《酶的情人》｜感受一位生物化学家对千辛科研的热情和执着。

诺贝尔医学或生理学奖得主科恩伯格的精彩人生。

核心书摘：

阿瑟·科恩伯格是一位在生物化学史上极具影响的人物。1959年，科恩伯格因发现DNA聚合酶而获得诺贝尔医学或生理学奖。如果说重组DNA引发了一场改变生物学属性的革命的话，那么作为当代极少数顶尖生物学家之一的科恩伯格，就是这场革命的先驱。《酶的情人》这本书，就是科恩伯格对自己在酶研究领域中的探索的总结。

在书中，科恩伯格讲述了他和维生素、和酶的结缘，也梳理了维生素和酶的发展史，更总结了他在生物学上所做出的努力和成就。

关于作者：

阿瑟·科恩伯格，美国生物化学家，华盛顿大学教授，主要的成就是酶化学。他成功地从大肠杆菌提取液中分离出DNA聚合酶，并和他的老师、西班牙裔美国生物化学家奥乔亚共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。

学什么：

1、科恩伯格为什么会从维生素的研究转到酶的研究？

2、科恩伯格的主要成就有哪些？

一、病人—老鼠—酶

1900年，阿瑟·科恩伯格的父母为了躲避欧洲国家对犹太人的迫害，从欧洲移民到了纽约。

科恩伯格的父亲曾接受过良好的教育，会说好几种语言，比如希伯来语、波兰语、俄语、德语，到美国后他还自学了英语。父亲在逆境之下仍然勤奋努力的态度，深深地影响了科恩伯格。

科恩伯格从小求知欲就很强。1933年，15岁的科恩伯格从高中毕业，考上了纽约城市学院，并在19岁时就拿到了理学学士学位。但当时正赶上美国经济大萧条时期，社会动荡，就业困难，科恩伯格只好重回学校，在纽约罗切斯特大学医学院继续深造了四年。

1941年，科恩伯格完成了博士学业，进入医院，开始临床实习。实习过程中，科恩伯格对病理学和细菌学的兴趣最大。

当时科恩伯格患上了轻度的黄疸，医生建议他采取常规治疗方法，切掉胆囊。但科恩伯格却找了7个像他一样有轻度黄疸的学生，和29个健康的年轻人作为对照，做了一个胆红素注射实验。实验后，科恩伯格：注射治疗后，29个健康者体内的胆红素消退了，而7个得病的学生的胆红素并没有消退。

当时的科恩伯格没有能力回答这个问题，他只是把自己的发现和困惑写成了论文，发表在学术期刊上。在论文中他提出了自己的假设，他说这些轻度黄疸，很有可能是先天性的胆红素代谢失常导致的，是一种遗传疾病。

1942年，科恩伯格应召入伍，成为一名海军军医。在军舰上，科恩伯格一有空就思考黄疸病的事情。没过多久，美国军队内部发生了黄疸流行，一位叫罗拉·戴尔的国家卫生官员看过科恩伯格那篇关于黄疸的论文，把他从军队挖到了国立卫生研究院。

1942年秋，科恩伯格正式转到国立卫生研究院，成为一名营养学研究员。他的任务，就是一边学习，一边帮助科学家们寻找新的维生素，有时候也帮着科学家们做做分离实验。

在一次分离实验中，科恩伯格意外地把一种叫叶酸的维生素B给分离出来了，他也算是有了一个不大不小的成就。但这次成功也让科恩伯格看到了自己在化学方面的不足，他想改变这一切，于是他在1945年毅然决定，调整学术方向，从研究维生素变为研究酶。

二、从维生素到酶

20世纪的头20年，微生物领域的研究风靡一时，然而，之后的20年，微生物的地位就急剧下滑，被维生素取而代之。到了20世纪四五十年代，酶又成了新的研究焦点。科恩伯格之所以选择酶作为自己的职业方向，和当时微生物领域研究的大趋势息息相关。科恩伯格也在书中花了大量的篇幅来讲解和记录维生素的研究，下面我们就来看看，当时的维生素研究发生了些什么？

19世纪末，现代营养学诞生之前，很多跟维生素相关的疑难杂症都让当时的医生们束手无策，像坏血病、糙皮病和脚气病，更是给人们带来无尽的痛苦。1880年的时候，脚气病在日本海军内部发生了一次大面积的爆发。光那一年，日本海军就有1725人死于脚气病，而当时日本全体海军的人数也不过4956人。

