中国生物化学的巨人是怎样炼成的?-深度-知识分子

中国生物化学的巨人是怎样炼成的?

2018/11/20
导读
科学报国


“Folin-Wu method”可能是第一个以中国人名命名的科学方法。早期有些中国人命名的发现或发明,经常只是在中文世界有中国人名,而英文命名中并没有。而Folin-Wu方法,英文名中也有华人名字。


撰文 | 杨小慢

编辑 | 金庄维 李研


他是第一位在生物化学方面做出重要贡献的中国人,他和导师合作发明血糖检验方法,得到临床上的广泛应用。这一方法被称为“Folin-Wu method”,可能是第一个以中国人名命名的科学方法,在全世界检测的人数和次数,以几十亿人次计。这里的“Wu”就是吴宪。


“毫无疑问,吴宪是20世纪前半叶中国最伟大的化学家,或者说是最伟大的科学家。”美国学者里尔顿•安德森(J Reardon-Anderson)这样评价他。


那么,这位中国生物化学的巨人是怎样炼成的?我们先回到福州的半野轩,那片养育他的土地。


从造船到生化

1893年11月24日,吴宪出生在福建省闽侯县士埕的吴家,家族在福建当地世代经营盐业买卖。


吴宪六岁开始入塾读经,以旧学启蒙,并中过秀才。1906年,清朝正式废除科举制,推广实学与建立学堂。于是,13岁的他进入全闽高等学堂预科班(今福州第一中学的前身),接受新学教育。


家庭环境、旧学启蒙与新学教育都给予吴宪不同的精神和知识积淀,培养了他坚毅的品质和敢于承担的责任心。


1911年8月,18岁的吴宪于在上海乘船赴美留学,进入麻省理工学院海军造船工程专业学习。选择这个专业的原因也得从他的故乡说起。福州是中国最早发展造船业的地区,早在1886年就创办了马尾造船厂,还设有船政学堂(Foochow Naval Academy)。在这里,造船和西学一度盛行。但中日甲午战争的失败在当地产生了极大的震动和影响,在中学老师的影响下,吴宪想要壮大国家的海军,保卫国家,于是选择了学习造船。


但在麻省理工学院学习的过程中,他接触到了新的科学思想,少年时代的满腔热血渐渐变成更为深沉的爱与责任——科学报国。


受到赫胥黎著作,特别是《生命的物理基础》这篇文章的影响后,他在1913年更改了专业,变为主修化学、辅修生物学。1917年,吴宪进入哈佛大学研究生院,成为当时美国生物化学权威福林(Otto Folin)教授的学生,并因为科研能力突出,很受福林赏识。


福林在实验室(图源:wikipedia)


 “Folin-Wu method”

福林教授是当年美国生物化学权威,对早期血液化学分析有重要贡献。他选择研究生素以严谨著称,但极为赏识吴宪的才华。吴宪于1919年获得博士学位(Ph.D)后,继续以博士后的身份跟随福林教授从事血液化学的研究。


在此后的一年时间里,他独自完成了一项重要的血糖定量分析改进方法的研究。


血糖是指血液中存在的葡萄糖。当时主流的血糖分析采用的是本尼迪克特(Benedict)法。吴宪在探索实验的过程中,发现用弱碱性酒石酸铜溶液氧化糖,并用Folin和Denis的酚试剂对生成的氧化亚铜进行显色反应,可以得到强烈而稳定的颜色。


原理


葡萄糖的半缩醛羟基具有还原性,在加热条件下可使碱性铜试剂中的Cu2+还原为黄色的氧化亚铜沉淀。而氧化亚铜可使磷钼酸还原为蓝色的钼蓝,而且钼蓝的颜色深浅和葡萄糖的浓度呈正比。



但是血液成分复杂,尤其有许多蛋白质存在,对血糖的测定会产生干扰。因此,吴宪于1919年提出了钨酸血滤液法,利用钨酸沉淀血液中的蛋白质,制备无蛋白滤液,然后测定其中的葡萄糖含量。


他的改进方法远远优于本尼迪克特法——用血量少,方法简便,避免了由肌酸、肌酐和尿酸引起的误差,因而数据准确。当吴宪将最终结果告诉老师时,福林说:“这值得获第二个哲学博士。”这一方法最初由Folin和Wu发表于1919年的《生物化学杂志》。


迄今,Folin-Wu方法在全世界检测的人数和次数,恐怕不是数以亿计,而是数以几十亿人次计。可以说,它是华人在生物化学上建立的第一个丰碑,能够达到这样重要性的工作,迄今罕见。


1920年,他们改进了方法,利用钼酸、钨酸钠和磷酸配置了(磷)钼酸盐溶液,代替了Folin—Denis的苯酚试剂。此外,他们还设计了带有细颈的Folin-吴宪式血糖管,以避免空气中的氧气对Cu2O的再氧化问题


Folin-吴宪式血糖管(图源:farmacia-museoaramburu.org)


 “Folin-Wu method”可能是第一个以中国人名命名的科学方法。早期有些中国人命名的发现或发明,经常只是在中文世界有中国人名,而英文命名中并没有。而Folin-Wu方法,英文名中也有华人名字。


还家报国

“Folin-Wu method”,让吴宪在科学界声名鹊起,这意味着他在美国可以得到很好的科研和就业机会。但当那时的北京协和医学堂,计划筹备改建为北京协和医学院时,先生毅然接受医学院的聘请,决定用自己的所学使国家变强


