8 生命科学
的时间。阿斯特伯里和伯纳尔的研究工作引起了越来越多的人的注意,其中也包括韦弗。他在30年代中期开始资助他们的工作。在洛克菲勒基金的支持下,三个中心开始围绕蛋白质精确的结构展开联合科研活动。前两个中心分别由阿斯特伯里和伯纳尔领导。两人都是物理学家,都认为只有通过不厌其烦的、直接的X射线衍射分析才能揭开整个蛋白质的结构之谜。第三个中心在帕萨迪纳,由鲍林领导。他寻求以理论的形式,在对结构化学的深刻认识基础上寻找一条捷径。在1935年,三个中心的不同之处在于,英国科学家从其X射线工作中得到了许多实际数据,而鲍林还没有发表过一篇关于蛋白质结构的论文。
氢键
鲍林很快意识到,要对这些奇怪的巨大蛋白质分子作实验,一定需要借助外界的帮助。
洛克菲勒医学研究所的一个研究小组正好具备鲍林缺乏的这种专长。两位洛克菲勒科学家,阿尔弗雷德·莫斯基和莫蒂默·安森最近所作的实验表明,在某些情况下变性可以被逆转;例如,血红蛋白在受热后会改变形状并丧失携氧的能力,然而如果被小心地冷却,至少一部分分子会恢复原来的形状和特性。结构和功能的这一联系令鲍林眼睛一亮,但是洛克菲勒小组的实验技能更让他心动。鲍林在1935年春天到纽约拜访了莫斯基,两人一见如故。鲍林直截了当地请莫斯基到加州理工学院工作几年,令莫斯基又喜又惊。他结结巴巴地说,这是一个不坏的主意,但是过于突然,所长西蒙·弗莱克斯纳不会答应的。鲍林说,他觉得所长可能会同意。他找到了所长办公室,说服秘书立即安排他和所长会面。他不仅要求弗莱克斯纳同意放莫斯基,还要求洛克菲勒医学研究所支付一切费用。弗莱克斯纳是洛克菲勒基金理事会成员,从韦弗那里对鲍林早有耳闻。他对这位青年科学家的坦率感到好笑,同时对他将化学技巧运用到生物学上感到十分有趣,最终答应了鲍林的要求。
莫斯基在夏天刚开始的时候来到了帕萨迪纳,马上开始对蛋清、肌肉和其他蛋白质的变性过程做了一系列的实验。鲍林让莫斯基负责实验室工作,同时彼此探讨变性的化学含义——弄清楚这一过程对蛋白质的结构造成了哪些实际的影响。莫斯基和安森收集的实验数据表明,变性过程可以分为两个层次,这让鲍林产生了浓厚的兴趣。第一个层次由相对较弱的热量和酸引起,往往是可逆的。而第二个层次,由较高的温度,较强烈的化学环境或是与破坏蛋白质的酶发生的反应所引起,通常是不可逆转的。根据这些数据,鲍林很快地用化学键理论作出了自己的解释。两个层次的变性意味着有两种类型的化学键,第一类涉及到相对较弱的化学键,很容易被打破或重建;第二类涉及到较强的化学键,难以打破,也难以重建。鲍林对打破第二类较强的化学键所需的能量进行了测定,数据表明这一类化学键为共价键;这反过来也验证了蛋白质是由氨基酸与共价的肽键结合而成的长链的观点。第二层的变性基本上将蛋白质撕裂成了碎片。
鲍林对较弱的化学键的研究更富有成果。他很快意识到,打破第一类化学键所需要的能量符合他所知的称为氢键的奇怪的化学键类型。在1935年的时候,鲍林是全美为数不多的理解并认识到氢键重要性的科学家之一。这一理论认为,氢在某种情形下,可以不形成一般的共价键或离子键,为两个原子所共有,在两者之间形成一座桥梁。鲍林认识到这一理论可以运用到他的化学键构想中:一方面,氢原子要靠近一个电负性很强的原子——比如说氧原子,或是氟原子——氢原子的孤电子被吸向这一原子,电荷集中在两个原子之间的区域中,在这一边形成一个小的负电荷。结果,在氢的另一边电子出现的机会较少,形成了一个小的正电荷,这样就与附近带负电的原子或分子形成了静电键——氢