 鹊 ,: 而 不 是 往常 认为 的 那样 是 亲 核 型 的 。 不管 怎样 % 必须 把 这 种 反应 描述 为 一 种 推 - 拉 反 应 ， 因 为 总 有 酶 催化 剂 参 与 这 种 反应 5 对 】 供 体 分 子 直接 施加 强大 的 力量 ， 或 者 更 明确 地 说 施加 电子 拉 是 力 。 aa) 8 ATP FEM Ae RA BY DX PERS ATA 更 清晰 的 理解 ， 但 对 AT 人 参与 了 第 一 步 以 后 所 发 生 RM 我 们 还 很 不 清楚 ， 而 这 对 使 确 栈 基 电 位 转化 成 涛 透 功 和 机 械 © 390 ‘ 下 功 是 非常 需要 的 。 然 而 ， 最 近 关于 具有 类 似 生物 合成 机 制 的 嗣 祁 收缩 的 描述 给 大 以 希望 ， 具 体 地 说 就 是 磅 酰 络 畦 移 到 收 缩 蛋 白 上 5181。 近 来 利 维 (Leyy) 和 科 什 兰 (Koshland) 73 的 关于 ATP 与 肌 球 蛋白 反应 后 接着 发 生 了 磷 酰 基 与 永 分 子 48O0 的 交换 实验 ,， 是 这 二 描述 的 第 一 个 令 人 鼓舞 的 实验 证 ” 据 . 租 情况 并 和 不 简单 ， 因 为 许多 试图 显示 在 收缩 蛋白 与 ATP ” 刀 发 生 磷 酰 基 交 换 的 实验 都 失败 了 。 在 渗透 功 的 研究 中 ， 试 图 证 明 与 磷 酰 “转移 灿 制 有 联系 ORME. OLA AROS CRS BE RAD 浓度 效 应 的 破坏 作用 中 看 到 一 点 这 种 联系 的 可 能 。 关 于 渗透 功 与 ATP 磷 栈 基 电 位 的 偶 联 ， 任 何 轻 易 作出 的 化 学 解释 至 今 都 不 能 令 人 满意 ， 需 要 找到 新 的 办 法 。 但 是 ， 尽 管 能 量 传递 的 连续 性 没有 找到 ， 而 最 初 的 能 量 从 ATP 磷 酰 基 释 出 几乎 是 肯定 的 。 只 要 能 更 好 地 了 解 这 个 能 量 ， 最 终 就 会 为 解决 目前 这 个 看 来 是 棘手 的 问题 铺 平 道路 。 参考 X 献 C1) Lipmann，EF.4dvances in Enzymol.1, 99 (1941) . C2) Klotz,I,.M, “Some Principles of Energetics in Biochemical Rea- ctions,” Academic Press, New York, 1957, [8] Lipmann, F.Jn “Currents of Biochemical Research” (D.E, Gre- en, ed.) , p.137, Interscience, New York, 1946, [4] Burton, R.M., and Stadtman, E, R. J. Biol. Chem, 202, 873 (1953) 。 C65) Vennesland, B,, and Westheimer, F, H, Jn “The Mechanism of Enzyme Action, ” p.357.Johns Hopkins Press, Baltimore, Mary- land, 1954, (6) Krebs, H.A., and Kornberg, H. L. “Energy Transformations in Living Matter.” Springer, Berlin, 1957, (7) Dixon, M, “Multi-Enzyme Systems.” Cambridge Univ, Press, London and New York, 1949, (8) Lynen, F., Hartmann, G,., Netter, K, F,, and Schuegraf, A, Ciba Foundation Symposium, Regulation Cell Metabolism, 191 。 C93 (10) C11) (12) (13) (14) C153 (16) C173 d.256 (1959) . Alberty, R.A.» Smith, R.M., and Bloch, R, M.J. Biol. Chem. 193, 425 (1951) . Morales, M.F., Botts, J,, Blum, J.J., and Hill, T. L. —_ siol, Revs.35, 475 (1955) . Lipmann, F, Advances in Enzymol.6, 231 (1946) 。 Rose, I, A,Jn “Methods in Enzymology” (S.P.Colowick and N™ O.Kaplan, eds.) , Vol. 1, p.591.Academic Press, New York, 1955. Stadtman, E.R.,Novelli,G.D,., and Lipmana,F.J.Biol, Chem: 191, 365 (1951). Ingold, C. K. “Structure and Mechanism in Organic Chemi-+ stry, ” p.296.Cornell Univ.Press, Ithaca, New York, 1953, Gillespie, R.J.J.Chem,Soc.p.2997 (1950) . Weber, H. H,. “The Motility of Muscle and Cells, ” Harvard Univ.Press, Cambridge, Massachusetts, 1958, Levy, H. M., Kosktand, D, E., Jr, J, Biol, Chem, 234, 1102 (1959) 。 ©192° 市 、 分 子 技术 学 纽约 州 纽约 市 洛克 菲 勤 大 学 我 愿意 从 我 开始 从 事 生物 化 学 工作 的 时 候 说 起 。 那 时 人 们 对 细胞 结构 有 许多 概念 模糊 的 议论 。 瓦 尔 堡 :7” 在 其 早年 关于 呼吸 作用 的 研究 中 提出 一 个 预言 性 的 假说 ， 认 为 呼吸 发 生 在 胞 浆 和 细胞 颗粒 之 间 的 界面 上 。 在 殉 雷 布 斯 和 亭 斯 莱特 (Henseleit) “9 关于 脲 素 循环 的 经 典 性 的 论文 里 ， 有 一 自 关于 生物 合成 和 结构 关系 的 论述 。 他 们 发 现 肝 提 取 物 实际 上 是 无 活性 的 ， 因 此 作出 结论 ， 生 物 合成 一 定 与 细胞 结构 相 联 系 。 这 种 细胞 结构 就 是 线粒体 ， 不 人 参与 腺 素 的 合成 。 当 人 们 开始 了 解 能 量 的 供给 可 以 用 ATP 代 替 线 粒 体 时 ,这 个 〈 脲 素 ) 循环 就 可 以 解析 成 一 些 能 被 可 溶性 酶 :催化 的 反应 序列 。 把 这 些 酶 放 在 一 起 ， 又 可 以 获得 整个 反应 。 最 近 ， 在 全 力 研 究 多 种 酶 的 匀 浆 化 和 提取 ， 结 晶 及 特性 鉴定 之 后 ， 这 些 长 的 反应 序列 多 已 解决 。 从 历史 的 角度 上 说 ， 最 重要 的 是 从 酵母 中 提取 了 酒精 发 酵 的 酶 ， 以 及 从 肌肉 中 提取 糖 酵 解 的 酶 。 我 想 可 以 说 酵母 和 肌肉 的 提取 物 基 本 上 @ _ 转载 自 Organizaftional Biosythesis,H,I Vogel,J.O.Lampen, and V。Bryson，Eds. Copyright 1967, Academic Press, Inc,, New York, Ht ° 193 « \ 是 均匀 的 系统 了 ， 但 令 人 惊讶 的 是 这 些 散 任意 碰撞 就 可 以 找 到 自己 的 底 物 ， 互 相 完成 极为 迅速 的 总 体 反 应 。 然 而 ， 近 年 来 对 过 分 的 匀 浆 化 处 理 愈 来 愈 不 满意 ， 应 该 认识 到 总 要 有 一 个 极限 。 越 膜 运转 、 多 种 大 分 子 的 合成 以 及 复杂 的 生物 合成 途径 都 不 是 随机 的 过 程 ， 而 必须 依赖 于 细胞 结构 。 近 来 用 多 种 不 同 的 词汇 来 表示 这 种 结构 。 在 这 里 插 人 一 般 简 短 的 广 解 或 许 会 对 读者 有 所 帮助 〈 表 1 ) 。 表 1 与 结构 有 关 HN A 随 - 机 的 ue i 的 ， 均匀 的 : 不 均 杀 的 各 向 同性 的 各 向 异性 的 ， 极 性 的 无 向 量 的 向 量 的 解释 一 下 我 想 说 明 的 一 点 :有 相当 一 委 时 间 ) REAR IRS), 要 了 解 氧 化 及 磷酸 化 的 偶 联 ， 对 线粒体 结构 的 进一步 细 分 有 助 于 对 其 中 间 反 应 过 程 的 理解 , 但 所 知 仍然 有 限 。 要 把 这 些 部 分 的 反应 组 成 一 个 整体 ， 重 要 的 是 要 这 识 到 由 乎 这 | 个 系 绕 的 各 向 异性 (anisotropic) 性 质 , 它 其 能 耐 受 有 有限 的 - 破坏 司 "3 其 技术 操作 取决 于 特别 排列 的 大 分 也 部 B. | | CERES Gi. RE BSH RB AD Ae 中 看 到 许多 工业 广告 里 有 “微型 化 > 和 “ 超 微 型 化 2 wi 汇 。 这 表明 人 工 技术 学 和 活 细胞 的 分 子 技 术 学 有 汇合 的 趋 势 。 工 程 师 们 意识 到 估 们 还 远 不 能 制造 一 个 像 人 脑 那 桩 精密 的 计算 机 ， 但 他 们 有 和 希望 做 到 这 点 ， 值 得 羡 募 。 通 过 不 时 地 e194。 阅读 他 们 的 杂志 ， 我 看 到 他 们 把 机 器 压缩 得 愈 来 愈 小 。 我 想 举 一 个 例子 说 明 他 们 的 开端 是 缓慢 的 。 近 代 在 电子 学 里 发 明 了 一 种 面积 很 小 的 印刷 线路 ， REP IE SS: 如 图 1 所 示 。 这 就 是 我 想到 的 近似 于 分 子 技术 学 水 平 的 第 一 步 。 和 但 在 类 工 制造 和 第 物体 技术 学 之 闻 仍 存在 着 巨大 的 鸿沟 。 这 种 微型 和 化 距离 埃 ( 有 入 ) 的 度量 还 很 远 ， 还 只 处 在 毫米 水 平 。 工程 师 们 开始 认识 到 形成 这 种 鸿沟 的 原因 之 一 是 他 们 用 五 金 器 具 工 作 ， 而 机 体 则 在 含水 系统 中 工作 。 TA A ri bit 和 干系 统 和 湿 系 统 之 间 的 差别 在 于 后 者 专门 从 事 于 无 限 微型 化 过 程 。 RAAT LK, REALTEK. ME MR, :细胞 内 结构 即 非 均一 性 反应 系统 的 中 心 ， 可 以 分 为 两 头 类 :一 种 是 脂 质 和 蛋白质 融合 在 一 起 形成 的 膜 样 结构 ， 另 一 种 是 主要 由 看 白质 组 成 的 结构 。 后 者 包括 核 蛋 白 如 核糖 体 5:0- 及 染色 体 ) 、 与 核糖 体 大 小 相似 的 蛋白 颗粒 如 脂肪 酸 合 成 的 多 酶 系统 5 ) 和 o-.- 酮 酸 氧化 的 多 酶 系统 5131。 我 想 集中 举 一 些 膜 类 型 的 例子 ， 因 为 我 们 对 这 种 结构 已 经 有 了 相当 清楚 的 直观 的 资料 。 这 结构 的 大 小 恰好 在 电镜 分 辩 率 以 Ay 和 而 正 是 电镜 使 我 们 了 解 到 这 些 结构 是 如 何在 起 作用 的 ， 把 为 我 们 借 电镜 看 见 了 它们 。 租 对 一 些小 的 颗粒 如 核糖 体 ， 这 一 点 却 还 不 容易 做 到 。 这 也 就 是 为 什么 我 们 未 能 先 从 结构 的 角度 对 其 功能 做 出 解释 的 兰 因 。 首 先 请 看 一 张 脂 蛋白 媒 的 ceiT95.。 fhe POR BA ASS ROY 8 TLL aN OOOO ase, mxommemen FoRRGR ODE HN ae ON 须 分 清 膜 内 侧 《 下 ) 和 膜 外 侧 人 | a fil 外 衣 及 其 中 间 的 部 分 ， 都 具有 图 2 在 线粒体 膜 中 两 个 磷脂 双 各自 的 特殊 功能 ， 这 种 差别 产 分 子 层 和 蛋白 层 的 交错 图 [5]。 AT BRAY ARE 我 想 说 一 个 具体 的 例子 。 对 曾经 在 我 的 实验 室 工作 过 的 江 桥 〈Ebashi) 5s) 博 士 所 研究 的 骨骼 肌 松弛 因子 作 一 个 分 Hi. MTA AULA, BRE mk Lee FEM. FA MM KSI. 家 蝇 飞 翔 肌 的 电镜 照片 〈 图 8 ) 。 可 以 看 到 收缩 纤维 以 及 靠近 它 的 向 肌肉 供给 © 能 量 的 肌 粒 (sarcosomes) ,只 能 看 到 在 这 些 线粒体 内 的 模 精 不 清 的 结构 ， 但 现在 这 个 问题 已 得 到 较 好 解决 。 沿 着 收缩 纤 维 有 帕 拉 德 (Paladé) “5181 内 质 网 〈ER)， 这 是 一 个 管状 物 下 形成 的 网 状 结构 ， 不 过 在 此 图 中 看 不 出 来 。 基 利 (Kielley) — 和 迈 耶 堆 夫 c8] 首 先 用 超速 离心 方法 分 离 出 了 ER 部 分 ,发现 它 “ 含有 一 个 Mg++-ATP 酶 ， 鉴 别 为 是 一 种 脂 蛋白 。 江 桥 c] 后 来 发 现 这 个 部 分 含有 松弛 因 于， 伴随 有 一 个 与 ATE 有 关 的 钾 浓 编 交 应。 他 将 这 个 因子 悬浮 在 含 ARHESOSS © 196 © &: 图 8 家 蝇 飞 翔 肌 的 电子 显微镜 照片。 图 4 含 浓 缩 Cat* 并 具有 松弛 活性 的 家 兔 肌肉 部 分 底层 的 电 $03), Vi, Vay Vs，Vs 表 示 小 泡 不 同 的 切面 。 | mH, Rises 发 现 钙 几 乎 全 部 浓缩 在 沉淀 中 。 将 沉淀 ARO, DW, I 4 03, RUAELB, LHERBWIRA—17 PURI AMR, ME RERAMANG oS, RIFE 面 的 研究 ， 因 为 它 的 内 含 物 都 封 在 里 面 了 。 图 4 中 看 到 的 是 小 泡 的 剖面 。 有 有 时 可 以 看 到 双 层 的 膜 ， 反 晓 了 图 2 中 的 结 构 。 这 种 小 渔 汪 液 的 嘴 能 好 像 一 个 知 泵 ， 因 此 它 需 要 有 完整 KZ; FABRIS ee, Cat Hele fe 用 和 松弛 效应 都 消失 了 。 汪 桥 最 初 的 兴趣 是 研究 肌肉 收缩 后 引起 百分率 %% ZF AER SA A Rts BY ie ne Pa 能 是 直 于 向 的 去 除 。 他 到 me ”我 的 实验 室 来 的 目的 是 要 \ 研究 Ca+* 浓 度 和 ATP 7k ATP 水 解 反 应 NA 5 可 以 看 到 移 脱 氧 胆 酸 钠 ABE, PSST AeEHMIBAT. Ait lOO@ 经 电镜 观察 ? ”发现 像 图 4 中 指 那 些小 竹 结构 不 见 [ 了 ， 抽 留 下 一 个 均匀 的 纤 维 层 。 另 一 方面 ， 有 意义 的 是 在 Car+ 固 定 作 用 消 A ene AGA, ATP WS AY FE pico '% EWES, BUATUA eR BERT RER: EIR /毫升 ) dither hg 图 5 BAER pe «=| 味 着 ATP 从 功能 连接 上 Cat? Heat ATP Aer MW, ” 解 价 联 了 ， 因 此 其 水 解 加 快 。 最 后 采用 更 高 浓度 的 脱氧 胆 酸 钠 时 ATP HEHE * 198。 一 r-- cor mare BERR ORB i Tne | PER — TRA A RASA, TRIN FA Se Bh 斯 - 莫 > ¢Fernandez-Moran) SA °4- Prien. ore Bl AL ARIES AAS —-} PS BS ey KS He ACA 6) 来 说 明 Go RED BA TOF RNA AW SIR RR, 后 来 发 现 这 个 结构 就 是 拉克 厄 (Racker) 因 于 之 一 019 20]， Bp 图 6 #2 hehe ws ewee eel), EPR RM 傣 线 粒 体 分 离 出 来 的 太 TP 酶 。 