确定生物体的遗传特性和功能的生物高聚物是以由若干密码子组合而成的长链形式存在的。1964年布鲁斯·梅里菲尔德(Bruce Merrifield)提出把生物高聚物连接到一种固态基质上,从而开创了这种生化物质合成的新天地。

梅里菲尔德,1921年生于美国的得克萨斯州,于1949年获加州大学博士学位,1966起一直是纽约洛克菲勒大学的生化教授。

对信息进行储存、传递,是生物体系统使用的一种简便、有效的方法。总共20个蛋白质基因氨基酸恰如“变色盘”那样,能导出几乎是难以穷尽的肽和蛋白质。这些肽、蛋白质功能齐全,如可作为激素、酶或作为细胞识别区(Zellulāre Erkennungsregion)。每一个体的全部遗传信息均包容在五个呈长链状排列的核苷酸碱基里。这类由相同亚基构成的物质称为“生物高聚物”。

欲要合成具有不同生物特性的异构型天然肽物质必须先要进行有关细胞识别、激素——受体互相作用及其结构作用间的联系等多方面的研究。一百多年前埃米尔 · 费歇(Emil Fischer)和西奥托柯勒斯特(Thedor Curitus)就引出了关于有机化学的这一饶有兴味的研究课题。半个世纪后杜 · 维格诺德(Du Vigneaud,1955年获诺贝尔化学奖)首次用九种氨基酸合成了一种肽激素——催产素。

氨基酸的两端分别为氨基(N末端)和酸性羧基(C末端)。第一个氨基酸的氨基与第二个氨基酸的羧基在脱水情况下作用,可生成二肽,为合成预期的产物,就须将第一个氨基酸的羧基和第二个氨基殴的氨基有选择地控制起来,以防止不必要的反应,现在已能离析二肽氨基的保护基,使生成物与其氨基受到保护的第三个氨基酸作用,如此可望得到一种两端都经保护的三肽。

如上所述的就是传统的肽合成法,这种方法有其很大的缺点。如在合成三肽以上的肽链时就会产生问题。至于蛋白质的合成那更是困难重重了。即使不考虑重要的溶解性问题,仅去除每一次反应后的副产品和多余的反应物就可能损失众多的生成物。例如某一生成率达到90%的化学反应物,经过100次纯化,其生成率已荡然无存,只剩下0.003%了。

梅里菲尔德所找到的肽合成法极其简便,称其为是生物高聚物领域的一种革命并不过分。他将氨基酸固定到与多聚物载体共价键合的碳酸基上,然后将此碳酸基一步步加到已经保护的氨基酸的氨基上。在保护基离析后,一个个氨基酸可据此逐次加上去,直至整个链形成后,才将固体与聚合物切割。这一方法的优越性是:合成的每—步骤中剩余的不溶解和易于过滤的聚合物能够很方便地离忻,而传统的合成法在每一步化学反应后都要花大量时间来做离析纯化工作。

梅里菲尔德合成法能使宝货的反应合成物聚合在聚合物载体上,多余的反应物和副产品通过简单地冲洗和过滤加以筛选。运用此法,现今已得到99.5%的制取率,与上述例子相比即在经过100次的纯化后能得到61%的生成物!随着固相技术的提高,连结手段的日臻完善及最终产品纯化技术的改善,梅里菲尔德合成法已成为目前通用的肽制取法。此外由于技术操作的简化,此类制取过程已趋于自动化。“肽合成物”能在一夜之间构建出一个含8 ~ 9个氨基酸的序列,而传统的合成法则需几星期之久。

固相法也使其他一些相关学科获益。由于有了合适的保护基,人们已能很快地合成接到载体上去的寡核苷酸。对微生物扣基因工程技术而言,已将此合成法用于合成特定序列的DNA片断。1978年人胰岛素基因的化学合成成功,这是经大肠杆菌类转化后由细菌起了促进作用。而基因工程技术合成的胰岛素是1983年问世的。固相原理已成为现代基因工程技术的基本手段。对取自天然材料的蛋白质结构的分析现也采用了梅里菲尔德原则。综上所述,由于这种天才般的且极为简便的方法导致了难以估量的价值。

[Die Umschau,1984年12月7日]