10 纤维组织和链状结构
10 纤维组织和链状结构 (第1/3页)
女爱因斯坦
鲍林并不是唯一一个用理论方法来研究蛋白质分子结构的科学家。多萝西·林奇也以同样的方式在努力着。实际上，她认为自己已经解决了这个问题。
林奇1894年出生在阿根廷的一个英国工程师家庭。她在英国学习数学，然后转向哲学，成为罗素①的信徒，并在罗素的波希米亚的社会主义者圈子里小有名气。她嫁给了一位物理学家，并成为第一个从牛津大学获得理学博士学位的妇女。之后她留校教授数学，并发表了多篇论文。她落拓不羁，超前于她的时代：争强好胜，抽烟，言语尖刻，追求独立的事业（她从不用夫姓发表文章），并对一切东西都充满了好奇。（除了取得过许多学术成就之外，她还就父母都在外工作的家庭中的问题写过一本社会学方面的小册子。）在追随罗素学习的日子里，她认识到所有的科学进步都直接来源于数学和逻辑。她首先将这一信念带到物理学中，接着又将
①罗素（BetrandRussell，1872—1970），英国哲学家、数学家、逻辑学家，分析哲学主要创始人，世界和平运动倡导者，获1950年诺贝尔文学奖。这一信念带进了生物学。
但是她一直与重大的科学发现无缘。在30年代初期——年近40，与丈夫离异，带着一个小女儿——林奇成为一个学术上的吉卜赛人。为了学习遗传学、胚胎学和蛋白质化学的新领域，她磨破嘴皮，到欧洲各地的生物实验室中见习。她加入了理论生物学组织，一个由英国前卫科学家组成的非正式的小团体，包括蛋白质晶体学家约翰·伯纳尔和多萝西·霍奇金。他们相信，将旧的学科用一种新的方式结合起来会促成生物学的又一次大飞跃。韦弗总是寻找新的人才以提供资助。他注意到了这个团体，知道了林奇这个人，阅读了她将数学应用到染色体收缩上的论文。在1935年，他慷慨地给了她五年的研究基金。
她很快就获得了成果。1936年，林奇提出了一种全新而又怪异的蛋白质结构。按照她的理论，氨基酸并不只是首尾相连，它们有可能以更为复杂的方式彼此联结，因而形成的可能不是链状结构，而是蛋白质纤维组织。她承认这种类型的化学键尚没有得到证实，但是争辩说，目前大家对蛋白质的了解甚少，可能存在未被发现的化学键形式并非是无稽之谈。
她是一个数学家，而不是一个化学家，但是她的纤维结构与一些实验数据吻合得天衣无缝。她最得意的一种结构是一个蜂巢形的六边形氨基酸环，将六个顶点捏起来就形成一个封闭的鸟笼结构——根据她的拓扑学计算，总共含有288个氨基酸——许多学者认为这一数字代表了许多蛋白质的基本单位。她称之为“环醇”的这一结构第一次具体地解释了不同于纤维蛋白的球蛋白，引起了人们的纷纷议论。
最初的反应是肯定的。林奇陆续发表了一些论文，详细阐述了她的环醇结构的种种优点，其中包括如何解释蛋白质在液体表面形成薄膜的能力（她说，这个笼子可以打开，形成一个扁平的飘浮物），如何激活动物体内的抗体（她认为，氨基酸的侧链可以从笼中伸出去，这就提供了反应点），等等。蛋白质专家们认真地阅读了她的文章。阿斯特伯里一开始也认同她的模型，因为他提出的一种角蛋白折叠的链状结构与林奇提出的六边形结构相差不多。
林奇一头扎进了对蛋白质结构的研究之中，自学有关Ｘ射线晶体学的基本知识。她敲开了剑桥蛋白质实验室的大门，建议进行各种实验，并拖住遇见的每一个人热情地讨论她的研究工作。不久，她掌握的知识就令她能够对Ｘ射线图谱作出有用的数学解释。她满怀激情，喜好争论，越来越痴迷于自己的研究。她试图说服每一个她觉得应该说服的人接受自己环醇的观点。她开始在科学会议上宣讲自己的思想，而报纸也开始关注这位不同凡响的女性，她似乎离解开蛋白质结构之谜的终点已经不远了。有一份报纸甚至称她为“女爱因斯坦”。
1936至1938年期间给予林奇和她的环醇的关注，在分子结构领域的学者之间引起了一定的反感。球蛋白专家伯纳尔注意到，由于林奇缺乏化学和生物学的基本知识，她的理论中存在许多缺陷。她的假设当然非常有趣，但只不过是众多理论中的一种，而且还有许多地方值得商榷。她模型中要求的四个方向的氨基酸联结从来没有被有机化学家亲眼看见过；尽管不能完全排除这种可能，但是也没有新的证据来支持这一论点。林奇的反驳——“蛋白质与别的物质截然不同，所以尽管在有机化学中没有与这一结构相类似的构造，又有什么难以接受的呢了”——也难以在研究人员中引起共鸣，因为他们对肽键的联结方式的认识早已被实验所确认。林奇的个人风格也于事无补；有些人觉得，作为一个科学家，她有些不安分，而作为一个女人，她无疑又太过分了。她让人们陷入思考，但是同时也让人们心绪不宁。蛋白质学者这一个小圈子开始分化为支持她和反对她的两派。