更 确切 地 说， 就 是 米奇 隶 (Mitchell) 习 亿 用 化 学 咨 透 学 说 解释 氧化 磷酸 化 作用 中 的 每 向 噶 性 可 逆 性 ATP 酶 。 这 里 , 氧化 磷酸 化 与 电荷 分 离 有 es 199。 4H > a 4H+ 氧化 酶 系统 Op +2H20 40H’ AT 呼吸 导致 电荷 分 离 的 模式 图 。 电 子 穿 越 各 向 异性 膜 [12， 人 参见 15] 。 关 ， 呼 吸 作 用 因而 可 产生 一 个 燃料 室 样 的 电位 梯度 。 伦 德 加 德 (Lundegardh) (12) 首先 对 于 呼吸 作用 提出 一 个 类 似 的 解 释 ， 如 图 7 所 示人 参 见 文献 [15]) ， 电 子 可 以 自由 地 越 膜 ， 但 氢 离 子 及 氢 氧 离子 被 隔 在 膜 的 两 侧 。 通 过 这 二 装置 ， 把 氧化 还 原 电 位 转化 成 基 团 电位 ， 最 后 转 成 磷 酰 基 电 位 ， 呼 吸 作用 产生 的 能 量 就 可 以 被 利用 了 [414]。 下 面 几 张 图 是 作 为 解释 在 能 量 转化 中 结构 的 作用 例子 。 图 8 是 我 以 前 画 的 一 张 AN RAR Ce, 图 中 把 交叉 的 电子 流 和 基 团 的 活化 偶 联 起 来 ， 并 认为 它 必 定 是 可 逆反 应 。 要 是 反 过 来 起 作用 ， 如 上 面 所 讨论 过 的 那样 ， 人 们 可 看 到 一 P 驱 动 Ca+* 的 浓缩 泵 。 线 粒 体 最 氢 供 体 2e 磷酸 接受 体 ~P a” AS 偶 联 示意 图 重要 的 功能 就 会 是 将 电子 流转 化 为 基 团 电位 。 米 奇 尔 关 于 此 点 独 出 心 裁 的 解释 显示 于 图 9， 它 启发 了 许多 人 的 想象 力 。 米奇 尔 5!4 的 这 一 张 图 可 以 说 是 第 一 个 进展 -在 偶 联 机 制 的 * 200 研究 中 是 一 个 值得 欢迎 的 新 转 ， ii, 现在 已 经 很 好 地 被 实验 证 ft KT, 我 们 可 忆 从 图 的 和 上 半 部 分 认 出 燃料 库 。 下 半 部 世代 ERT “A” 图 10 所 示 ， 从 无 机 磷酸 上 拉 这 2H < 7 | 2ADP+P) 来 一 个 羟基 (或许 还 通过 一 个 wt H ria) 与 磷酸 化 反应 | 站 Arp 偶 联 起 来 中 。 最 后 ， 在 转运 蛋白 质 的 例 。 图 8 ， 米奇 尔 的 呼吸 电荷 分 离 与 子 里 ， 我 想 回 到 膜 的 极 化 问题 磁 酸 化 结合 的 示意 图 5 和 。 上 来 。 许 多 机 体 都 制造 “出 口 ” 用 的 蛋白质。 例如 胰腺 制 造 许 多 酶 进入 肠 腔 。 盏 德 曼 (Redman) 等 0:s] 研 究 胰腺 演 HMA, .发 现 它 会 被 直接 合成 进入 分 认 管 。 最 近 萨 巴 蒂 尼 Sabatini) 等 25 研究 了 一 个 类 似 的 现象 A IED w 血浆 蛋白 的 作用 。 彼 得 vgs \ ec HE \ 外 侧 斯 Liz 早期 的 工作 认 ADP-0' ”为 ， 主 要 在 肝脏 中 合成 cy ont oO pon Hs 被 广泛 详尽 研究 heal a a2 过 5 的 白 蛋 白 经 过 管 None 道 进入 ER 这 个 转运 机 fal BEALS 8) 分 析 清楚 了 ， 他 们 在 电 图 10 ”米奇 尔 示意 图 (图 9 ) Fee BE PARRA AA, 的 放大 。 发 现 如 下 的 情况 (图 QD 最 近 的 研究 结果 ,特别 是 沃 特 纳 布 (Watanabe) 和 布 罗 i (Brodie) (48) 的 工作 ， 才 明 有 可 能 酚 基 狗 活化 成 一 个 酚 销 〈Phenolium) ， 而 后 再 与 无 机 磷酸 相互 作用 。 *201¢ ID, 可 以 看 到 管道 噶 的 双 层 结构 ， 竺 面 附 有 许多 核糖 体 。 这 些 核糖 体 的 定 -向 很 重要 ，; 往 往 是 夫 揭 亚 基 连 在 膜 士 ， 而 这 厅 部 位 FF C25), ATRARRBRD DHA, BRS 蒂 尼 5 经 2 用 味 叭 霉 素 试 验 —) FAW SKEET DI ZEAL) i eR iv. © 出来 。 换 名 话说; See 2 看 一 看 蛋白 质 是 否 果 下 长 图 11 乓 细 肥 中 损 带 附着 核 业 体 的 内 “ 从 管道 :他们 采用 舍 有 由 shinspsaeesetel fu RHANSRA RWS Me nrsmaemcre ces AERA, 这 些小 | 体 的 较 大 部 分 与 其 上 端的 较 小 部 分 之 泡 ， 即 封闭 的 ER 片段 与 闻 的 连接 。 图 4 所 示 的 类 似 ， 但 带 有 核糖 体 。 这 些小 泡 就 是 我 们 通常 所 谓 的 微粒 体 。 当 微粒 体 悬 液 与 放射 性 氨基 酸 共 同 旷 温 合成 新 的 肽 链 以 后 ， 加 入 味 叭 老 素 使 之 释放 ,发 现 新 生 肽 链 并 不 释放 到 上 清 液 里 ， 而 仍然 被 包 在 微粒 体 小 泡 中 。 这 说 明 肽 链 的 生长 极 化 了 ， 并 直接 伸 向 管内 。 我 们 实验 室 的 盖 诺 扎 博士 和 威廉 斯 博士 用 肝 微 粒 体 部 分 做 过 许多 血浆 蛋白 的 合成 工作 5s)。 他 们 利用 免疫 电 泳 技 术 发 现 微粒 体 部 分 上 保留 着 各 种 血浆 蛋白 。 在 预 实 验 里 ， 李 们 又 利用 免疫 电泳 方法 ”但 用 抗 肝 抗 体 而 不 用 抗 血 浆 蛋 白 抗 _ 体 ， 发 现 这 些 抗体 与 存在 于 原 浆 上 清流 中 的 放射 性 标记 蛋白 昌 sj202。 ry a, ae a 区 — Sie a oe, 起 反应 ?而 不 与 存在 于 微粒 体 部 分 中 的 放射 性 标记 蛋 自 起 反 忘 。 这 说 明 肝 胜 本 二 的 蛋 白 质 并 不 经 管道 进入 ER。 “= 年 面 我 们 举 了 细胞 中 用 个 简单 的 和 较为 复杂 的 级 化 系 帝 HF, HAAR HORM RERA, REET SH 要 的 解释 ， 这 些 系统 的 作用 的 详细 机 制 还 有 待 研究 充 氧 。 我 举 这 些 开 子 的 目的 在 于 使 你 们 认识 到 ， 要 想 圆 油 地 说 明 机 体 的 功能 ， 有 些 地 方 必须 停 十 采用 匀 浆 技术 访 以 保持 ' 极 化 状 态 ， 亦 即 保持 结构 的 完整 。 参 考 文献 C13 Campbell, P.N., and Kernot, B. Ass Biochout Jes -» 82, 262 (1962). (2) Ebashi, S., Arch.Biochem.Biophys., 76; 410 (1958) .° €8) Ebashi, S., and Lipmann, F.,J.Cell Biol. » 145 389(1962). C4) Fernandez-Moran, H., Oda, T., Blair, P. V.3” ‘and yee ‘D.E., JiCell Biol., 22, 63 (1964) 。 C5) Ganoza, M.C., Williams, C. A., and Lipmann, | Fy! Aah Natl. Acad.Sci.U.S., 53, 619 (1965) . C6) Hoch, F.L., and Lipmann, F., Proc.Natl. Acad. Sci.U.S.5 40,909 (1954) 。 £7) Jagendorf, A.T., and Uribe, E., Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.; 55, 170 (1966) . C8) Kielley, W. W., and Meyerhof, O.,J. Biol. Chem., 183, 391 oa 《1950)7 。 [9] Krebs, H.A., and Henseleit, K., Z. Physiol. Chem., 210, 33 (1932). C10) Lehninger, “The Mitochondrion, ” Benjamin, New York, 1964, C11) Lipmann, F., Nishizuka, Y., Gordon, J., Lucas-Lenard, J.» PR and Gottesman, M., this volume. (12) Lundegardh, H., Arkiv Botan., 32A, 12, 1 (1945). (13) Lynen, F., this volume. (14) Mitchell, P., Nature, 191, 144 (1961) 5 Biol.Rev. Cambridge Phil.Soc., 41, 445 (1966) . (15) Mitchell, P., J.Gen.Microbiol., 29, 25 (1962) . [16] Palade, G.E.,and Siekevitz, P., J.Biophys.Biochem. Cytol.» 2, 171 (1956) 。 (173 Peters, T., Jr., J.Histochem.Cytochem., 7 , 224 (1959). C183 5192 Piel, G., in “Science and the University, ” | publicat on of Brandeis University, 1966. Racker, E., Tyler, D.D.,Estabrook, R. W.. Conover, T.E., - Parsons, D.F., and Chance, B., in “Oxidases and Related Redox - Systems, Vols.1 and 2, ” (T. E. King, H.S. Mason, and.M, (20), , : New York, 1965. Ratner,-S., Advan. Enzymol., 15, 319 (1954) . (213 (22) (23) (24) (253 (263 c273 c28] 56, 940 (1966) 。 ‘Morrison, eds.) , p.1077.Wiley, New York, 1965. Racker, E., “ Mechanisms in Bioenergetics, 4 Academic cian. Redman, C.M., and Sabatini, D, TS. Aree Nath, Acad. Sci. U.S., 56, 608 (1966) . Redman, C.M., Siekevitz, P., and Palade, G. E., J.Biol. Chem.241, 1150 (1966) . Reid, R. A., Moyle, J., and Mitchell, P., Nature, 212, 257 (1966) 。 ‘Sabatini, D.D., Tashiro, Y., and Palade, G. ., Ji Me} fol, 19, 503.€1966) 。 Sjostrand, F., Radiation Res., Suppl., 2, 349 (1960), Warburg, O., ErgebsPhysiol., 14, 253 (1914) ., Watanabe, T., and Brodie, A.F.sProc.Natl.Acad, THe u. s, ©3204 六 、 聚 合 反应 中 方向 和 机 理 闻 的 关系 ” Fee hy kaa MaN ee Rn Pcs TL. 单位 闻 的 缩合 反应 二 站- 一般 原理 ae EEA LS BA C. 有 机 合成 的 一 例 | LN, ReMANO REA | .概况 对 p_ 页 酸 合成 的 蛙 期 观察 结果 ， 脂 肪 酸 的 合成 和 蛋白质 的 合成 is A Ey 。 聚 乙烯 的 化 学 合成 eee ae @ #8: Essays in Biochemistry, vol.4,P.N.Campbell and G.D.Greville, Eds. Academic Press, London, 1968. (Copyright The Biochemical Society) 缩写 词 ，mRNA， 信 使 RNA5sRNA : #3BRNA(tRNA), 2’OMeG, 2/-O-F2 85 J : * 205 « G.DNA 双 链 的 同方 向 复制 V. 多 方向 的 聚合 作用 Vi. 结语 Lah e 在 遗传 的 化 学 过 程 中 ~ 聚合 物 用 来 作为 信息 的 载体 ， 像 摄影 中 的 正 负片 那样 借 影 象 复制 进行 信息 传递 。 因 此 ， 聚合 作用 和 经 核酸 到 蛋 百 质 的 信息 转移 显然 是 偶 联 的 。 图 1 为 核 酸 和 蛋白质 共同 特性 的 略图 。 多 核 背 酸 链 及 多 肽 链 均 循 其 由 诺 向 右 的 生物 合成 方向 画 出 。 箭 头 尖 端 标 出 基 轩 加 到 伸 长 的 链 上 时 其 活性 端的 原来 位 置 。 核 酸 合成 的 最 常见 的 方向 是 从 5“- 磷 酸 端 向 不 带电 荷 的 3 -羟基 端 ， 面 蛋白 质 是 从 带 正 电 人 荷 的 入 端 向 带 负电 荷 的 C 端 合成 的 。 因 此 之 线性 大 分 子 借 其 亚 基 末端 而 定向 ， 或 叫 极 化 。 贺 :二 还 显示 在 单调 的 骨架 上 ， 侧 链 里 核酸 或 蛋白 质 特殊 残 基 的 专 一 性 。 在 核酸 昌 ， .本 个 大 基 “〈 两 个 喀 啶 两 个 叮 哈 ) 借助 5 “一 3 “ 桥 连 接 的 核糖 或 脱氧 BMH. MERA, 氛 基 酸 侧 和 链 从 多 肽 链 CO- As . 5’ MY yy ep GK C C U G C A p-<—— el lhl HE eyes OH + O o se sgn ORS PME te O 白质 * Leu Phe Ala Ser Tyr . Thr Val O° Fp yay ab ty ns —lscooH TH . 4) abe. wine 一 > 人 一 一 Al 生物 记录 。 线 性 骨架 上 携带 着 重复 单位 旁边 的 记号 NH 连 接 的 骨架 上 伸展 出 来 。 两 种 类 型 化 谷物 香 成 都 基 借 助 在 核酸 间 的 氢 键 引导 ， 以 一 个 接 一 个 的 蓉 加 方式 进行 的 。 核 酸 合成 与 蛋白 质 含 成 的 中 全 联系 如 图 2 所 示 ， 简 头 表示 转录 或 翻译 的 方向 。 DNA_ mRNA-sRNA Pp p 二 U=:==A ' Pp PP 0 .0 Peale enn Dean 2 -=--AA . sea . 2 ae nny 7 NeHR’ : p Gxt | 4 ia GEG :0 R”HC -一 全 一 一 一 一 一 一 壮 NH。 Al ”密码 的 转录 及 表达 。 假如 借 线性 到 合 作用 传递 信息 ， 那 么 它 一 定 要 循 正确 的 方向 进行 才能 使 信息 的 译文 具有 意义 。 这 些 明 显 地 需要 孝 虑 的 问题 ， 吸 引 我 去 深 人 地 研究 机 理 和 方向 间 的 相互 关系 。 链 生长 中 决定 方向 的 因子 在 同类 的 重复 单位 〈 如 贮存 的 多 糖 ) 中 及 带 有 不 同 侧 链 的 不 同类 重复 骨 腑 单位 〈 如 核酸 及 蛋白 质 ) 中 都 是 一 样 的 。 链 延伸 的 重复 过 程 是 千篇一律 的 ， 一 般 不 受 其 侧 链 变 化 的 影响 。 这 种 线性 缘 合 的 每 一 步 通常 都 是 两 个 紧 接 的 单位 间 一 个 一 个 地 添加 起 来 的 缩合 过 程 。 我 们 还 会 发 现 机 体内 的 涌 台 作用 和 人 工 有 机 合成 的 原理 是 类 似 的 。 在 讨论 方向 性 之 前 ， 先 评论 一 下 缩合 反应 的 一 般 性 质 。 我 要 从 两 个 不 相 象 的 单位 间 的 非 重 复 性 缩合 反应 开始 说 起 ， “。207。 继而 谈 到 骨架 合成 的 一 般 情况 。 