当时一名叫高木的日本医生怀疑是士兵们吃的优质大米有问题，于是他设计了一组对照实验，结果发现，饮食和脚气病有直接因果关系。从那以后，日本海军就改变了原来的饮食安排，只用了五年的时间，就彻底消灭了脚气病。

高木医生虽然没有找出“脚气病”的真正病因，但他凭借着丰富的临床经验和实事求是的实验精神，发现了脚气病的发生很有可能是食物的问题，从而找到了抑制脚气病的办法。

从脚气病的例子中，我们知道了维生素的发现可以帮助人类治疗很多疑难杂症。但为什么在20世纪四十年代，微生物领域研究调转了方向，从研究维生素转变成了研究酶呢？这背后的原因非常复杂，但最关键的原因就是当时的维生素研究已经非常成熟，理论框架十分完备，后人只能在前人基础上修修补补。于是，科学家们另辟蹊径，开始研究起跟维生素息息相关的酶来，科恩伯格就是众多研究酶的科学家之一。

我们知道，酶是由活细胞产生的、具有催化作用的蛋白质。根据其分子组成，可以分为单纯蛋白酶和结合蛋白酶两种。其中结合蛋白酶又由蛋白酶和辅助因子构成，辅助因子还包括了金属离子和小分子有机化合物，其中小分子有机化合物也叫做辅酶，是很多维生素的统称。通过这些描述，我们可以知道，酶是一种比维生素更复杂的蛋白质，很多针对维生素的研究，实际上只是在研究酶的某一部分。科恩伯格就想，既然如此，为什么不去研究酶，要跑去研究维生素呢？于是他决定从维生素研究转到酶学研究上。他成功地说服了国立卫生研究院的上司，让他停职进修，回学校学习酶学。经过一年半的学习，科恩伯格重返国立卫生研究院，并在1947年组建了酶学研究所，正式踏上酶学的探索之旅。

三、酶为什么重要？

酶的化学成分是蛋白质，它是一种极为重要的生物催化剂。早在19世纪，人们就已经认识到酶是自然界某些化学反应的催化剂，但它到底有什么用场，还不是很清楚，酶的作用最早是在酒精发酵中被发现的。

1897年，德国化学家爱德华·比希纳在用酵母菌细胞的提取物做医学研究时，发现酵母菌里的糖经过无细胞发酵，变成酒精和二氧化碳，当时的科学界普遍认为，发酵反应需要依托于受体细胞，也就是酵母菌，才可以发生。但在比希纳的实验中，除去液体内的所有完整细胞后，提取物仍然可以发生发酵反应。这种现象证明，酵母菌并不是导致发酵的“首要功臣”，某种未知的物质才是导致发酵的原因，后来经过不懈的努力，比希纳成功地找到了这个神秘物质，并把它命名为“酶”。

爱德华·比希纳的实验让科学界意识到酶在酒精发酵中的巨大作用，但除此之外，人们对酶的认识还非常欠缺，存在很多困惑，比如酶作为一种化学物质，是怎样使细胞和生物发挥功能、生长并且繁殖的？酶既不是碳水化合物，也不是储存的脂肪，既不是构成肌肉、结缔组织和骨骼组织的结构蛋白质，也不是遗传物质DNA，那它到底是什么？要知道就算DNA名气再大，但在酶的面前，也只是指导构建蛋白质的蓝图而言。DNA本身是无生命的，它的语言冰冷而威严，真正赋予细胞生命和个性的，是酶，它们控制着整个机体，哪怕仅仅一个酶功能的异常都可能致命。而发现DNA在复制中需要酶的，正是科恩伯格。下面我们就来看看，科恩伯格是如何在实验中证明DNA的复制并分离出复制所需的酶的。

四、在试管中创造生命

1953年，科恩伯格离开美国国立卫生研究院，到华盛顿大学医学院担任教授。同一年，著名科学家沃森和克里克在《自然》杂志发表了著名的DNA双螺旋结构模型。这个模型既反映了DNA分子可能具有的无穷多样性，又提出了DNA分子自我复制的可能机制。在当时，人们对基因的认识非常有限，弄清楚基因的物质本性更是全球生物学家追逐的热点。沃森和克里克的发现照亮了黑暗中前行的人们，也指明了正确的方向。