在林奇试图说服的人的名单中，鲍林排在很前面的位置。早在1936年夏天，林奇就给鲍林写信说：“我十分希望能有机会与您谈论一下蛋白质理论。”鲍林的反应十分热情；他们互相交换研究论文。林奇又一次写信给鲍林：“我仍然急切地想与您促膝长谈。”在1937年春天，鲍林写道：“她是一个非常聪明的人，我也赞成她现在正在做的理论推测。无疑，她的理论中蕴藏着许多事实。”不过他怀疑林奇提出的氨基酸六边形环是否稳定，是否足以替代多肽链，而且他对于林奇完全运用数学方法来研究环醇的方式也持保留意见；十五年前，他也见过一些纯粹建筑在和谐对称的数学逻辑而非实验数据基础上的晶体理论，他曾经证明其中一些理论是错误的。他认为，自然界并不严格遵循数学理论，即便遵循的话，这些理论也会相当复杂，允许有大量的偏差和一定的特殊性。鲍林开始认识到，林奇过于沉湎于创造一种“完美的对称结构”，而不是那些根据化学规律自然生成的构造。他觉得没有任何化学上的理由要求蛋白质形成环醇结构。
到了1938年，韦弗对林奇也产生了怀疑。他询问了一些科学家对于林奇的意见，但是结论并不一致——有些人认为她是一个天才；有些人则认为她的理论荒诞不经。韦弗自己开始将她视为“一条怪鱼”。她的价值在于引发讨论，但是，她把许多时间花在培植自己的信徒上，而很少花时间去证明自己的理论。他希望对环醇问题有个明确的答复，并请鲍林帮助他，因为鲍林“是极少几个不会被林奇的数学技能吓倒的人之一”。韦弗在1938年1月，即鲍林在康奈尔大学的时候，安排两人见面。
然而，在两人面对面坐下来之前，鲍林已经胸有成竹。鲍林在刚刚抵达纽约州伊萨卡的康奈尔大学的时候，就在《纽约时报》上看见一幅林奇“爱不释手地玩弄她的球蛋白精制模型”的照片，标题是“蛋白质分子的建筑”。鲍林从模糊的照片上就判断出，环醇的鸟笼结构过于精细，内部过于空旷，不符合已知的球蛋白内部密度很大的事实。在预定会面前的两个月，鲍林、莫斯基、马克思·伯格曼和韦弗在洛克菲勒医学研究院对林奇的工作进行了一次讨论。韦弗的在日记中写道，鲍林不仅确信林奇的研究过于依赖于推理，过于追求形式上的对称，他还觉得林奇的研究尚处于早期阶段，不应该受到如此大规模的宣传。伯格曼补充说，她对肽键的重视不够；大家一致认为、她提出的周围都是强共价键的鸟笼结构不会轻易被打开，难以解释变性的第一阶段——鲍林认为变性逆转的过程涉及到氢键。最后的结论是，在1月份两人见面时，鲍林将“尽力精确地了解林奇获得了哪些明确的成果”。
林奇来到冰天雪地的伊萨卡，满心渴望着与鲍林面谈。但是两人持续两天、每天两小时的会谈只是证实了鲍林的想法。鲍林对林奇的模型结构严加盘问，发现她对数学所知甚多，而对化学的经验事实所知甚少。
他递交给韦弗的有关此次会谈的秘密报告彻底否定了林奇。鲍林说，林奇是以数学家的身份来研究这一问题的，“感兴趣的是从假设出发的严密推理，而不是蛋白质的实际结构”；“她对于用实验数据来验证其理论并不十分热心”；“林奇博士能够熟练地运用化学家和生物学家的词汇，但是她的论据有时并不充分，她的信息流于肤浅。”
更为主要的是，他批驳了一个能够包容288个氨基酸结构的思想。他写道，没有一种已知的化学力量将蛋白质分子限制在这一数目；许多蛋白质或者蛋白质成分之所以接近这一大小，是由于进化的某种压力，而不是化学必然性的结果u鲍林推翻了林奇的这一理论支柱，并证明她缺乏蛋白质化学知识，并总结说，林奇的论文“不诚实”。他接着说，遗憾的是，蛋白质研究人员“不知道她的科学态度与他们的截然不同，因此受到迷惑，把她的研究工作当真了。”
他说，与林奇见面唯一积极的一点是，他重新获得了研究蛋白质问题的力量：“在与林奇博士谈话之后，我觉得应该将我的思想写出来。我一直讨厌这么做，因为猜测的成分太多；然而我认为这些猜测比林奇博士的理论要高明。”韦弗鼓励他大胆想象。