LL, 单位 间 的 缩合 反应 很 快 就 出 现 一 个 有 规律 性 的 现象 ， 即 在 大 多 数 缩合 反应 中 ， 两 个 缩合 单位 只 有 一 个 被 活化 ， 另 一 个 则 是 被 动 的 基 团 接受 体 。 最 初 ， 关 于 缩合 反应 的 知识 都 是 从 研究 二 些 简单 的 缩合 反应 中 得 来 ， 如 常用 于 肝脏 解毒 的 那些 反应 《乙酰 化 、 马 尿 酸 的 合成 ) 。 根 据 我 的 经 验 ， 我 选 了 氛 验 磺胺 的 乙酰 化 反应 5 作为 开端 性 的 例子 〈 图 3) 。 在 研究 这 一 反应 机 制 的 过 程 中 ， 我 很 快 就 感到 对 缩合 反应 需要 有 一 个 专门 的 命 名 。 于 是 把 缩合 单位 的 活化 部 位 称 作 “ 头 ”， 假 如 是 与 同类 图 3 缩合 反应 ;芳香 胺 的 乙酰 化 。 单位 缩合 的 话 ， 就 把 另 一 单位 的 被 动 部 分 称 作 “ 尾 ” 。 在 本 酸 和 芳香 胺 的 缩合 反应 中 ， 羚 基 是 “ 头 ” ， 即 活化 部 位 。 在 给 定 的 头 上 加 一 个 携 能 的 单位 便 发 生活 化 ， 于 是 头 便 带 有 一 个 基 团 电 位 ， 表 现 为 一 个 部 分 的 正 电荷 <， 这 个 8+ 吸 引 接 受 体 分 子 上 的 一 对 未 共用 的 电子 ， 搂 受 体 分 子 景 后 置换 活化 头 上 附加 的 那个 携 能 单位 (图 8) 。 ， 为 了 适当 地 强调 一 下 这 种 基 团 活化 作用 ， 我 借 向 于 把 这 种 类 型 的 生物 缩合 作用 用 亲 电 子 反 应 ， 而 不 用 亲 核 取代 反应 来 表达 。 活 化 基 团 是 攻击 的 一 方 ， 它 吸引 一 个 氧 原 于 、 氨 原 子 或 碳 原子 上 的 一 对 未 共用 的 电子 。 在 我 们 这 个 特殊 例子 。208。 中 ， 最 初 的 活化 簿 发 于 ATP 的 腺 苷 磷 酰 基 。AMP 一 酰基 在 活化 酶 的 作用 下 ， 通 过 CoA“。S 一 对 腺 背 -P 一 的 置换 ， 转 化 为 等 电位 的 硫 代 酷 。 这 个 转化 作用 中 最 有 意义 的 是 腺 F-P Or 一 C 中 P 上 的 + 转移 到 CoA。S~:C 上 去 ， 从 而 把 磷 酰 基 电 位 转换 成 乙酰 基 电 位 5:)。 当 携 能 的 附加 物 在 接受 分 子 专 一 的 乙酰 基 转移 酶 的 作用 下 最 后 被 氨基 置换 后 ， 硫 代 酯 键 的 基 团 电 位 就 用 来 构成 肽 键 。 图 4 列 出 能 量 递减 的 示意 图 。 两 个 反应 物 间 的 脱水 反应 7 脱水 反应 CH «(O) +3T# (OH Hi O b+ 缩合 反应 CHs-O -8{O) -~5 $+ 水 解 反应 CHa-C 一 :0 -8 FE 4 芳香 胺 乙酰 化 时 自由 能 的 改变 是 需 能 的 ;为 使 反应 得 以 进行 ， 能 量 经 过 几 个 活化 步 又 移 植 到 效 基 上 。 置 换 引 起 的 缩合 作用 就 利用 这 个 能 量 去 构成 - 肤 键 * 有 大 大 过 量 的 能 量 才能 防止 逆向 反应 ,因为 在 细胞 代谢 的 酶 装置 中 ， 键 的 缩合 和 裂解 是 容易 逆转 的 。 我 说 这 些 只 是 为 了 说 明 输 入 过 量 的 能 量 并 没有 浪费 掉 。 * 209° .聚合 的 第 一 种 方式 ， 向 尾 端的 延 伟 A, —-kii 以 缩合 反应 的 起 始 过 程 为 背景 ， 我 们 现在 进 火 线性 聚合 的 讨论 。 在 这 个 讨论 中 ， 连 接 在 一 起 的 单位 是 否 相 同 ， 或 者 仅仅 这 些 单 位 的 骨架 相同 而 币 链 不 同 ， 才 有 是 无 关 紧 要 的 。 油 这 两 种 情况 下 ， 单 位 间 的 缩合 过 程 是 重复 发 生 的 ， 作 用 原理 也 一 样 。 假 如 我 把 一 个 连接 单位 的 活化 反应 的 最 常见 类 型 以 图 5 的 形式 概括 起 来 ， 对 问题 的 分 析 就 会 简单 一 些 。 一 个 能 oe Se a x Le RG) a 图 5 一 个 单位 的 活化 ， 极 化 。 量 的 携带 体 与 单位 的 头 起 反应 并 把 一 个 携 能 的 附加 物 添加 上 去 。 这 多 灶 会 导致 连接 单位 的 极 化 ， 带 有 正 电 午 的 单位 的 另 一 端 ， 即 尾部 ， 变 为 被 动 的 接受 体 。 图 6 缩合 反应 bani 4 中， 一 个 带 活化 头 的 <= 2A — SREB 的 单位 均一 一 标 出 。 sac eID 在 正 性 极 化 作用 再 a amen fea 性 的 ， 吸 引 接受 体 的 [me 缩合 反应 中 应 用 的 活化 作用 ， 天 然 必 。 尾 。 蕉 受 你 的 尾 提供 a, NIE NRA oe eS ; 所 “310° Je 参 澡 确 的 是 氧 或 所 的 电子 对 。 由 计 缩 合体 反应 需要 在 一 个 单 倍 的 头 上 党 加 能 惹 ， 并 将 能 量 利用 乔 ， 所 以 携 能 单位 的 头 非 带 方 便 地 同 二 个 生长 链 的 尾 端 缩合 ， 而 租 己 的 尾 又 作为 下 一 次 水 加 的 接受 体 5 我 们 将 这 称 怕 链 的 向 尾 端 的 生长 (图 '6)5 新 单位 的 洋 加 在 从 长 链 最 杰 一 个 单位 的 尾 端 ; 活化 和 缩合 交 蔡 地 进行 下 去 y$ 这 就 是 生物 过 程 中 ， 也 是 有 桃 化 学 合成 中 最 简单 又 景 常见 的 涌 合 类 型 。 我 提议 称 之 为 天 然 链 的 延伸 1 也 生物 合成 的 几 个 例子 糖 原 及 淀粉 的 线性 直 链 淀粉 (amylose) 区 域 在 试管 内 wae oe CH.OH / CH,OH. “A eral ; \ Ai Ce Je ae 全 a x ba x OH \ H + 0=P 一 OYE HO \ gee CH2OH 二 8 ati RA VP nd Eon nd EE YN oS | | H. Of H bu “MU = ， “葡萄糖 基 链 的 非 醛 未 端 7 WME KE ee), ° 2ile 的 合成 ， 是 首先 放 述 请 化 酶 (EC2.4.1.1) 把 带 苟 糖 -1 -磷酸 分 子 与 最 初 的 直 链 淀粉 链 的 尾 缩合 起 来 得 到 的 。 活 | 化 的 葡萄 糖 -1“- 末 端 以 1 /一 和/ 糖苷 键 与 生长 链 最 末 一 个 葡 ” BRERA) AT) 。 但 是 ， 实 际 上 磷酸 化 酶 只 在 磷 : 酸 浓度 较 低 时 才 催 化 这 一 合成 反应 。 在 细胞 环境 中 磷酸 浓度 太 高 ， 此 酶 使 糖 原由 左 向 右 进行 磷酸 解 。 在 葡萄 糖 -1 =- 二 磷 酸 尿 喀 喧 (UDPG) ce 中， 葡萄 糖 的 基 团 电位 比 葡萄 糖 -1 -磷酸 的 基 团 电位 高 ， 足 以 发 生 合成 作用 〈 表 1) 。 这 说 明 节能 的 裂解 和 耗 能 的 合成 之 间 的 有 时 颇 不 稳定 的 平衡 是 如 何 “ 被 活化 前 体 中 的 一 个 相当 昂贵 的 能 源 过 量 所 战胜 。 在 UTP+Gic- -1 -P->UDPG+PPi 反 应 中 多 投资 了 两 个 ~ ° 表 1 GRBACESANAARLBAG " 值 的 比较 AG"( 千 卡 ) #81 #E-1-PPU + 果糖 一 > 蔗糖 +UDP i 苟 萄 糖 -1-P+ RR H+ Py +2.3 $i #4 98-1-PPU + IR —> Wi EE + UDP 一 3.5 葡萄 精 -1-P + HR — HM + Py +0.7 Aa ia BIG FRR DARE PY EK (A8) 。 这 里 一 个 蔗糖 分 子 的 葡萄 糖 酰 部 分 在 2 “一 1 “ 键 rn | B@OO--. 图 8 从 蔗糖 合成 果 京 糖 。 [5 °212° 处 被 链 末 端 果 糖 的 6 -羟基 所 置换 。 其 缩合 能 由 蔗糖 分 子 中 葡萄 糖 酰 - 1 “及 果糖 -2 间 的 相对 高 能 的 AF 供给 。 图 9 5 列 出 了 参与 这 些 缩合 反应 的 化 合 物 的 基 团 电位 。 水 解 反应 的 4 G ( 千 卡 ) 9 供 体 水 解 的 自由 能 54。 另 一 个 尾 端 生长 的 例子 是 RNA 的 生物 合成 〈 图 10) 。 待 连接 的 核 苷 酸 被 5 “磷酸 上 的 双重 磷酸 化 作用 所 活化 ， 5 -磷酸 加 在 生长 链 末 端的 3 -羟基 上 。 氧 原子 上 的 未 共 用 的 电子 对 置换 核 背 三 磷酸 中 的 焦 磷 酰基 团 。 连 接 单位 和 尾 之 间 以 这 种 方式 生成 一 个 磷酸 桥 。 这 一 反应 生成 一 个 始终 二 PME Beh, BE LS 不 同 的 侧 链 。 为 了 把 核酸 合成 作为 尾 端 生长 的 一 个 例子 集中 研究 ， 图 10 只 把 DNA 转 录 给 图 10 mRNA 的 合成 〈 无 指导 mRNA 的 酶 反应 中 的 缩合 部 DNA) - 分 显示 出 来 。 无 引导 的 和 任意 的 添加 新 核 苷 酸 是 受 多 核 苷 酸 磷 酸化 酶 (EC2.7.7.8) 的 逆反 应 所 催化 。 但 是 ， 这 里 一 个 核 背 二 磷酸 可 逆 地 与 生长 链 的 尾 端 起 反应 ,释放 PiC*]。 一 直 给 我 印象 很 深 的 是 多 核酸 磷酸 化 酶 的 可 逆 性 意味 着 3 /- RRR AB 键 的 基 团 电位 一 定 处 在 一 个 很 高 的 水 平 ， 与 核 背 二 磷酸 的 磷 * 2136 Hill DNA 指 导 的 mRNA 合成 。 酸 电位 差不多 ， 水 解 反应 的 AG 取 RFP pH, 29% -好 至 - 了 0 秆 未 之 间 。 这 可 能 部 分 地 由 于 附近 存在 羟基 缘 故 。 所 以 可 以 想象 DNA 中 脱氧 核糖 3 位 上 的 磷酸 键 的 基 团 电位 实际 款 还 要 低 些 ， 因 为 附近 没有 -2 位 羟基 。 由 于 DNA 的 热力 学 稳定 性 比 RN 人 的 热力 学 稳定 性 增加 了 ， 葡 可 能 是 生物 学 中 很 重要 的 一 企 方面 。 与 易于 逆行 的 多 核 背 酸 磷酸 化 酶 反应 相反 ， 卫 NA;j 连 系 MRNAS RH 部 分 显示 于 图 10 中 ) 在 尾 端 未 加 步骤 中 还 有 核 背 三 磷酸 参加 ， 并 且 当 形成 的 PP 被 无 机 焦 磷 酸 酶 (EC © 8.6.1.1) REDA, PRAT ORY, eR x 个 水 解 作 用 ， 反 应 揭 可 逆 性 也 很 差 。 不 可 逆 过 程 就 是 信息 传 “ 递 中 采用 揭 一 种 办 法 ， 在 那里 ， 添 加 的 顺序 受 沃 蒜 - 坎 里 克 (Watson-Crick) 模式 中 模板 多 核 背 酸 的 引导 。 专 一 性 的 氢 键 配对 建立 了 反 向 平行 的 图 象 。 图 11 还 显示 了 起 利 | 导 在 攻 。 的 DNA 模 板 。 碱 基 堆 彻 和 氢 键 的 联合 加 强 了 这 个 十 分 精确 的 选择 过 程 , 至 于 到 底 是 怎样 加 强 的 仍然 是 一 个 米 解 次 问 题 。， © 214 ry C. 有 机 合成 的 一 例 图 12 是 氨基 酸 借 尾 端 延 长 产生 化 学 聚合 的 一 个 例子 。 搞 . 引 自 卡 恰 尔 斯 基 (Katchalski) 的 文章 "”， 它 表明 了 氨基 酸 的 W- 凑 基 酸 酬 的 聚合 作用 。 活 化 的 羧基 与 生长 链 的 尾 端 氨基 连接 起 来 形成 一 个 新 肽 。 同 时 ， 环 被 打开, CO， 释 R,R,N—cOC-CH(R) -NH)J - vipers ilo 时 ) #OC—CH(R)—NH # batt | | 一 > 了 Ra N=COC-CHIRY rere HCO *-NH),—CO-CH(R)+NH, +CO, 图 了 2 出 N- 次 基 w- 气 基 酸 酸 本 合成 到 气 基 酸 (9 。 出 "一 企 自 由 氨基 游离 出 来 使 向 尾 端 的 延伸 继续 于 去 尽 总之， : 尾 端 延长 时 ,， 链 从 单位 的 头 开始 。- 例如 RNA- 的 合成 是 从 一 个 5 “末端 开始 的 ! 以 尾 或 3 atau ae A2) 。 YD. ee th = HRA SME A. 概 况 “ > 在 第 一 种 延 伞 方 式 中 ， 内 加 在 正在 蒸 曙 的 单 位 2 上 :的 能 量 , 在 每 次 与 生长 链 的 尾 端 多 合 时 都 用 掉 了 让 在 第 二 种 方式 中 ,生长 的 方向 是 相 到 的 , 作为 一 种 特殊 安排 的 结果 区 在 奸 长 链 的 前 沿 总 是 保持 有 一 个 活 三 的 未 端 : CWS RES Shoe BEC I OO RY, ORE PROPEL. PEEK, BRRAS PEL 215° 的 附加 头 ! puree | XLS 诡计 如 Xx ae . 图 13 活性 头 的 保留 及 连接 学 位 的 预 活 化 虽然 此 附加 物 被 与 之 连接 的 单位 的 尾 所 置换 ;单位 本 身 仍 有 一 个 活化 头 准 备 接受 下 一 个 单位 ， 如 此 不 断 进行 。 B,B- 酮 酸 合 成 的 早期 观察 结果 “我 们 在 研究 乙酸 活化 的 过 程 中 ， 首 次 认识 到 有 第 二 种 汉 ， 侣 方式 。 在 此 之 前 ， 苏 达 克 5s] 在 鸽 肝 提取 液 里 发 现 了 乙酰 乙酸 的 合成 ， 我 们 当时 认为 是 乙酸 的 乙酰 化 反应 。 那 时 爱 尔 * 斯 塔 特 曼 和 迈克 . 杜 道 罗 夫 和 我 一 起 在 波士顿 ， 我 们 设计 了 一 个 实验 C*3， 想 确定 乙酰 基 接 受 体 一 -乙酸 到 底 有 没有 活化 形式 存在 。 我 们 将 514C]- 乙 酰 磷 酸 、CoA 及 微生物 的 乙酰 转移 酶 (EC 2.8.1.8) 放 在 一 起 使 之 向 我 们 假设 的 前 体 非 标记 乙酸 提供 [14C]- 乙 酰 CoA。 这 个 实验 的 结 果 列 和 人 表 2 5 使 我 们 惊讶 的 是 乙酰 乙酸 的 比 活性 是 乙酰 CoA 的 两 倍 ， 这 意味 着 乙酰 乙酸 的 两 端 ;， 即 供 体 端 和 接受 体 端 都 蒂 有 放射 性 ， 都 来 自己 酰 CoA; 这 说 明 乙 酰 乙酸 不 是 由 乙 本 < = = 分 于 的 乙酰 CoA 合 成 的 。 AX, MABRRSH LEO 发 现 ， 这 种 缩合 是 由 于 随后 发 生 的 反应 的 能 量 拉 力 而 导致 的 “ -大 艾 合 成 的 一 种 特殊 的 变异 。 表 2 过量 非 标记 乙酸 存在 下 鲁 肝 提取 液 由 CH COOPO;- 合成 乙酰 乙酸 的 实验 6) RRR BM PAO, 14 /H trish mm (pH8.3), 63% MK/A LR, 193 RAR /A CRRA, 1. 6 毫 摩尔 / 升 MgCl:、8 MRR /F HB 氮 酸 玉 60 个 单位 的 CoA 467 单位/ 毫克] ， 其 它 条 和 件 与 参考 文献 [9 ] * 的 玫 1 相同 eat chica’ gr he aw 8 2 Bee as. 7 ae | (HLM Y = BFK) (每 分 次 / 徽 摩尔 ) A ot mat, oR 227 0 JME NTS ZAR | 70 1,600,000, 28,000 pi + SE YE705 Sas | | | 乙酸 | 2578 690,000 2900 » | 乙酰 磷酸 | 37 830,000 22,400 乙 栈 乙酸 hb S)-aee 53,000 35,200 乙酰 乙酸 羧基 C 一 一 15,700 乙酰 乙酸 淡 基 C wes - 19,500 a。 方 法 见 斯 塔 特 曼 等 [9] 。 b. 