从1920年回国,到1942年1月协和被日军占领解散,吴宪在协和,参与创建生物化学系,领导生化系成为中国生物化学的重要基地,并在临床生物化学、蛋白质化学等领域取得了蜚声国际的科研成果。他也是协和的第一位华人系主任。


1929年在波士顿召开的第13届国际生理学会上,他提出蛋白质变性学说,认为天然蛋白质分子不是一条长的直链而是一个紧密的结构。这种结构是借肽键之外的其他键,实现肽链的不同部分的相互作用,所以容易被物理及化学的力所破坏,即从有序的折叠排列形式变成不规则及松散的形式。吴宪教授的蛋白质变性学说全文于1931年用英文正式发表于《中国生理学杂志》(Studies on Denaturation of Proteins. XⅢ.A Theory of Denaturation. Chinese journal of Physiology,1931,5(4):321~344)。


这一想法的核心,类似于后来Christian B Anfinsen(1916-1995)的工作,后者的工作主要在1950年代和1960年代初期,集中于RNA酶A,并因此获1972年诺奖。


蛋白质变性学说对于研究蛋白质大分子的高级结构有重要价值。在1995出版的《Advances in Protein Chemistry》丛书第 47卷上发表了美国哈佛大学教授,著名生物化学家J.T. Eddsall教授的文章“吴宪与第一个蛋白质变性理论(1931)Hsien Wu and the First Theory of Protein Denaturation(1931)”,对吴宪教授的学术成就给予了极高的评价。他表示,“在北平协和医学院工作的吴宪于1931年第一个提出蛋白质变性是高级结构松散,而不是一级结构的变化,建议1995年在《生物化学进展》专刊重印。


蛋白质变性


1942年,北京协和医学院因被日军占领而被迫关闭。吴宪不甘心在敌占区安于一方,于1944年3月冒着极大的风险,经过长途艰苦跋涉抵达大后方重庆,在中央卫生实验院筹组和领导营养研究所。当时条件很艰苦,但他总是亲临实验室指导实验。


同年7月,他被派往美国,作为联合国善后救济总署的中国代表,参加研究战后经济恢复与重建的会议。当时由于美日宣战,赴美的旅途也充满了危险,他取道澳大利亚,经过64天才抵达洛杉矶。


教育是最好的投资

吴宪对子女的爱,更注重于教育他们如何做人,自食其力,并贡献社会。长子吴瑞回忆说,有一次“父亲把我们五个子女叫到炉边,对我们讲英文‘investment’(投资)这个词的意义。他很兴奋地说:‘叫你们受到良好的教育是最好的投资,它在你们身上会存在一辈子,而且让你享用一辈子,所以我不给你们留下什么物质的东西,因为那对你们有害无益。


因此,吴宪先生去世后,吴严彩韵女士和子女们继承了他的遗愿,将钱财捐赠给中美两国的科学事业。


1986年,以吴宪夫妇名义,在吴严彩韵工作多年的圣路克-罗斯福医院设立研究基金,并购置5000册科学期刊建立研究图书室。


1987年“吴宪生物化学教授基金”设立,资助为中国生物化学做出贡献的教授。


1993年在吴宪母校哈佛大学医学院设立“吴宪生物化学教授基金”。同年又购置生物化学最新书刊,在中国医学科学院基础医学研究所设立“吴宪图书馆”。


吴宪先生当年所开创的事业正在被一代一代的学子传承下去,我们希望能有更多的国内外生物化学家,能够做出类似、甚至超过吴宪先生的成就。


特别感谢饶毅老师为本文提供素材。


参考资料

[1] 郑术(文)、蒋希萍(译).吴宪——中国生物化学及营养学的奠基者.生物物理学报.2012 年11月 第28卷第11期:857-859.

[2] 从天才少年到“昭和棋圣”:只为一件事的纯粹人.摘选自《吴清源回忆录》.[日]吴清源(著),陈翰希(译),北京联合出版公司,2017年7月.

[3] 汪猷. 吴宪传. 载于《中国现代科学家传记(二)》科学出版社,l991年.

[4] 吴虹.中国生物化学和营养学之父——吴宪.知识分子.

[5] 吴宪与第一个蛋白质变性理论.王志珍(中国科学院生物物理研究所,生物大分子国家重点实验室,北京100101),发表于2002年.

[6] 加成. 华裔生物化学家之吴氏三杰.

[7] 【协和人的故事】“中国的生物化学和营养学之父”吴宪教授

[8] 曹育.杰出的生物化学家吴宪博士.

[9] Folin O and Wu H (1919) A system of blood analysis. Journal of Biological Chemistry 38:81-110.

[10] Folin O and Wu H (1920) A system of blood analysis: Supplement I. a simplified and improved method for determination of sugar. Journal of Biological Chemistry 41:367-374.

[11] Edsall JT (1995) Hsien Wu and the first theory of protein denaturation (1931). Advances in Protein Chemistry 46:1-5.

[12] Wu H (1931) Chinese Journal of Physiology5:321-344.


文章头图及封图片为1949年12月,吴宪先生(前排右)与严彩韵女士(前排左)结婚25周年时照的全家福。后排依次为长女吴婉先(膳食师和中学数学教师)、长子吴瑞(生物化学与分子生物学教授)、次女吴婉莲(某公共图书馆文艺与音乐科主任)、次子吴应(化学专家,在谷类蛋白质方面有大量出色的工作)、三女吴婉明(医学博士,放射科专家)。他们都在各自不同的岗位上为社会做出了贡献。(来源:知识分子)

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