就洛克菲勒基金而言，鲍林的报告彻底断绝了多萝西·林奇的财路。在谈话时鲍林严厉的批评和刨根究底的追问使林奇大惊失色。她垂头丧气地回到了英国。那里，她又遭到了伯纳尔和朋友们的更多攻击。韦弗在英国的代表W·E·迪斯戴尔，在读到鲍林的评论后写道：“林奇充当了催化剂的角色，但是我不知道在反应被催化之后，催化剂还有没有继续存在的必要。”
在从康奈尔大学回到加州理工学院之后，鲍林集中精力展开了对蛋白质结构的研究。现在他在克莱林实验楼中拥有设备精良的实验室，学生和博士后研究人员人数也在不断增加。他开始拍摄更多的天然蛋白质的Ｘ射线照片，希望在阿斯特伯里和伯纳尔的成果之外再发现一些有价值的东西。同时他还开始运用泽希迈斯特的色谱法技巧来分离和提纯蛋白质碎裂后的碎片，希望通过解决这些碎片的结构来了解整个蛋白质的结构，也许可能按照氨基酸在蛋白质链中的顺序来重建整个蛋白质。
不过他仍然将主要的精力投入对蛋白质结构的基础——氨基酸的研究中。在此，科里在甘氨酸和二酮哌嗪研究上的成果有些出人意料，因为它们实在平淡无奇。氨基酸的构造看起来和鲍林想象的没有什么大的差别。最重要的是，二酮哌嗪的结构验证了鲍林预言的肽键双键特征——原子在肽键两侧以双键形式被牢牢地固定在同一个平面上，不能围绕对方旋转。这证明了鲍林在1937年对于角蛋白结构提出的设想。那么为什么上次的努力失败了呢？他让科里、休斯和他们的学生研究更多的氨基酸和小的缩氨酸，画出更加精细的结构图。也许答案正是在这些细节中。
鲍林在1936年与莫斯基合着的关于蛋白质变性的论文两年里一直没有造成多大的影响。尽管论文中的化学论据很有说服力，实验数据非常详实，但是大多数蛋白质学者并不相信，一种像氢键这样无名、不确定的弱小力量会决定蛋白质的精确形状。对氢键理论的接受非常缓慢，令人失望。但是鲍林仍然确信它是正确的。他开始和新近聘用的同事，蛋白质学者卡尔·尼曼谈论证明氢键存在的方式。
正当鲍林投入这场新的战斗的时候，一个令人震惊的事件发生了：林奇找到了其环醇结构存在的证据。在和鲍林谈话之后，她并没有悄悄地退出这一领域，而是投入了双倍的努力。她找到了一位强有力的新盟友：诺贝尔奖获得者、物理化学家（共用电子对成键理论的合作倡导者）欧文·朗缪尔。朗缪尔对分子膜的兴趣使他对环醇假设发生了兴趣。
1938年秋天，她写信给洛克菲勒基金会，称“发生的奇迹异乎寻常”。多萝西·霍奇金对小的球蛋白胰岛素拍摄了新的Ｘ射线照片。尽管克罗夫特认为“计算出来的形式看来与环醇或是同各种链状结构没有任何直接的联系”，林奇和朗缪尔运用新的数学工具对数据进行了分析，找到了环醇存在的证据。他们的成果，特别是考虑到朗缪尔的名声，在蛋白质学者之间产生了巨大的冲击彼。朗缪尔自信地对韦弗说，现在每一个人都应该确信环醇理论。厄尔斯·玻尔在哥本哈根的小组开始建造环醇笼状结构。林奇开始大量发表论文。
鲍林不理这个茬。他认为林奇和朗缪尔运用的新的矢量分析法——这一方法是与鲍林以前的一个学生大卫·哈克合作提出的——具有局限性，难以提供真正的证明。甚至在哈克写信告诉他，他相信林奇和朗缪尔的分析是正确的之后，鲍林仍然不为所动。
并非只有鲍林一人抱有这一种态度。在英国，伯纳尔和其他一些人，包括威利·布拉格，加紧了对林奇的攻击。1939年1月，《自然》杂志发表了一系列短文。布拉格写道，对于像蛋白质这样复杂的分子，矢量分析法只能提供“模糊和临时”的结论。而伯纳尔则说，林奇关于胰岛素的理论“明显是错误的”。当林奇反驳之后，伯纳尔再次迎头痛击，写道“没有任何Ｘ射线实验支持环醇模型；实际上到目前为止，所有的Ｘ射线证据都是与这一模型背道而驰的。”林奇觉得遭到了背叛；她私下称伯纳尔，她在理论生物学组织中结识的同胞，“妒嫉，野蛮，出卖朋友”。
朗缪尔则在公开发表的文章中，以及在私下的场合，捍卫林奇的观点。他与林奇合作论文，带她和哈克参加会议——从鲍林本人的学生那里获得支持具有特别的意义——并劝说莫斯基，变性过程可能以接近环醇理论预言的步骤进行。在朗缪尔的帮助下，环醇理论起死回
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