最 大 值 基于 这 样 的 很 定 ， 即 乙酰 硫酸 消失 而 且 乙 菊 乙 酸 不 再 生成 乙 ROR, 有 最 大 值 换算 成 次 基 标记 的 乙酸 及 无 机 醋酸 ， : CHs° by ak 2 8 is CoA 图 14 “ZR” HOR. * 217° “图 1 中 的 反应 类 型 有 时 用 来 解释 脂肪 酸 链 延 伟 申 - 酮 酸 的 缩合 步骤 , 但 其 真正 的 机 制 还 是 通过 研究 CQ 对 脂肪 酸 生 物 合成 的 刺激 作用 511 IA TREN, FRACOS SH 反应 机 制 使 我 们 认识 到 ， 缩 合 到 生长 链 头 上 的 活化 羧基 上 的 单位 不 是 营 酰 硫 代 酯 而 是 两 二 酸 单 酰 硫 代 酯 ，; 是 借 ATP 及 生物 素 参 与 的 CO , 沃 加 作 玫 ) 由 乙酰 基 衍 生 而 来 。 因 为 此 ， CO:; 不 出 现在 反应 产物 里 ,所 以 林内 恩 认 为 两 二 酸 单 酰 CoA 是 接受 体 [1*)， 这 解释 了 在 缩合 反应 中 释放 出 来 的 CO: 不 参 入 的 现象 。 看 来 硫 酯 键 并 无 足够 的 能 量 供给 碳 一 碳 键 的 生成 ， 而 CD: 的 释放 供给 这 一 合成 所 需 的 额外 能 量 。 株 内 因 的 示意 图 (图 15) 表明 置换 反应 和 脱羧 反应 是 相互 配合 的 。 图 S O (0 eo Ge CHs-(CH2:CH,), .+ Lf. € 4 mm 一 - aot . S-R’ g? CHs-(CHe Ui) SATS SR" : ” 可 Ve fy _.» IS mmm, RM NIE Ae . 16 GBs T 5X AMI SE PF ST SB SP TC » & . ene cor : t ‘ 4 Wie HMR h ht. as 218° 种 活化 类 型 的 特点 是 在 相当 罕见 一 个 未 端 出 现 过量 的 负电 荷 5-。 它 才 示 了 一 般 的 基 团 活化 概念 ， 即 活化 作用 将 一 个 过 量 电荷 8+ 或 5- 给 予 一 个 基 团 。 D. 蛋 白质 的 合成 从 比较 生物 化 学 的 观点 来 看 ， 颗 粒 参 与 的 B- 酮 酸 合 KO 4 和 核糖 体 参 与 的 多 肽 合成 之 间 的 平行 关系 给 人 以 深刻 印象 。 两 个 合成 反应 中 基 团 的 活化 都 是 通过 与 ATIP 的 初始 反应 产生 一 个 酰基 腺 苷 酸 而 启动 的 。 在 脂肪 酸 活化 反应 中 酰 基 随 即 从 磷酸 转 给 硫 代 酮 ， 在 氨基 酸 的 活化 反应 中 则 转 给 连 在 SRNA 腺 苷 O- 端 的 核糖 酯 ,而 不 需要 酶 的 更 换 。 硫 酯 的 基 团 电位 和 高 能 氛 栈 基 氧 酯 的 基 团 电 位 是 相似 的 ， 二 者 的 能 量 都 a Ha.COS geen CH2-COSCoA+CO2 CH3:CO-SCoA ————— CH3:CO + HS.CoA NH2‘CHR-COOsRNA ~ NH-CHR-COOsRNA -NH-CHR:‘CO:O-sRNA ——> -NH-CHR-CO + HO-sRNA 图 17 脂肪 酸 合成 《上 式 ) SRAM CPR) 的 比较 。 相当 于 ATIE 中 的 磷 酰 键 "! "1。 图 17 显 示 了 有 - 酮 酸 合 成 和 多 肽 合成 的 平行 关系 。 核糖 体 参 与 的 多 肽 合成 反应 的 有 趣 特 征 是 它 按 向 头 端的 缩合 机 制 进 行 。 一 个 肽 链 合成 酶 催化 生长 肽 链 的 活化 羧基 端 与 加 入 的 氨 酰 基 -sRNA 的 毛 基 之 间 的 缩合 反应 。 多 肽 合成 中 的 向 头 端 延伸 具有 特 珠 重要 的 意义 。 携 能 的 附加 物 sSRNA 还 通过 其 反 密 码 子 的 指 3| 把 要 加 上 的 毛 基 酸 加 在 模板 的 正确 es 219 。 位 置 上 《〈 图 18). 。 它 把 自己 添加 在 携带 生长 链 肽 酰 头 sRNA 所 占据 的 邻近 密码 -一 一 反 密 码 的 结合 部 位 。 因 为 每 次 屋 缩合 后 ， 后 加 的 氨基 酸 就 变 成 链 的 新 头 ， 下 一 个 所 酰基 导 sRNA 就 同样 地 受 其 反 密码 子 的 引导 ， 连 接 到 邻近 的 部 位 。 这 一 过 程 重复 下 去 ， 直 到 完成 蛋白 质 合成 。 这 样 ， 前 面 所 述 ， 的 mRNA 三 联 体 的 顺序 就 一 个 一 个 地 被 翻译 成 氨基 酸 顺 序 , 因为 在 每 一 个 延伸 步骤 中 氛 基 酸 的 进入 都 是 与 其 SRNA 能 决 。 定位 置 的 反 密 码 子 相连 系 的 ， 并 安排 在 肽 链 头 的 旁边 ， 其 由 sRNA-mRNA 反 密码 子 一 密码 子 复合 体 起 着 RED LE | 用 。 这 一 过 程 在 这 里 有 意 地 作 了 简化 。 在 核糖 体 -mRNA 引 导 的 多 肽 合成 中 , 肽 酰 -sRNA 有 及， Le HR HR’ ‘ BAG EK 0 即将 加 大 的 氨基 酰基 -sSRNA ‘aan SBT ROBE #6 Ok. 因 | c c NESTE AR, 和 OF 、、 新 生成 的 肽 酰 -ADP 的 转变 的 , 上 同时 产生 一 个 与 酶 相连 的 羧基 础 酸 柄 。 酶 的 专 二 性 决定 顺序 的 选择 。 第 一 个 酶 是 二 肽 合成 酶 (上 EC 6.3.2.2) , 它 将 工 - 谷 氨 酸 的 Y- 羧 基 和 L- 半 胱 氨 酸 的 氨基 连接 起 来 。 第 二 个 酶 是 专 时 一 性 三 肤 合 成 酶 〈EC6. 3.2. 3) 3 它 将 二 肤 的 半 胱 氛 酸 的 羧 国 基 活 化 ， 使 之 与 甘氨酸 的 氨基 相连 以 完成 谷 胱 甘 肽 的 合成 。 和 5 220。 uuuuegoiooouuu — Apietetedetetedetetele LeeLee 上 U u/u tt 区 19 多 肽 的 缩合 周期 。 起 始 相 1( 左 上) 中, 一 个 肽 酰 -sSRNA 刚 转移 至 核糖 体 受 位 I1， 第 2 相 ( 左 下 ) 给 位 I 工 被 一 个 氨 酰 基 -SRNA 占 据 ， 其 反 密 码 子 与 肽 酰 -SRNA 所 占据 的 mRNA 三 联 密码 子 紧 挨 着 的 那个 三 联 密码 子 相 匹配 ; 第 8 相 ( 右 下 ) 中 ， 肽 未 端的 活化 羧基 已 经 与 氨 酰 基 -sSRNA 上 的 游离 氨基 缩 合 。 此 缩合 反应 释 出 连接 在 前 一 末端 的 SRNA, 并 使 仍 与 SRNA 相连 的 新 氨基 酸 成 为 新 的 末端 ! 第 8 相 完毕 时 ， 肽 酰 sRNA 在 错误 的 位 置 I 位 上 。 第 4 相 ( 右 上 ) 中 , 它 被 转移 到 工 位 。 这 样 ， 第 4 相 最终 的 位 置 就 相当 于 第 1 相 的 起 始 位 置 ， 只 是 MT -SRNA 从 工 位 转 回 到 I 位 的 过 程 中 ，mRNA 向 左 移动 一 个 三 联 体 的 长 度 。 最 近 科 拉 那 (Khorana) CURE BH 丙 氨 酰 -SRNA 的 序列 分 析 表 明 反 密码 子 为 27OMeG-A-A， 而 不 是 像 此 图 中 推测 的 那样 是 A-A-A。 (R, Ki) 这 里 生长 着 的 肽 链 的 末端 羧基 的 活化 在 延伸 后 发 生 ， 但 是 链 。221。 ell 的 生长 属于 向 头 端的 类 型 。 如 斯 特 罗 明 格 尔 〈9trominger) ARIAS, FR RK am ot LAMA RN TOE, SRS RS NS 延伸 途径 。 最 有 趣 的 是 , 它 从 UDP-N- 乙 酰 葡萄 糖 胺 乳酸 醚 ( 借 ATP 得 以 活化 ) 的 关 基 开始 ， 接 受 L- 丙 氛 酸 的 氨基 端 ， 尔后 一 个 搂 一 个 地 添加 D- 异 谷 氨 酰 胺 、 工 - 赖 氨 酸 ， 最 后 加 上 是 D- 丙 氨 酰 -D- 丙 氨 酸 组 成 一 个 单位 。 其 详细 过 程 了 解 得 不 如 谷 胱 甘 肤 那样 完全 ， 但 链 延 伸 的 总 轮 廊 看 来 是 相似 的 。 rie EB. fe HY AE ye ok PRS BASE Bee Ss 8° -研究 的 向 头 端 延伸 的 例子 给 人 以 深刻 的 印象 。 此 过 程 〈 图 20) 中 的 缩合 酶 也 需要 在 新 添加 的 单位 上 带 有 一 个 活化 头 ， 以 保证 向 头 端的 生长 。 这 里 无 需 把 图 20 是 所 示 的 党 加 单位 尾 端的 重 排 详 加 叙述 。 但 我 想 把 注意 力 转 向 是 两 甲 基 焦 磷酸 酯 Se UE A wR } R 一 C 一 CH 一 CHs CH-C—CH»—CH:—OP203- ie CH3 SP,oi- on, 2, ee. eee: Lire & R-CeCH—CH, ~~ iGH;—C—CH—CH2—OP203~ CH; (-OP2037) CH; + 7 ® 一 P,0{-+R—C-—CH—CH:—CH:—¢-* CH—CH—OP 108 CH3 CH3 R—C=CH—CH:—CHs—0—CH—CHz—OP,00° +H" eee ; , 120 WERE: My A A oh HE OY BL A 22 = | 活化 过 程 中 的 极 化 作用 。 如 图 所 示 ， 它 是 缩合 反应 的 必要 条 件 ; 头 端 的 碳 原子 通过 与 焦 磷 酸 的 酯 键 连接 而 极 化 ， 即 带 有 正 电 荷 ， 从 而 吸引 参加 进来 的 单个 单位 尾 端 上 的 负电 荷 ， 而 后 置换 掉 焦 磷酸 〈 一 个 良好 的 离开 基 团 ) 。 波 普 雅 克 及 康 福 思 52") 已 经 研究 清楚 了 这 个 缩合 反应 的 很 有 趣 的 立体 化 学 细 节 ， 看 来 与 此 过 程 中 蓉 加 的 蜡 成 二 烯 单位 的 预先 活化 有 关 ， 是 对 此 类 型 缩合 反应 向 头 端 生长 过 程 的 合理 解释 。 在 此 文 付 印 时 ， 作 为 了 . 罗 宾 斯 和 我 对 这 个 题目 讨论 的 结 果 ，, 罗 宾 斯 等 35 研究 了 沙门 氏 菌 O- 抗 原 的 多 糖 的 生物 合成 中 链 的 生长 的 方向 。 此 多 糖 由 重复 的 三 糖 单位 组 成 。 他 们 早 先 发 现 即将 落 加 在 还 原 端 的 己 糖 借 与 聚 异 戊 二 烯 焦 磷 酸 载体 (PPL) 连接 而 活化 。 现 在 他 们 又 发 现 这 种 聚合 作用 是 属于 向 头 端 生 长 型 ， 而 多 数 其 他 多 糖 的 聚合 却 是 向 尾 端 生长 型 。 在 这 个 例子 中 ， 当 新 落 加 的 单位 置换 生长 着 的 多 糖 链 末 端的 PEIL 时 ,这 个 单位 必须 首先 被 活化 ， 同 时 PPL 附加 物 要 保留 在 链 的 头 部 。 多 糖 。PPL + 已 糖 。PPL-> 多 糖 .已 糖 .PPL+PPL 上 上 . 育 乙 烯 的 化 学 合成 齐 格 勒 (Ziegler) [2 1 用 锂 催化 的 聚 乙烯 的 合 成 是 一 个 少见 的 链 向 头 端 生长 的 化 学 到 合 反应 的 例子 。 在 这 个 例子 中 ， C,H, —C(CH,—CH,),—Li © 图 21 化 学 头 的 生长 ， 次 乙 基 捅 入 仿 锂 烷 化 物 。 G。DNA 双 链 的 同方 向 复制 ” 有 好 几 个 实验 室 的 结果 5:2，2:s] 证 明了 反 向 平行 的 双 链 DNA 虽 带 有 相反 极 性 ， 但 复制 是 同方 向 的 《图 22)。 根 据 这 ， 个 讨论 提出 了 一 个 挑战 性 的 课题 。 科 恩 贝 格 52 旬 分离 出 来 的 图 22 DNA 复 制 中 反 向 平行 链 的 同方 向 生长 。 DNA 合 成 酶 制剂 是 向 尾 端 延 伸 的 。 因 此 ， 看 到 两 个 极 性 相 反 的 链 向 同方 向 生长 ， 就 应 该 想到 可 能 存在 着 一 个 不 同 的 或 经 过 修饰 的 酶 使 第 二 条 链 以 相反 的 方向 ， 即 向 头 端 延 伸 。 米 特 拉 和 科恩 伯 格 忆 讨论 过 这 个 问题 ， 在 纸 上 可 以 画 出 多 核 背 酸 的 合成 中 向 头 端 延 伸 的 过 程 ， 假 想 酶 通过 链 与 一 个 已 经 活化 的 单 核 背 酸 〈 即 核 背 三 磷酸 ) 3/- 羟 基 缩 合 而 延伸 ， 这 桩 ， 就 能 保持 生长 链 头 部 的 活化 〈 图 23) 。 4 BASE CCanellakis) “OR HEAK AY BETA A 一 种 可 能 性 做 了 研究 。 图 中 活化 的 三 磷酸 附加 物 位 于 核糖 的 。224。 | ¥ 图 23 DNA 复 制 ， 反 向 平行 极 化 条 件 下 的 平行 延伸 。 3 位置 上 而 不 是 5 “位 置 上 。 但 到 现在 为 止 这 个 3 “一 5 的 缩合 反应 仍然 得 不 到 证 明 。 这 个 问题 很 吸引 人 ， 在 理论 上 也 是 可 行 的 ,但 是 看 来 并 不 能 实现 。 最 近 DNA 连 接 酶 的 发 现 ， 又 提出 了 一 个 新 的 关于 把 5 端 连 到 3 “端的 理论 ， 其 中 涉及 一 个 由 NADGz "27] 或 ATPr2zs 衍生 而 来 的 酶 一 MP 中 间 | 体 。 这 种 连接 的 分 子 机 制 的 细节 尚 不 清楚 了 2 ， 但 酶 AMP 可 以 无 定向 地 进行 连接 。 现 在 这 个 酶 在 第 二 条 链 的 向 头 端 延 伸 机 理 的 讨论 中 已 多 少 被 非 正式 地 引用 了 。 我 认为 这 个 主张 所 根据 的 原理 是 这 种 缩合 反应 在 方向 性 上 是 中 性 的 。 它 可 以 将 3 “ 端 连接 到 5 端 ， 有 时 也 可 以 用 某 种 方式 以 相反 的 方式 进行 合成 ， 即 已 知 的 由 5 “到 3 端的 向 尾 端 缩合 反应 。 V. 多 方向 的 聚合 作用 严格 地 说 , 我 们 上 面 论 及 的 两 种 方式 仅 适 用 于 线性 聚 合 ， @ 连接 酶 的 反应 机 制 已 经 异 清 ,， 酶 结合 的 AMP 一 转 给 5 -磷酸 ， 生成 R5“P ~PA; 而 后 一 PA 被 8 “羟基 置 换 ， HARM (Lehman, Olivera and Anraku Cold 9 pr.Harb.Symp. Quant, Biol,1968,Abstracts,p.10), © 225 Pal 主要 是 单方 向 的 聚合 过 程 。 简 单 的 分 支 反 应 部 分 地 按照 同样 的 规律 ， 例如， 一 有 旦 在 一 种 独立 的 转移 酶 作用 下 从 6 “位 上 开始 分 支 以 后 ， 糖 原 的 分 支 就 在 同一 糖 原 合 成 梅 的 作用 下 延 。 伸 。 图 24 是 这 一 分 支 过 程 的 示意 图 "” ]。 0O0-0O-O ~_ COCO DCOoOcOOUOC ~ & C 0.00 ® — 四 O 9 ko e 0 O O-0.0-0 OD O 0.0%, 0-0-0-0-0 ore e @ a 图 24 糖 原 分 子 片 段 的 模式 图 。 共 209 个 BARRE, StF 33, 858. O, a-1,4 连结 的 葡萄 糖 残 基 ， ©, a-1l,6 连接 的 葡萄 糖 残 基 ! 及， 还 原 性 末端 基 团 。 图 中 片 仆 有 4 个 层次 的 分 支点 〈 糖 原 至 少 有 7 了 个 层次 ) 。 内 分 支 的 终端 是 相 邻 层 次 的 分 支点 ， 外 分 支 的 终端 是 一 个 分 支点 及 一 个 葡萄 糖 残 基 《〈 末 端 基 团 ) 的 非 还 原 性 末 端 [29]。 近来 关于 粘 多 糖 蛋 白 的 研究 又 了 解 到 另 一 种 不 同 的 分 支 结构 。 和 蛋白 质 构成 骨架 ， 许 多 糖 链 的 末端 醛 基 从 旁边 连接 到 轴 骨架 上 去 ， 比 如 通过 半 缩 醛 链 (hemiacetal links) 与 丝 所 国 酸 羟 基 连 接 对 于 最 复杂 的 多 方向 生物 合成 了 解 得 较 详 细 的 是 时 细胞 壁 的 合成 “3:J， 图 26 是 斯 特 明 格 尔 `“32: -提出 的 结构 ， 由 不 大 寻常 的 分 支 机 制 及 聚 甘氨酸 链 交 联 而 形成 。 