然而，DNA双螺旋结构模型虽然来自于众多的实验结果，但它本身还需要用实验来进行证明。科恩伯格以沃森、克里克的DNA双螺旋结构模型为设想基础，用实验的方法研究清楚了DNA的复制机制。

实验的第一步，科恩伯格选择从自己最擅长的酶入手，把研究重点放在寻找DNA的酶上。科恩伯格发现，构成DNA分子的单体虽然是4种脱氧核苷一磷酸，但是DNA合成的原料却是4种脱氧核苷三磷酸。也就是说，合成DNA的原料和构成DNA分子的并不是同一种物质，这就意味着从原料到成品中间，必然存在着某种“转化”，正是这种“转化”，促成了DNA的复制。有了这个假设，接下来的工作无非就是验证假设。经过大量的实验研究，科恩伯格选定了常见于消化道的大肠杆菌，把大肠杆菌碾碎做成提取液，之后在提取液基础上加上DNA的合成原料和一种用来标记和检查实验结果的放射性同位素。一切准备就绪后，把这些东西和DNA模板放置在一起，看它们是否会进行复制反应。

实验出人意料地顺利。科恩伯格发现放射性标记已经进入了DNA，说明有了新合成的DNA分子。DNA果然是一种能自我复制的分子！后来，他从大肠杆菌的提取液中分离出名为DNA聚合酶的酵素，这个酵素不仅可以复制任何来自微生物、植物或动物的DNA，还成为重组DNA技术的关键试剂，对于分子遗传学、基因克隆、基因测序、基因诊断以及基因组计划等遗传学领域的发展，都起到了至关重要的推动作用。今天科学家们在用DNA分子杂交技术进行基因分离、结构分析时，也都还会用到“DNA聚合酶”，又称“科恩伯格酶”。

1959年，发现DNA聚合酶的科恩伯格和发现RNA聚合酶的美国生物学家奥乔亚共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。科恩伯格在获得诺贝尔奖后没有止步不前，他清楚地知道，他在体外合成的DNA是没有活性的，算不上真正的“生命”。那么，能不能在体外合成有活性的DNA分子呢？1967年，科恩伯格仍然以大肠杆菌作为提取物进行实验，他沿用了1956年合成DNA时所用的方法，但在关键的步骤上增加了连接酶，新合成了能够在细菌内部复制的DNA。由此，人类首次在试管中合成了具有生物学活性的DNA分子，不夸张地说，科恩伯格是在试管中创造了生命。

结语

以上就是《酶的情人》这本书的主要内容。

其实《酶的情人》不能完全算是科恩伯格的自传，这本书更多的是在记录他对维生素、对酶的认识，书中的大部分篇幅都在给我们科普维生素和酶的发展史。科恩伯格的伟大之处，不仅在于他在维生素和酶的发展史中所担任的承上启下的作用，还在于他从始至终对研究的热情。

在书的最后，科恩伯格也表达了他对这份热情的感恩，以及对市场化下的科研的担忧，他说：“在我们能了解一个创意的真正价值之前，它必须被表达，必须被市场化、被使用、被检验，它本来应该如此。不幸的是，事实常相反。长期以来，即使缺乏合理的创意或物质基础，市场化仍可能成功。市场统治着人类所有行为，包括医学和科学实践。”

愿每一位研究者都能保有对研究纯纯的热情。

【编辑：Stan】

相关内容：

《起源》｜人类社会如何变成现在这个样子？

上次推送内容：

本次推送：

《酶的情人》｜感受一位生物化学家对千辛科研的热情和执着。

【严选好书】99%的生活烦恼都是有话不直说引起的。

《远见：用变革理论预测产业未来》（萌版）｜向左走还是向右走？专业还是一体化？

【大咖开讲】实用谈判技巧读书会（四十一）希腊的债务谈判

下次推送：

《天气预报》｜通过天气预报从无到有的过程，了解科学进步的艰难曲折。

【严选好书】不愿意把话描述清楚，有可能是逃避型人格。

《持续增长》（萌版）｜公司利润停滞不前，怎么办？

【大咖开讲】实用谈判技巧读书会（四十三）让步之后要不要回报

（语音、文字、图片部分来自今今乐道APP和网络，老农整理）