这 些 链 由 甘 * 226° 氨 酰 -sRNA 衍 生 而 来 ， 但 因为 此 过 程 不 人 六 § 3 各 于 核糖 体 或 模板， 所 9 : ’ 以 SRNA 在 此 似乎 只 Ser Ser Ser 是 行使 一 个 携带 能 量 的 附加 物 的 功能 ( 见 a 图 25) [s%]。 这 种 结构 的 生物 合成 提出 了 很 有 图 25 多糖- 蛋白 质 复 合 物 的 片段 。 兴趣 的 问题 cs:3。 TA TA TA | 1 LT 天 Y¥—x: Y——x-@-Y——-x-@-Y-———_-x: a——Y——x: 了 一 一 入 一 一 信 一 和 一 一 信 一 全 了 一 一 久 x——Y¥——X Y——X: Y——X-9-Y——-X: 一 < 人 图 26 ”金黄 色 葡萄 球菌 细胞 壁 肽 聚 糖 的 结构 。X (和 N- 乙 酰 Maw) 及 Y(N- 乙 酰 胞 壁 酸 ) 是 肽 聚 糖 中 的 两 种 精 。 O, 四 肽 的 氨基 酸 ，L- 丙 氨 酰 -D- 蜡 谷 胺 酰 -L- MAM-D-HA Bs @， 连 接 肽 聚 糖 的 五 甘氨酸 桥 。 新 生 的 肽 聚 糖 单位 带 有 五 甘氨酸 开 链 ， 如 每 一 个 链 的 左 侧 所 示 。TA-P 是 细菌 的 磷 壁 酸 抗原 ， 通 过 一 个 磷酸 二 酯 键 与 多 糖 相连 。 〈 引 自 斯 特 罗 明 格 尔 等 (32] ) * 227。 WI. . egy ee 我 用 几 句 关于 生物 信息 传递 的 特性 的 话 来 结束 此 文 。 信 息 传 递 是 一 种 需 能 反应 ， 是 一 种 转录 ， 这 种 转录 与 沿 模板 进 行 并 生产 出 线性 链 的 缩合 反应 相 偶 联 。 它 同 我 们 的 印刷 机 不 ,是 一 样 ， 印 刷机 上 的 字母 是 不 连接 的 ， 一 般 地 印 出 有 成 千 上 万 时 个 互相 分 离 的 字母 的 一 页 页 印刷 品 。 而 在 一 种 骨架 结构 中 带 有 信号 侧 链 的 分 子 的 排列 成 行 必 须 一 个 一 个 地 加 上 去 。 这 种 活动 在 活 细胞 内 进行 得 非常 决 ， 而 且 能 把 大 量 的 信息 填 装 在 量 很 小 的 空间 里 。 为 了 说 明 这 个 问题 ， 我 烈 出 一 张 图 (图 27)。 这 要 感谢 博 伦 姆 (上 .J.Bollum) 博 士 , 这 是 他 在 洛克 菲 勒 大 ”学 做 演讲 时 用 的 图 。 这 张 图 把 一 种 最 小 的 携带 信息 的 DNA- 昌 辛 斯 海 默 CSinsheimer) 噬菌体 乙 -x=-DNA 的 想像 中 的 碱 基 顺 序 放大 了 。 图 中 连续 链 弯 曲 是 受 书页 篇 幅 限 制 的 缘故 。 大 肠 杆菌 染色 体 DNA 链 的 信息 这 样 列 出 来 大 约 要 用 3000 页 ， RAAWKE CERAM? ， 所 有 这 些 信息 都 压缩 在 大 约 1. 1 毫米 的 线 眉 里 。 信 息 从 DNA 转 录 到 RNA 时 ， 把 它 分 成 更 短 的 线 疏 。 一 个 mRNA 分 子 约 编码 半 打 蛋白 质 最 后 ，mRNA 的 翻译 产生 单个 的 蛋白 结构 ， 这 就 是 信息 传 量 递 的 最 终结 果 。 形 象 地 说 ， 它 们 就 是 生命 机 体 的 血肉 和 内 脏 。 遗传 信息 产物 的 形状 如 图 28 中 〈 右 侧 ) cas 放大 了 的 肌 | 球 蛋 白 空间 模型 所 示 。 图 27 中 线性 密码 信息 的 想像 图 和 图 28 — 最 终 的 三 维 产物 之 间 的 对 比 是 非常 鲜明 的 。 当 我 第 一 次 看 到 】 这 个 蛋白 质 模 型 时 ， 它 给 我 的 印象 好 像 是 一 幅 抽象 派 的 艺术 作品 。 它 使 我 不 由 得 到 纽约 格 根 海 姆 CGuggenheim) 博物 馆 去 ， 在 那里 我 看 到 勒 卡 基 斯 的 一 件 雕 塑 品 ， 我 认为 它 与 肌 球 蛋 白 颇 为 相似 〈 图 28 左 ) 。 / °T OOOS LH sf FM IF Be SB BH GY 4 VNC — OH OE EY PD CV NG-*- > VNCS8 DY Rea Le HO- DDD LLOOILYLVLVLVLLLODODDDDDIODDDNDDD DIDO LODOLIIDILIODOLVLLYS ODIDILILIOVOVO VIOLIN INOHILIVIDIOIVIO NOVO WOVLVLV LV VVVVVVLLVLYVVLODODOLVLVLYVLODODODODVLODODOLIDOLIDVLIDILIDILIDIDVDOLIDILIOILIDILIODILVOIIIDIOVLOOVLOOVLIDOLOWOVOV LLOLVOVIVLVOVOVOVLVLVSVOVOVOVYVVLIDILILIDOIOLLOLLLILIDIOLLOL LILI LIDLOLILVIVIOWIOLOLILILWOWIVIIVIOVIZOVOVLIOVOL ) J LIDOLIDOLLIDDOLLIDODILLLOOLLLODODILLIDDDILLILLDODODODODODLIDOLODILIOLIDILODILIOLIOILLIOVOILV9I999999999999999 LIDVVOVVIVVVIVIDINI999IL90099999LV9INIDIOOVIOILIDVLOOOVIOVLIDIDOLIOVLIOVLVODIDIDOLOOVOVO VOVOILOLILOLVOVOVOVOVEVS LODILDILDDILIOILIDIVI VIVIIVODLLIDOVIOVO.LIDIDOOVLODIDIDIODODVLODOLVODOLLVODIDIVODIOLLIOVLIOVVODOODILVOOLVOLODILOOV IDLVLIDIOVOOIIOVLIOVLIODOILVODOLYDOIL VDOLVDIOVLLOIOOOVVWVLLVLLIOVLIOILVIOILIOZ VOVOVIOVDOWLLVIOWIOVIOVVOOOVOOVY) Saivdveodaioovpv VLOLLVIODILLILVOIDILLIOVOVOOLILIOVLOO DOL VID IOILVVIDILVOOLOOIVLOLILILILILVOVOVOVOVOOLILOLVIVLVOOOLVOVOOLILOOVOV) LOOVLODVLLODOVLIOVLODLOOY LOD LOIVVILLVIOVODIIDOD VOILLLOLILIOVOVOILILOOVLOOLVIDILVIDILIOVLOOVLODIOIOWO VOOWLOOOOV DLYODILLVODILLVODOLYDODVLODDVLLODO VID VIDIVIVIVIDLODVLIDILODVLVDOLIDILODILIOVLILIOVOVOOVODIODNDIONNDOLLILLIIOWVOOV ee Sa Se ai Ae kh amet abe niin eh ee LOBDOVLIOVOILLIOOOVLLIOOILLIOIOVV.LIONDI LLIDOOVO VIIDIDIVIOIOOILLIOOOL LILVVLVOIOOOLLIOOVO VOOOVLOIOOILLIOOVOOTOLOLO SVD VODLILIDVLVLYDODIDLOLODV.LODIDODIDIDIDDILLIDVLODIDOLILOIODVOVLODILIODVLODIDOVLLIODILLOOLLOOLOLOLIDOLIIOLIDILION DILLVOODIIILLIDOVOOILIOOOOOVLVLVLODOD LVLVLVLVOOLIDIOIOVOVOVOVOOLOLOLLILIILLILILILI LIL LLLLLLIOILLIOOOV LY LVOIGIOIY Caen ene eee ee oe neo OL ya a nee a oi vovpgpaLLoDUVLaDa~D0D004 DVIVDVOVLIDILIDILYLOLILVILILIDILIVIDODVOVOVOILOLIDIDIDIDVOIDIDIODVLILVLILVLVLOLVLOLVLOLVIOINDOLLIOOVIIDOLIOIOOL ee ene e eee ene eae ooo eo ee ee soak apooaL¥D21002 9909050 200VDVOY VOOVOVD VDD VOVOVOVOVOVOVLVLVDVOVLVLLOD DDILVLLVOIDIOLIOLINLI9NIO VOVOOVOOLLIODOLLINILINIOILVOILIOLIOVIOO QOVOVOW> (SUEYVEVESE DEST LEY LO TIDIVULLOLLVL991 1 LY 191101 9101101 V1.ViVI¥190909020090" 122008 ve eye yOVI.LVDODDDILVDVLVDD 39V9V9V99I99999999999VLIDLLVODIOLVILIOOVLLODD VLLILVDIDILOOVOVOVOILIDLVDOLVDOLVO VOLILLIOVS VOIOVLLVOIOIOLVOVEVOOS YDOD.LLYODOLVDVOVDDVLILOLVLVLY9DDD9D9D9D0DILYDIODV LODOVLVLLVDOLLVODOLLVODILVIOLVOVIVODOLVOOLVIOLLOVOOVLVOILVODS ( yonv LLODDOVLIDVLODLVOILVLVLODDVLLDIDDLLV.LODILLODDIDVOVOVOVIOVLODLODLLOOVIVOVOVLOOVLOOVLIDLVSOIOOVIOVIDOOVIIOWY OVDVOILVDVLODOVOILLLOOOVODILVOVLVOVLVDDVLODLVLVLVLIDIOIDILVLODDOLLIOVLODVIVOVOVLIDOLVODLIOVLOIOOOOOOLLOLIVYVVV 1999.1V9999 VAVOVLDDDDVVVIOVVOVOOVLLIDOVLLOLVDOLVOOLODVLIDIDOIVIDIVOOILLLLLLILVOILIOVIVOVIVOVIVODILLVOOILLLVVL IO SYDDILLLVILYDIDILLVLLVLODODLVLLVIDIOVVLLIDIDOOLVLLVLODOOVLLVLLIODOVLLIDOIOLLLVODOLLVLI DOOLILOVLOLLLVOOLIOWVLOLD ¥099999V99VD99090999999LIDVDLOLOOLILVOLOODVIVOOLVOILVOOLVDILVOLOLVOIOIOIOVLILVILLV LODDIDOVLLOLLVOOOIOO QD OVOOVV 7) (D9DSVLVILLLODPODODVELVILLOLIVELVLODIODOLYOILLYODOLLVOOLLYOOLVLY20LD90 LOD LOLOL 2000 B Ro 030309Y390VYDaoLLvILDDov9 VOVLLLODOVLLLVDOVDODILVIOLOLOLOLLVOVLOILOVOOVLIOVOOVILLOOVLLIOVILOOOVLLIIVLLIOVOOIA VLE IDVLIOIVIIOVOOOLLVLLOOOVO (LYB0.LVOaVODVORVVDDDVELOLLSDODVIOLLLDIVODLVODDVOOVILLEVVVOD0VOVYLODYLO LYDDO LANDON a YogVESOLV3oSLODIDLDDL LOOVLVLVLOVLIDVLIDLLOVIILLVIOLVDIZDILLDIVLIOOVLOOLOVOOLILVIIIIDOVIDOILLOOVVVIII VIIOILLWOLIIOVLILLVIOOLOOLOLOOL LOLYDOLODLVODVLLLDLIOVLODLODVLODLODVDLOOVLOOODOOVLVDIL VIO. VODLIVIVILIDLILYDILVOLS SLOIOVLIOOOIVLILOOOVLLINOIOVY (Giv9210201 29¥2D91L0¥ 9199 VOLIOVILOVIILVIIOILIVIOL IOLILVPILVOILYOIOVALLLVLV9IOID VL 99 9VLIOVOOOLIDOLVIOOVLIOVOILVOVE Cig C23 C3) C4) C53) C63) ae A28 AAR +e HAM (Michael Lekakis) 右 图 ， 肌 红 和 蛋白 模 型 (AB: GBB (John Kendrew))€53) 参考 文 献 Chou，T.C。& Lipmann, F, (1952) 。Separation of acetyl transfer enzymes in pigeon-liver extract.J.biol. Chem. 196, 89—103, | Lipmann, F, (1960) , Attempts toward a formulation of bio- logical use of energy in terms of chemical potentials, In Molecular Biology, pp.37—47.Ed. by Nachmansohn, D.New York : Academic Press, Cori,C, F.(1939). Enzymatic breakdown and synthesis of carb- ohydrate,Cold Spring Harb,Symp. quant, Biol, 7 , 260—268, Leloir, L. (1964) . The biosynthesis of polysaccharides, Proc, Plenary Sessions, 6th int, Congr. Biochem., New York (1.U.B.vol.33) , pp.15—29. Hestrin, S. (1959). Substrate specificity of chain propagation steps in saccharide synthesis, J. cell, comp, Physiol, 54,Su- ppl.1, 127—137. , Gruuberg-Manago,M. & Ochoa, S. (1955). Enzymatic synthesis and breakdown of polynucleotides; polynucleotide phosphoryla- se. J, Am, chem, Soc, 77, 3165—3166. Katchalski, E.(1964). Use of poly-a-amino acids in biological studies, In New Perspectives in Biology, pp.51—68. Ed.by Sela, M. Amsterdam: Elsevier, « 230° C8) C9) C10) C11) (12) C13) (14) C15) C16) C17) C18) C19) (20) C21) C22) Soodak, M.& Lipmann, F, (1948) . Enzymatic condensation of acetate to acetoacetate in liver extracts.J, biol.Chem, 175, 999—1000, Stadtman, E, R., Doudoroff, M. & Lipmann, F. (1951). The mechanism of acetoacetate synthesis.J, biol, Chem, 191, 377— 382. Lynen, F. (1965) .Der Weg von der “aktivierten Essigsaure” zu den Terpenen und Fettsfuren. Angew.Chem.77, 929—944. Wakil, S. J. (1958) . A malonic acid derivative as an inte- rmediate in fatty acid synthesis, J, Am. chem, Soc.80,6465. Klein, H, P. (1957) . Som observations on a cell-free lipid synthesizing system from Saccharomyces cerevisiae. J. Bact. 73, 530—537. Lynen, F, (1959). Participation of acyl-CoA in carbon chain biosynthesis, J, cell, comp, Physiol, 54, Suppl. 1, 33-49. Lynen. F.(1967). The role of biotin-dependent carboxylations in biosynthetic reactions, Biochem, J. 102, 381—400. Webster, L.T. (1967). Studies of the acetyl coenzyme A synt- hetase reaction.V.The requirement for monovalent and divalent cations in partial reactions involving enzyme-bound acetyl adeny- late.J biol .Chem.242, 1232—1240. Lipmann, F. (1967), Peptide bond formation in protein bio- synthesis, In Regulation of Nucleic Acid and protein Biosy- | nthesis.pp. 177—186. Ed. by Koningsberger, V. V. & Bosch, L. Amsterdam: Elsevier, Mooz, E, D. & Meister, A, (1967). Tripeptide(glutathione) synthetase, Purification, properties, and mechanism of action, Biochemistry, 6, 1722—1734, Strominger, J.L (1962). Biosynthesis of bacterial cell walls. Fedn Proc, ‘Fedn Am, Socs exp, Biol, 21, 134—143. Lynen, F, (1961). Studies on the biosynthesis of the terpenoid side chains of quinones, In Ciba Fdn Symp. on Quinones in Electron Transport, pp. 244—261. Ed. by Wolstenholine, G. E.W. & O’Connor, C, M, London: Churchill, Popjak, G. & Cornforth, J. W. (1966) . Substrate stereoche- mistry in squalene biosynthesis, Biochem, J..101, 553—568, Ziegler, K. (1964) . Folgen und Werdegang einer Erfindung, In Les Prix Nobelen 1963, pp. 165—184. Stockholm: Impr- imerie Royale P. A. Norstedt & Séner, Cairns, J, (1963) . The Chromosome of Escherichia coli, Cold Spring Harb, Symp. quant. Biol, 28, 483—46, * 231° [23] Sueoka, N. & Yoshikawa，H。 (1963). Regulation of chrom, some replication in Bacillus subtilis, Cold Spring Harb, Symp. quant, Biol, 28, 47—54, (24) Mitra, S. & Kornberg, A, (1966) 。 Enzymatic mechanism ~ of DNA replication, J, gen. Physiol. 49, no. 6, part.2, 59 一 -795 (25) Canellakis, E.S., Kammen, H, O. & Morales, D. R.(1965). Studies on the enzymic synthesis of thymidine-3’ -triphosphate. | Proc, natn. Acad, Sci.U. S. A, 53,124—187, (26) Olivera, B. M. & Lehman, I, R. (1967) .Diphosphopyridine — nucleotide: a cofactor for the Do enzyme — from Escherichia coli, Proc, natn, Acad, Sci, U. S,A.57 ”1700 一 1704。 [27] Zimmerman, S. B., Little, J, W., Oshinsky, C.K. & Gelle- rt, M, (1967) . Enzymatic joining of DNA strands: a novel reaction of diphosphopyridine nucleotide, Proc, natn, Acad, Sei .U. S, A. 57, 1841—1848, (281 Weiss, B., and Richardson, C, C, (1967) . Enzymatic brea kage and joining of deoxyribonucleic acid, I, Repair of single- strand breaks in DNA by an enzyme system from Escherichi® coli infected with T4 bacteriophage. Proc, natn, Acad, Sci U.S. A. 57, 1021—1028, (291 Cori, G, T (1954) . Glycogen structure and enzyme deficien cies in glycogen storage disease, Harvey Lect, Ser. 48 (1952 —1953) , 145—171. (30) Marler, E, & Davidson, E, A. (1965). Structure of a poly- saccharide protein complex, Proc, natn, Acad, Sci. U. S. A, 54, 648—656, C31) Lipmann, F, (1966) . Probleme in der Biosynthese der Cho- ndroitinschwefelsgure, Rheumatismus 38, 1—9, : [32] Strominger, J, L., Izaki, K., Matsuhashi, M. & Tipper, D. J. (1967) . Peptidoglycan transpeptidase and D-alanine carbo- xypeptidase; penicillin-sensitive enzymatic reactions, Fedn Proc. Fedn Am, Socs, exp. Biol. 26, 9—22. [33] Kendrew, J, C, (1963) . Myoglobin and the structure of pro- teins, Science, N. Y. 139, 1259—1266. (34) RajBhandary, U. L. , Chang, S, H., Stuart, A., Faulkner, R. D., Hoskinson, R. Ms. & Khorana, H. G. (1967) . Stu- dies on polynucleotides, LXVIII, The primary structure of yeast phenylalanine transfer RNA. Proc, nat, Acad, Sci, U. S, A, 57 751 一 758。 , (35) Robbins, P, W., Bray, D. , Dankert, M., and Wright, A. (1967) .Direction of chain growth in polysaccharide synthesis. Science 158, 1536—1542, 七 、 从 生物 合成 进化 的 现 阶 段 设 想 过 去 ” 区 纽约 州 纽约 市 洛克 菲 勤 大 学 引起 我 讨论 这 一 问题 的 基本 动力 是 我 对 遗传 信息 传递 系 统 在 有 生命 伊始 就 必 不 可 少 的 这 种 说 法 感到 不 安 。 过 去 ， 似 乎 一切 研究 都 集中 在 利用 假设 可 能 利用 的 能 源 上 。， 如 电 的 有 释放 将 不 同 来 源 的 碳 及 氨 合 成 核 苷 酸 和 氢 基 酸 ， 从 而 又 合成 多 核 苷 酸 及 多 肽 。 依 我 的 理解 ， 这 两 类 化 合 物 对 人 有 魅力 ， 说 明 这 璋 的 假设 ， 即 它们 在 一 开始 就 是 很 重要 的 。 由 于 我 对 先 有 鸡 而 不 是 先 有 蛋 的 说 法 不 满意 ， 我 便 试 图 找到 代替 它 的 论点 。 我 恐怕 要 说 的 也 只 是 目前 关于 生命 起 源 的 大 多 数 讨论 中 谈论 到 的 那些 自然 哲学 道理 。 但 是 我 们 必须 尽力 试 一 试 。 1. 关 于 细菌 的 进化 需要 更 多 的 数据 假如 我 们 从 有 实验 证 实 的 限度 内 尽 可 能 远 地 回 顾 过 去 ， 我 们 就 会 帮 现 要 从 微生物 生命 开始 。 迄 今 人 们 很 少 接触 到 微 生物 的 进化 问题 ， 主 要 原因 是 没有 细菌 化 石 ， 没 有 给 我 们 留 下 可 供 研 究 其 进化 的 材料 。 我 们 只 有 现在 还 活着 的 微生物 ， @ 转载 自 ，The Origins of Prebiological System and of Their Molecular Matrices, S.W.Fox, Ed.Copyright 1965.Academic Press, Inc., New York, 以 前 曾 有 过 什么 ， 很 不 容易 得 到 。 我 找 过 一 些微 生物 进化 图， 发 现 最 好 的 一 幅 是 克 卢 弗 尔 〈Kluyver ) 和 范 。 尼 尔 (Van Niel) (1936) 所 提供 的 〈 图 1) 。 这 幅 图 基于 这 样 的 假设 ， 在 较 复 杂 的 微生物 出 现 之 前 还 有 一 个 最 原始 的 球 图 1 细菌 进 化 的 假想 图 〈 引 自 克 卢 弗 尔 及 范 。 尼 尔 ，1936) 。 菌 。 这 些 较 复杂 的 微生物 是 由 原始 原 球菌 分 支出 来 的 。 这 种 复杂 的 微生物 长 出 细胞 器 等 等 。 我 所 能 看 到 的 是 球菌 的 代谢 ， 作用 已 经 相当 完备 。 一 些微 生物 学 家 甚至 不 愿意 谈 及 高 级 生 © 物 ， 因 为 从 代谢 作用 的 角度 上 说 ， 微 生物 往往 更 有 意思 。 微 生物 种 类 繁多 ， 有 一 个 代谢 谱 ， 这 在 高 等 生物 中 已 经 大 部 分 没有 了 或 只 保留 了 其 中 的 一 部 分 。 生物 进化 中 的 微生物 阶段 是 一 个 高 峰 ， 现 在 我 们 不 得 不 及 时 地 回 过 头 去 。 正 是 在 这 个 阶段 里 ， 大 多 数 的 代谢 载体 于 (一 般 称 之 为 维生素 ) 已 经 形成 ， 我 们 有 了 从 DNA 向 RNA 然 ， 后 向 蛋白 质 的 信息 传递 ， 这 一 阶段 已 为 进一步 发 展 做 好 了 充 时 分 的 准备 ， 但 这 种 原始 的 生物 还 没有 真正 达到 形成 个 体 的 阶 贫 。 当 人 们 看 到 按 指数 速度 生长 着 的 微生物 培养 基 时 ， 就 可 国 。 234° Sa 疏 意 识 到 它们 不 是 真正 意义 上 的 个 体 。 而 是 连续 的 复制 过 程 ,实际 上 大 科 不 能 把 一 个 个 个 体 区 分 出 来 ， 它 是 一 条 生长 着 的 链 。 但 这 和 我 们 当前 的 讨论 没有 多 大 的 直接 关系 。 在 大 多 数 微生物 里 还 没有 找到 大 的 细胞 内 结构 〈 这 种 结构 首先 出 现 于 高 等 生物 中 》 ， 特 别 是 在 许多 低 等 微生物 中 没有 线 粒 - 体 ， 唯 一 的 结构 是 核糖 体 。 微 生物 里 负载 着 核糖 体 ， 是 因为 它们 需要 快速 生长 ， 即 蛋白 质 合成 。 现在 ， 为 着 要 勾画 出 进化 的 步 又 ， 我 愿意 假定 多 核 苷 酸 和 和 蛋白质 的 形成 是 在 晚期 。 让 我 们 暂时 离开 这 些 ， 先 考虑 一 下 我 们 对 复制 机 制 的 了 解 过 程 。 我 们 最 近 对 这 方面 的 了 解 所 以 能 这 桩 快 ， 浊 因为 我 们 从 中 间 代 谢 的 研究 中 了 解 了 生物 合 成 及 能 量 衍化 中 的 能 量 利用 方面 的 知识 。 从 代谢 方面 说 ， 复 制 机 理 相 对 地 并 不 复杂 。 和 蛋白 质 的 合成 则 是 例外 ， 因 这 种 合 成 在 供 能 方面 量 然 比 较 简单 ， 但 却 需要 将 20 种 不 同 的 氨基 酸 按 一 定 顺序 排列 起 来 的 复杂 过 程 。 所 提供 的 产能 代谢 的 化 学 作用 更 加 复杂 ， 如 果 我 们 首先 郑 虑 到 这 点 是 有 利 的 。 2. 生 物 合成 的 两 个 原则 我 们 对 代谢 的 了 解 产 生 了 两 个 我 认为 是 很 重要 的 结果 。 一 个 是 机 体 从 起 跑 线 开 始 合成 其 有 机 物质 ， 从 一 些小 的 单位 通过 化 学 途径 合成 。 第 二 是 这 些小 单位 借助 于 一 个 多 用 途 的 缩合 剂 ATP 粘 连 在 一 起 。 我 们 尝试 绘制 一 幅 化 学 进化 图 ， CO,KCO, +H, = 甲酸 ,用 来 作为 碳 的 起 始 物 ， 通 过 还 原作 用 缩合 成 较 大 的 C- 百 - O 衍 生物 。 多 糖 可 能 是 最 早 的 聚合 物 之 一 ， 一 个 二 碳 单位 乙酸 便 成 为 脂肪 和 脂 质 这 一 大 类 的 前 身 ， 而 后 ， 所 又 通过 不 同 渠 道 参加 进来 ， 生 成 氨基 酸 ， 接 着 忻 核 苷 、 核 苷 酸 等 复杂 的 化 合 物 。 将 这 些 东 西 连 结 在 一 起 需 “1285。 要 能 量 。 自 始 至 终 、 多 数 用 于 分 子 间 脱 永 反应 的 缩合 力 都 来 : ， 自 磷酸 酥 键 ， 如 ATP 的 磷酸 栈 键 .在 这 里 ;磷酸 键 能 的 化 学 - 电位 一 般 用 于 生物 合成 ， 也 可 供给 其 他 需 能 反应 如 浓缩 守 收 缩 、 祥 经 的 作用 等 等 。 现 在 人 们 自然 蕊 经 熟知 化 学 生物 合成 的 机 理 ， 这 也 是 我 们 在 此 将 着 重 讨 论 的 ，. 因 为 在 生物 发 展 的 - 早期 阶段 ， 我 们 主要 是 在 研究 化 学 生物 合成 的 问题 现在 我 们 回 过 来 简短 地 讨论 一 下 生物 获得 缩合 剂 磷酸 本 键 的 情况 。 我 们 发 现 生 物 借 能 量 偶 联机 制 得 到 缩合 剂 ， 最 初 得 到 的 是 电子 转移 电位 ， 即 三 种 氧化 还 原 Bh. AA, SF 化 还 原 电位 又 转化 成 基 团 电位 。 我 建议 用 基 困 电位 来 测量 册 : 含 能 链 衍化 而 来 的 自由 能 图 2%) 。 在 化 学 代谢 作用 的 起 始 - Se He : 磷酸 受 体 Awe oP A2 电子 传递 和 高 能 磷酸 酯 生成 之 问 的 可 逆 性 偶 联 的 交叉 图 解 。 栅 状 苹 圈 表 示 中 间 步 骤 的 未 知 机 制 。 CR CHoch) RAH B, 1954) 进化 阶段 ， 可 以 不 把 氧 而 把 正 铁 离子 、 硫 酸根 和 有 氮 看 作 是 氢 . * 236 ° WELK, WAP ALL EAR Hen Sia, UBS Fee Meee REL, JOPPA oh BA TEAL Ak SP INE A 也 化 学 个 联 是 生 全 起 源 的 设想 现在 我 想 假定 两 种 化 学 能 五 换 的 偶 联 机 制 可 能 是 生命 改 生 的 第 二 步 。 从 最 近 发 现 的 细菌 进化 中 的 光合 作用 我 断定 这 二 类 型 的 能 量 衍化 是 二 个 后 来 者 。 在 此 我 们 简要 地 叙述 一 下 它 的 细节 。 看 来 无 机 焦 磷酸 在 三 磷酸 腺 苷 之 前 早 就 作为 一 种 能 量 载体 出 现在 地 球 上 的 假设 是 可 以 接受 的 。 显然 ， 如 同 活 的 有 机 物 一 样 ， 地 球 也 是 一 个 所 谓 的 热力 学 开放 系统 ， 因 为 它 不 断 地 吸收 太阳 的 能 量 。 可 以 看 到 地 球 上 能 量 的 循环 是 独立 于 生命 请 之 外 而 进行 的 ， 我 建议 把 这 种 循环 看 作 和 生物 能 量 转化 相同 的 作 用 ， 或 者 看 作 是 生物 能 量 转化 的 前 导 。 水 的 循 环 引 起 了 我 的 注意 ， 如 图 3 所 示 ， 太 阳 的 热 通 过 蒸发 作用 把 水 ， 主 要 从 海里 提升 到 同 顶 或 云 层 中 。 像 在 二 个 回流 的 . 冷凝 管内 一 样 ， 水 在 较 冷 的 大 气 上 层 中 冷凝 A, 又 流 到 平原 ， 回 归 大 海 。 热 能 以 这 种 方式 237。 通过 水 的 蒸发 上 升 而 转 化 成 机 械 能 。 这 种 能 量 广泛 地 用 于 水 力 发 电 就 是 能 量 偶 联 做 功 的 一 个 很 好 的 例子 ， 邯 由 热 到 机 _ 械 功 的 能 量 循环 。 我 们 还 看 到 ， 陆 地 上 生命 的 发 展 依赖 于 “ 这 种 水 的 循环 。 现在 我 们 来 把 这 种 无 机 循环 和 生物 内 能 量 的 循环 比较 一 下 。 最 显著 的 特性 见 图 4 。 这 是 我 在 1941 年 绘制 的 。 我 用 一 个 代谢 轮 表 示 将 外 界 可 利用 的 能 量 转 化 为 用 于 内 部 的 系统 ， 这 种 转化 是 通过 把 氧化 还 原 电位 转化 为 可 供 生物 合成 用 的 磷 酸 基 团 电位 而 完成 的 。 假 如 和 图 3 比较 一 下 》 就 可 以 看 到 它 们 与 生物 外 的 物理 能 量 转换 循环 ( 即 产 热 的 重力 位 能 ) 之 间 的 相似 性 。 因 此 有 理由 假定 ， 以 某 种 方式 ,通过 把 地 球 ,上 各 种 系统 中 存在 的 氧化 还 原 电 位 ;转化 为 对 各 种 化 “ 图 4 产生 一 人流 的 代谢 泵 。 一 P 由 腺 昔 酸 进出 ， 腺 背 酸 好 像 电线 ， 把 电流 传 扩 开 。 肌 酝 一 P 起 着 P- 积 蓄 器 的 作用 。 (47% 2, 1941) #238 ¢ 学 缩合 反应 都 非常 有 用 的 磷酸 键 能 ， 而 形成 一 种 化 学 能 量 的 循环 。 例 如 ， 氢 作为 氧化 还 原 的 供 体 可 以 与 硫酸 根 起 反应 ， 我 们 知道 在 微生物 体内 就 是 这 样 的 。 在 微生物 体内 ， 这 一 反 生 能 量 ， 但 这 只 说 明 某 些 原始 的 可 能 性 。 话说 得 稍微 远 一 些 ， 我 发 现 洛 文 贝 格 (Lovenberg) 等 1963 年 发 现 的 铁 氧 还 原 蛋 白 就 是 氨 的 活化 的 媒介 ， 是 较 原 始 的 催化 剂 之 一 ， 可 能 和 这 里 所 说 的 有 些 关 系 。 这 是 一 种 小 分 子 蛋白 质 ， 由 50 个 氛 基 酸 组 成 ， 但 是 含有 途 今 在 一 般 蛋 白质 中 已 发 现 的 20 种 氨基 酸 中 的 大 约 2/3， 它 含有 7 摩尔 的 铁 以 巧 妙 的 键 相 连 ， 涉 及 等 当量 的 松散 结合 的 H,S， 可 能 与 蛋白 质 中 7 个 分 子 的 半 胱 氛 酸 相连 。 铁 在 起 催化 作用 时 ， 由 Fe+ 变 成 Fess 从 催化 剂 由 原始 变 为 复杂 的 角度 来 看 ,在 这 里 找到 一 个 由 缺少 许多 种 氨基 酸 的 小 的 蛋白 质 分 子 构成 的 、 由 HS 与 铁 离 子 松散 相连 的 原始 催化 装置 ， 这 个 发 现 是 很 重要 的 。 这 可 能 就 是 在 后 来 代谢 进化 中 大 量 使 用 的 复杂 的 血 中 啉 的 前 身 。 同 样 复 杂 的 镁 中 啉 〈 即 叶绿素 ) 不 大 可 能 出 现在 化 学 进 化 的 早期 。 假 如 不 是 由 于 其 他 原因 ,这 就 意味 着 光合 作用 出 现 较 晚 ， 在 厌 氧 梭 状 芽孢 杆菌 中 高 度 发 展 了 的 化 学 合成 出 现 于 “光合 作用 之 前 。 我 们 必须 记 住 ,代谢 进化 要 从 原始 阶段 开始 ， 我 们 今天 看 到 的 微生物 世界 仍然 以 厌 氧 代 谢 为 主 ， 和 大 多 数 动物 不 一 样 。 许 多 在 代谢 上 高 度 发 展 的 微生物 ,如 梭 状 芽孢 杆 菌 ,是 绝对 的 厌 氧 生物 ,它们 中 间 许 多 都 没有 血路 啉 催化 剂 。 4. 作 为 能 量 载体 的 焦 磷 酸 从 磷酸 方面 来 说 ， 假 定 磷 酸 基 团 电位 的 产生 可 能 起 源 于 天 机 焦 磷酸 这 种 原始 基 团 载体 是 有 道理 的 。 尤 尼 Guni) 等 | 于 切 48 年 在 许多 微生物 以 及 一 些 较 高 级 生物 中 ,发 现 有 大 量 的 聚 磷酸 。 一 部 分 聚 磷酸 以 不 溶性 偏 磷酸 的 形式 出 现 ， 可 能 是 为 了 贮存 ， 但 更 多 的 在 代谢 上 更 活 浅 的 可 溶性 得 链 聚 磷酸 似乎 也 存在 。 这 些 聚 磷酸 进入 代谢 库 的 再 循环 是 很 难 表示 的 。 科 恩 伯 格 等 在 1956 年 证 实 ， 聚 磷酸 向 三 杭 酸 蛛 苷 缓慢 地 BEA. 他 们 断定 聚 磷酸 中 的 磷酸 基 团 电位 比 六 TP 中 的 低 ， 但 并 不 排除 聚 磷酸 作为 原始 载体 的 可 能 性 。 哈 兰 德 。 伍 德 (Harland Wood) 和 他 的 同事 秀和 伍德 (5iu and Wood, 1962) 发 现 了 一 个 非常 有 趣 的 反应 ， 看 来 与 此 间 题 有 关 。 妇 图 :5 所 示 ， 他 们 发 现 无 机 磷酸 可 作为 磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 (PEP) 高 能 磷酸 键 的 接受 分 子 。 此 转移 反应 与 CO; 的 固定 A. RM, 当 磷 酸 由 焦 磷 酸 转移 产生 PEP 时 ， 就 有 CO — 释 出 。 较 普遍 的 反应 类 型 列 在 下 面 以 资 比较， 在 :这 里 GDP 是 磷酸 的 接受 分 子 ， 或 反 过 来 说 ，GTP 是 磷酸 UK, He 的 反应 是 无 机 磷酸 可 能 作为 磷酸 接受 体 以 生成 焦 磷 酸 的 一 个 草 栈 乙酸 + PP 二 P- 烯 醇 式 丙酮 酸 +CO:+Pi | RZ + GTPSP-e MAT MM + COs + GDP | 图 5 集 磷 酸 酯 在 生物 合成 中 的 功用 。 ( 引 自 秀 及 伍德 ， 1962) [ATP + HOSE mae + PPP, AF?-6.74 24+ 本 ATP + L-StR—2S- RARE SUR +PPPs, AF*—0,04 8 4-8 des 洗 ee 图 6 三 紊 克 酸 醒 在 生物 合成 中 的 功用 。( 引 自 马 德 及 曼 思 ，1963) AF. HABE, URNA, SAAT A eRe 酸 供 体 人 参与 反应 。 另 一 个 类 似 的 绝妙 的 反应 是 哈 维 。 马 德 和 受 恩 (Har v- ey Mudd and Mann, 1963) 在 研究 活性 蛋氨酸 合成 biel S MRM, MET YATPSERRRNN, HY EOE 磷酸 酯 ， 这 也 是 一 个 可 逆反 应 ， 见 图 6 。 这 是 一 个 很 有 趣 的 反应 ， 在 其 中 三 磷酸 置换 掉 蛋 氨 酸 而 与 腺 苷 核糖 5 位 碳 原子 粘连 。 另 一 个 有 着 非常 相似 机 理 的 例子 是 在 巴克 尔 辅酶 生成 时 (Barker; 1961) ATP 与 oe HE BLOWN M. 这 里 通过 三 磷酸 酯 的 置换 ， 腺 苷 核糖 5 位 碳 原子 与 中 心 钴 相 连 。 5. 微 生物 生命 的 进化 现在 我 们 来 讨论 这 个 较为 困难 的 问题 ， 看 看 如 何 能 在 早 期 建立 的 能 量 循环 与 我 们 现在 所 看 到 的 充分 上 友 展 了 的 微生物 之 间架 起 一 座 桥梁 。 我 们 从 生物 发 展 后 期 的 历史 知道 ， 每 一 ”个 发 展 都 是 一 步 步 进 行 的 ， 因 此， 我 正 尝试 着 从 生命 系统 上 友 生 以 前 的 最 初 几 个 阶段 开始 ， 设 计 这 样 一 个 分 步 的 代谢 进化 过 程 。 我 们 的 任务 就 是 把 每 一 步 之 间 的 空隙 填 上 。 首 先 ， 也 . 是 最 困难 的 ， 是 要 提出 生物 在 把 自己 的 个 体 圈 起 来 以 前 ， 亦 即 真 正 的 成 为 一 个 生物 体 之 前 的 那 一 段 发 展 DE. ERD 后 ， 内 部 结构 的 发 展 看 来 是 缓慢 的 。 我 已 经 简单 说 过 ， 在 已 经 有 细胞 壁 包围 的 较 原始 的 微生物 中 ， 我 们 看 到 的 唯一 的 内 部 结构 是 相当 简单 的 核 蛋白 体 。 我 们 推 想 它们 在 那个 阶段 可 能 是 完全 厌 氧 或 者 大 部 分 厌 氧 的 。 熟 悉 磷 酸化 反应 发 展 图 的 人 会 记得 我 们 把 磷酸 化 反应 分 为 两 种 类 型 。 第 一 种 是 发 酵 磷 酸化 反应 ， 假 定 它 在 进化 的 早期 就 已 发 生 。 用 实验 室 的 行 话 ， 叫 做 “ 抽 提 的 ”磷酸 化 反应 ， 因 为 它 不 依赖 于 复杂 的 细 胞 结构 ， 而 受 底 物 的 限制 ， 并 且 有 化 学 计量 关系 。 容 易 给 人 以 它 是 第 二 种 氧化 链 磷 酸化 系统 的 祖先 的 印象 ， 这 种 系统 是 在 呼吸 作用 参 人 后 才 发 展 起 来 的 ， 而 现在 则 更 加 普遍 ， 更 加 ‘© 241° 有 效率 但 也 更 加 复杂 了 。 在 这 一 机 理 中 ， 每 一 对 氧 原子 通过 一 系列 的 气 载体 从 底 物 转运 到 氧 ， 将 产生 3 个 或 更 多 的 磷 酰 基 。 发 酵 作 用 的 机 制 要 简单 得 多 ， 但 仍 有 一 个 问题 ， 奥 巴林 COparin) 很 早 就 认识 到 了 ， 那 就 是 ， 我 们 如 何 获得 催化 剂 ? 我 们 需要 各 种 催化 剂 ， 我 们 必须 找到 具体 多 种 形式 的 原 始 催化 剂 来 促进 上 述 的 反应 。 我 们 已 经 考虑 到 一 种 无 机 类 型 的 发 酵 作 用 ， 和 艾 如 把 氢 转 移 到 硫酸 根 或 把 再 :> 转移 到 Fe”…*。 人 们 可 能 还 记得 在 这 个 反应 里 铁 氧 化 还 原 蛋 白 是 一 个 原始 的 催化 剂 。 6. 渐 进 的 化 学 合成 的 演化 现在 我 们 必须 谈 一 谈 复 杂 的 多 碳 结构 的 发 展 。 我 从 大 体 上 推 想 ， 最 早 的 碳 链 应 该 是 一 种 糖 的 类 型 。 己 糖 、 成 糖 以 及 二 碳 乙 酸 是 许多 发 酵 作 用 的 底 物 和 产物 。 因 而 推测 脂肪 酸 的 合成 是 一 种 较 普 通 类 型 的 合成 脂肪 酸 的 发 酵 作 用 ， 最 常见 的 是 丁 酸 类 型 。 看 来 这 些 向 我 们 显示 出 一 个 从 糖 到 脂肪 的 代谢 演化 阶段 。 表 1 简单 地 概括 并 肯定 了 ， 和 氮 基 酸 结构 演化 的 方 向 是 按照 糖 的 发 酵 反应 中 所 发 展 起 来 的 方法 学 继 发 而 来 的 。 20 个 氨基酸 由 上 到 下 依 化 学 复杂 性 顺序 排列 。 这 里 还 可 以 看 到 ， 昌 然 酮 成 二 酸 及 草 酰 乙 酸 一 般 认为 是 呼吸 的 中 间 产 物 ， 但 似乎 也 在 复杂 的 酵 解 作用 中 出 现 。 看 来 许多 氛 基 酸 都 或 多 或 少 地 直接 起 源 于 糖 和 脂肪 酸 ， 通 过 起 始 的 缩合 反应 ， 继 而 主要 通过 对 ao- 酮 酸 的 转 所 作用 把 氯 固定 上 去 。 表 1 是 分 段 描述 的 ， 但 引用 全 表 是 要 证 实 ， 较 复杂 的 分 子 是 由 小 片段 只 按 玫 个 基本 的 生物 合成 原理 在 发 酵 过 程 中 演化 而 来 。 而 不 是 要 把 这 种 分 子 演 化 说 成 是 在 酶 出 现 以 前 就 可 能 存在 的 向 敏 生 物 前 阶段 发 展 的 结果 。 。242“ 表 1 和 氨基酸 的 衍化 〈 现 代 演 化 阶段 六 来 源 FER 前 驱 物 片段 iy oo x oo Ooh e ao bs 碳水 化 合 物 碳水 化 合 物 + 脂肪 酸 ， 主要 为 脂肪 酸 复合 物 甘氨酸 Ci AAR C3; C2+Cy 丝氨酸 半 胱 氨 酸 门 冬 氨 酸 Cyt 门 冬 酰胺 苏 氨 酸 甲 硫 氨 酸 45M C(Ca+C,)- CiJ+C;=C6vC， 酷 氨 酸 谷 氨 酸 (Ca+C2)-Ci=Cs 45 FBR it HAM 赖 氨 酸 复合 物 Pea 复合 物 REAR AB AR SRERA RD 1 * RH BH (Fruton) Rw S & (Simmonds) (1958) 7. HRS FO EY AE & 这 一 简要 的 评述 是 要 说 明 以 磷酸 键 能 形式 存在 的 化 学 电 "243。 位 十 分 适用 于 复杂 化 学 体系 的 构成 这 一 课题 /尽管 不 谈 复杂 的 酶 学 ， 我 们 也 能 体会 到 往 回 设计 这 样 一 个 示意 图 的 困难 。 我 们 把 着 重点 更 多 地 放 在 诸 组 成 分 子 的 简单 性 及 通过 聚 磷酸 进行 脱水 反应 的 一 致 性 上 。 如 图 7 [ 布 坎 南 〈Buch- £38 --5-P anan, 1960) ] Bra, BeRH a a Behe, MR. PRE 2 HCOOH CH,°NH,: COOH 组 成 的 。 核 糖 是 基础 ， 在 此 基 sa 础 上 生长 出 整个 环 系统 夹 。 我 腺 背 酸 Cio Ns P) 想 指出 的 要 点 是 这 些小 片段 从 10 个 一 了 中 吸收 能 量 后 组 合 在 ， 图 7 Vw WR. 一 起 的 。 使 我 不 解 的 是 为 什么 一 定 需 要 利用 辐射 能 而 不 从 一 is ZO “ > 甲酸 ream 甲酸 HC&aiCJe = C—C , & RP ie ae enoro cine pe EL AS BeRERARTHRBR. (S18 KB, 1960) 开始 就 想到 用 化 学 能 来 进行 缩合 反应 。 图 8 列 出 一 个 更 详细 的 合成 路 线 示意 图 ， 由 左 向 右 。 喀 啶 的 合成 较 详细 地 列 人 图 9 〈 布 坎 南 等 ，1959) 。 其 开始 与 味 叭 合 成 不 同 ， 这 种 差别 很 有 意 鼠 。 这 里 ， 门 冬 氨 酸 ”是 核心 ， 在 其 上 生长 出 环 的 结构 。 门 冬 氨 酸 是 合成 “队伍 ” ° 244。 REA H= BR 图 9 EN RRAR. ; on HO. 20 ti HN ~CH, N* ~CH, be Seek OAS) Chae ee 了 Oo SN] OH COOH ‘A COOH 氨 甲 酰 门 冬 氨 酸 MARR DPN "aL REE Sa e245 里 的 突出 成 员 。 这 里 加 进去 的 唯一 的 小 东西 是 气 甲 酰 磷 酸 酯 (CCMPE) ， 它 缩合 到 门 冬 氛 酸 的 氨基 上 去 。 氛 甲 酰 门 冬 SA 酸 自 发 地 闭合 成 六 员 环 ， 生 成 乳 清 酸 。 自 此 以 下 ， 生 成 尿 萌 酸 的 途径 就 很 清楚 了 。 为 了 解释 清楚 ， 我 应 当 在 这 里 稍为 谈 几 句 有 关 CMP 〈 琼 斯 和 李 普 曼 ，1960) 的 情况 ， 它 兽 被 认 为 是 最 先 存在 的 高 能 磷酸 化 合 物 的 候选 者 《 伯 纳 尔 Bernal， 1957) 。 这 一 判断 是 吸引 人 的 ， 因 为 CMP 可 由 氰 化 物 及 无 机 磷 化 合 物 上 自发 地 生成 ， 并 且 看 来 是 唯一 可 被 生物 利用 的 在 低温 条 件 下 自发 生成 的 高 能 化 合 物 。 但 我 认为 CMBP 作 为 此 类 化 合 物 的 祖先 并 不 很 合适 。 前 已 指出 ， 我 倾向 于 以 无 机 桶 磷酸 作 原 始 的 能 量 载体 在 整个 生物 合成 中 磷酸 栈 键 所 具有 惊人 的 、 多 方面 的 缩合 能 力 是 非 同一 般 的 。 8 .多 肽 合成 演化 的 要 点 我 有 意 在 这 里 略 去 催化 剂 这 一 重要 问题 而 集中 谈 到 组 成 问题。 催化 剂 当 然 是 需要 的 。 但 在 目前 我 不 想 扩 大 到 这 个 问 题 上 去 。 多 肽 结构 对 催化 剂 的 显明 的 适宜 性 使 我 想 谈 谈 多 肽 合成 的 几 个 可 能 的 原始 阶段 。 考 虑 到 可 能 有 一 个 按 序列 形成 ， “的 原始 方法 时 ， 我 们 就 应 该 想到 细胞 壁 前 体 中 多 肽 的 合成 。 这 种 合成 以 非 模板 形式 进行 。 斯 特 罗 明 格 尔 和 他 的 小 组 (Ito and Strominger, 1960) 证 明了 依次 加 人 专 一 性 酶 ， 在 没有 模板 的 条 件 下 ， 一 个 多 肽 上 可 以 缩合 多 达 CTA 基 酸 。 这 是 没有 RNA 参 加 的 一 种 信息 传递 。 看 来 可 以 设想 原始 的 多 肽 可 以 在 没有 复杂 的 信息 传递 系统 的 情 次 十 合成 。 这 一 点 可 能 是 很 重要 的 ， 即 这 是 细胞 壁 合 成 的 模式 ， 并 可 能 解释 蛋白 样 物质 最 早 的 一 种 形状 。 多 肽 一 且 合 成 以 后 ， 它 们 就 会 立即 表现 出 作为 催化 剂 的 适宜 性 ， 特 别 是 在 与 金属 离 9246。 区 闻 ， 如 前 所 述 的 铁 氧化 还 原 蛋白 的 结合 中 。 9 。 信息 传递 的 演化 现在 许多 人 都 认为 信息 传递 可 能 不 是 最 初 从 DNA 开始 。 DNA 实 际 上 是 后 来 才 发 展 起 来 的 。 这 样 一 个 过 程 的 提出 是 因为 看 到 在 RNA 病 毒 里 ，RNA 已 足以 携带 信息 了 。 确 实 RNA 病 毒 的 变异 速度 相当 快 ， 这 对 在 发 展 的 早期 产生 大 量 的 变种 很 有 利 。 从 这 里 往 回 设想 ， 可 以 想到 最 初 仅 仅 一 对 有 APA EN GRE CORR RRR) 作为 开端 可 能 就 足够 ， 了 。 从 表 2 可 以 看 到 ， 这 人 么 一 对 碱 基 ， 就 可 以 组 成 8 种 三 联 表 2 相应 于 腺 昔 酸 - 尿 音 酸 对 的 氨基 酸 三 联 体 * 序号 三 联 体 IE 1 AAA | WAR 2 AAU 8 AUA 门 冬 酰胺 4 AUU BAR 5 UAA \ 异 亮 氨 酸 6 UAU 7 UUA FI 8 - UUU EA AR ar 可 能 的 数目 ，23= 8。 体 。 将 尼 伦 伯 格 - 奥 丘 阿 的 综合 数 据 归 纳 成 一 个 表 〈Jones and Nirenberg, 1962; Gardner ef al.,1962) ， 可 以 发 现 8 种 结合 中 具有 单一 氨基 酸 意义 的 可 归结 为 6 组 。 可 以 有 ， 许 许多 多 不 同 的 化 学 侧 链 ， 而 这 些 氨 基 酸 又 组 成 蛋白 质 。 仅 e。 247° RUA RA ERED OBIE, Be PTERRCH AOD werk OE. BSR A PO | ] 冬 酰胺 为 代表 的 二 羧 酸 类 型 。 它 是 一 个 核心 ， 可 作为 最 初 ， 起 催化 作用 的 蛋白 质 。 非 连续 性 进化 学 说 未 必 正 确 的 感觉 促使 我 作 了 王 述 探 ， 讨 。 导 致 我 试图 去 发 现 一 个 从 生物 前 ,主要 经 过 化 学 发 展 最 后 “到达 微 生物 阶段 的 连续 性 进化 历程 。 现 在 已 知 的 进化 都 似乎 ， 是 从 这 一 微生物 阶段 开始 起 步 的 。 我 试图 重新 塑造 一 个 生物 ， 发 展 的 模式 ， 即 进化 必定 是 向 表 发 展 的 ， 是 从 比较 原始 到 比 】 较 复杂 的 状态 有 序 地 发 展 下 去 。 回顾 过 去 的 发 展 需要 提出 一 些 假设 ， 而 这 些 假 设 是 很 难 也 许 是 不 可 能 加 以 证 实 的 。 我 想 在 代谢 图 里 更 仔细 地 寻找 进化 的 几 个 原始 阶段 以 期 获得 代谢 的 “活化 石 ” ”也 许可 能 找到 一 些 连 系 。 我 假定 化 学 合成 与 电子 转移 的 偶 联 发 生 在 进化 的 早期 ， 与 地 球 上 非 生物 的 能 量 ” 偶 联机 制 〈 如 水 的 循环 ) 处 于 同期 ， 这 作为 一 个 重要 的 前 提 。 近 来 发 现 焦 磷酸 酯 和 三 磷酸 酯 出 现在 可 逆 性 能 量 转移 反 应 中 ， 支 持 了 聚 磷酸 酯 是 原始 的 能 量 载体 的 看 法 。 在 蛋白 质 的 演化 过 程 中 ， 这 些 原始 的 结构 ， 如 含 铁 的 缺 氨基 酸 品种 的 氢 载 体 铁 氧化 还 原 蛋白 可 以 作为 代表 。 追 溯 得 更 远 一些 , 以 原 ， 始 方式 合成 的 细胞 壁 多 肽 可 作为 模板 前 早期 的 样本 。 本 文 主 国 要 借助 现代 的 知识 对 比较 模糊 不 清 的 过 去 的 代谢 进 兹 过 程 党 试 地 作 了 描述 。 参考 xX 献 C1) Barker,H,.A.(1961) .Federation Proc.20, 956, * 248 « C23) C8) Bernal,J.D. (1957) . Origin Life Earth Rept, Intern, Symp. Moscow 1957 p.132. Buchanan, J, M. (1960), In “The Nucleic Acids”? (E, Chargaff and J,N.Davidson,eds,), Vol. III, p. 303,Academic Press, New York, Buchanan, J.M,., Hartman, S.C., Herrman, R.L., and Day,R, A, (1959) .J.Cell.Comp.Physiol.54, Supp.I 139, Fruton, J.S., and Simmonds, S, (1958) . “General Biochemist~ ty, ” 2nd ed, Wiley, New York, Gardner, R.S., Wahba, A.J., Basilio,C,., Miller, R.S., Leng- yel, P., and Speyer, J.F. (1962).Proc.Natl, Acad,Sci., U.S. 48,2087, Hoch, F,L., and Lipmann F,, (1954). Proc. Nat. Acad. Sci, U.S.40, 909. Ito, E,, and Strominger, J.L. (1960) .J.Biol.Chem.235,PC5. Jones, M.E,, and Lipmann, F, (1960) .Proc. Natl, Acad.Sci, U.S.46, 1194. Jones, O. W., and Nirenberg.M. W. (1962). Proc. Natl, Acad. oci.U 5.48, 2115, : Juni, E,, Kamen, M.D., Reiner, J,.M., and Spiegelman, S, (1948), Arch. Biochem,18, 387, Kluyver, A.J., and van Niel, C,B, (1936). Zenir. Bakteriol, Abt.II, 94, 369, Kornberg, A., Kornberg, S.R., and Simms, E,S, (1956) . Bi- ochim. Biophys. Acta 20, 215. Lipmann, F, (1941) .Advan,Enzymol.1, 99. Lovenberg, W., Buchanan, B,, and Rabinowicz, J.C. (1963). J, Biol, Chem, 238, 3899, Mudd, S.H., and Mann, J.D. (1963) .J.Biol.Chem, 238,2164, Siu, P.M.L,, and Wood, H.G. (1962).J,Biol.Chem, 237, 3044. © 249 © 八 、 知 识 的 指数 增长 造成 的 不 均衡 性 ” F. 李 普 受 纽约 州 纽约 市 洛克 菲 勤 研究 院 [此 文系 在 1961 年 12 月 长 岛 大 学 由 赖 斯 博士 〈Dr.Lincoln Reis) 主持 的 《变化 中 的 生活 和 人 的 概念 ” (Changing Concepts of Life and Man) 专 题 讨 论 会 上 的 发 言 ] 最 近 我 常常 自问 ， 我 们 对 我 们 经 受过 来 的 变化 程度 言 过 其 实 了 吗 ? 即使 对 近来 的 变化 无 可 否认 有 夸大 之 处 ， 但 我 仍 然 发 现 随 着 自然 科学 的 成 就 ， 这 些 变化 确实 无 论 在 程度 上 或 产生 的 影响 上 都 以 不 同 寻常 的 速度 加 快 了 。 在 我 们 面前 呈现 出 一 个 按 指数 上 升 的 曲线 ，“ 反 应 ”飞快 地 进行 着 。 当 我 们 以 科学 的 进展 对 时 间作 图 时 ， 就 可 以 获得 一 条 上 升 曲线 ， 如 图 1 上 方 所 示 。 同时 ， 如 果 更 仔细 地 考察 一 下 情况 ， 就 会 发 现 它 只 画 出 了 我 们 这 个 人 主宰 的 世界 全 图 的 一 部 分 。 没 有 画 出 的 部 分 是 人 与 人 之 间 的 关系 ， 或 广义 地 说 ， 是 人 的 社会 关 系 ， 这 种 关系 并 没有 随 着 有 一 个 相应 的 根本 的 变化 。 相 反 ， 贯穿 整个 历史 过 程 ， 只 是 多 少 有 一 些 不 同 程度 的 摆动 ， 有 时 在 一 个 方面 或 者 另 一 方面 摆动 大 些 ， 但 终归 又 回复 到 原来 的 - 模式 。 我 们 接受 历史 总 的 倾向 是 有 某 种 成 就 的 说 法 ， 我 们 现 时 还 不 愿 对 这 种 成 就 下 最 后 的 定论 ， 但 历史 的 变化 至 多 也 只 @ 转载 自 Persbectives in Biology and Medicine，Vol。V，No。 8, Spring 1962, Copyright 1962 by the University of Chicago, Chicago, Ill 能 说 是 与 时 间 缓 慢 地 成 正比 的 ， 而 不 是 按 指数 增加 的 ， 正 如 图 1 中 下 面 的 曲线 所 表明 的 那样 。 我 认为 两 条 分 道 扬 镖 的 曲 线 鲜 明 地 显示 了 我 们 时 代 的 问题 。 假如 我 们 像 生 物 学 家 那样 观察 人 类 与 其 环 境 之 间 的 关系 ， 就 会 发 现 从 生物 学 进化 的 角度 来 看 ， 人 类 作为 一 种 生 物种 属 ， 在 6000 年 有 史 时 期 里 ， 即 使 有 变化 也 是 极 小 的 。 并 没有 出 现 在 很 大 规模 上 显著 地 影 啊 整 个 人 类 种 属 活动 的 变化。 相反 地 ,通过 人 类 与 其 自然 环境 间 的 相互 作用 ， 和 作为 理性 动物 在 生物 进化 范围 内 所 发 展 到 的 特殊 地 位 却 发 生 TRAIN. 变化 1 | i I 1800 1900 i960 200Q 时 间 ( 年 ) 图 II 人 能 够 通过 其 能 表达 并 记载 于 文字 的 能 力 ， 可 以 把 学 到 的 知识 交流 传递 。 这 一 点 已 被 证 明 在 我 们 对 自然 界 的 知识 的 发 展 上 是 最 重要 的 。 在 自然 科学 的 发 展 中 ， 最 近 指数 性 的 发 展 主 要 是 由 于 经 验 知识 的 交流 。 假 如 前 辈 的 知识 技巧 不 传 给 后 一 代 ， 自 然 科学 这 样 的 发 展 是 不 可 能 的 。 这 是 因素 之 一 ， 现 在 让 我 们 看 一 看 另 一 个 我 认为 也 是 重 要 的 因素 。 作 为 一 个 生化 学 家 ， 现 代 常 称 为 分 子 生物 学 家 ， 我 曾 跟 着 生物 科学 的 发 展 走 过 一 大 段 路 程 。 通 过 对 维持 机 体 生存 的 以 及 近 几 年 来 对 生殖 有 关 的 化 学 及 物理 装置 的 分 析 ， * 251° 我 们 逐渐 认识 到 在 细胞 内 存在 着 某 些 我 愿 称 为 生物 技术 学 的 东西 ， 亦 即 生物 在 细胞 水 平 上 的 问题 同 我 们 在 外 部 的 人 工 技 术 学 中 所 遇 到 的 问题 是 相似 的 。 我 们 的 集体 变 成 了 高 等 生 物 ， 其 结构 与 功能 的 原理 同 我 们 最 近 在 细 胸 学 中 所 了 解 到 的 并 无 不 同 。 这 种 细胞 内 的 或 叫 机 体 技术 学 在 进化 过 程 中 发 展 很 慢 。 对 环境 产生 变异 的 方法 是 通过 适 者 生存 这 样 一 个 缓慢 过 程 。 但 人 类 作为 一 种 有 思维 能 力 的 动物 ， 学 会 了 制造 工具 ， 极 大 地 增强 了 解决 问题 的 能 力 ， 而 在 不 久 以 前 ,我 们 的 器 官 一 直 是 用 这 种 能 力 工作 的 。 一 方面 ， 一 些 辅 动工 具 如 显 微 锁 、 电 镜 、XX 线 衍射 仪器 等 使 我 们 的 眼睛 能 识别 直到 原子 水 平 这 样 细微 的 影像 ， 另 一 方面 ， 那 种 可 以 称 为 解决 空间 问题 的 能 ， 力 ， 通 过 运载 工具 制造 工程 的 发 展 而 增强 了 。 这 些 运 载 工具 以 愈 来 愈 快 的 速度 带 着 我 们 周游 世界 并 进 大 字 宙 空间 。 这 只 是 两 个 说 明生 物 学 家 是 如 何 看 待人 类 与 其 环境 的 相互 作用 的 例子 。 实验 和 理论 最 近 使 我 们 有 能 力 获得 的 能 量 达 到 一 个 不 久 前 还 不 敢 梦 想 的 水 平 。 也 正 是 技术 学 上 这 二 特殊 的 进展 成 为 我 们 这 一 代 面 临 的 最 紧迫 的 问题 。 现 在 能 够 为 人 利用 的 能 量 已 经 发 展 到 地 球 外 的 能 量 级 ， 例 如 太阳 能 。 在 能 量 利用 问题 上 我 们 还 只 处 在 开始 阶段 ， 并 很 可 能 将 大 大 提高 现 有 水 平 。 ， 但 这 些 能 量 确实 已 经 能 移 山 倒 海 ， 并 达到 了 成 为 人 类 存在 的 “ 致命 威胁 的 程度 。 产生 这 个 问题 的 原因 ， 我 想 已 由 上 面 两 条 曲线 表明 。 曲 线 以 一 种 方式 反映 了 人 类 目前 所 处 的 困境 。 也 反映 了 作为 理 性 动物 的 人 飞跃 地 超过 作为 社会 动物 的 人 的 分 裂 状态 。 唯 二 补救 的 办 法 是 调整 下 方 的 曲线 ， 人 与 人 间 的 社会 的 、 感 情 的 以 及 政治 的 关系 需要 进行 调整 ， 使 之 适合 新 的 环境 。 这 种 环 ， * 252 。 Webi SSAA BAN HOOP ICS MMAR 环境 溶 为 一 体 的 非常 精细 的 解决 问题 的 能 力 所 造 成 。 这 就 是 僵 疾 良 方 ， 虽 然 我 能 够 看 到 从 哪里 可 以 找到 补救 的 办 法 ， 但 要 在 一 个 短 时 期 内 就 做 出 调整 是 一 个 极 大 的 难 站 f, TERERIRNONNS. ROETEMRZERS 的 天 灾 视 之 前 就 挽回 这 一 形势 ? ai nae ae > 7 - 4 Coser * 253° TL | 24.2750 58.17304 268