8 生命科学
血红蛋白有亲缘关系的物质,并和阿尔伯特·泰勒,一位加州理工学院的青年生物学教授成了朋友。泰勒正试图找出海胆自体不育的机制。这一研究工作进一步激发了鲍林的兴趣,为什么生命能够识别自己和别人,为什么分子与自身和别人的反应不同。也许这里存在着某种化学联系。鲍林一直在寻找新的思想,把这个问题也归人了大脑。
鲍林回到帕萨迪纳后,想出了研究血红蛋白的新方法——考察其在磁场中的运动。鲍林的推理过程为,当氧和血红蛋白中的铁原子结合时,也许是以一种共价的形式——反应将是特定和相当强烈的——这意味着至少它的一个孤电子将成对,而且其顺磁性——具有一个或更多的孤电子的分子的一种特性——将下降。如果他能够测出顺磁性的变化,他就有可能回答氧是如何与血红蛋白结合的问题。
为了进行其他的研究工作,他先前从海耳的私人实验室里借过一大块水冷式磁铁。1935年秋天,他请查尔斯·科耶尔,一位刚出炉的,精力旺盛、干劲十足的加州理工学院博士来进行这项工作。他们设计的实验相当简单:一个装有牛血的小玻璃试管被悬挂在磁铁的两极中,一头用一根线栓在一个敏感的天平上。当磁铁的电源被接通后,顺磁性物质将被吸引至一个方向;天平能够测出磁性变化的程度。
在测试了含氧血、缺氧血以及各种控制手段后,他们发现鲍林的预测是正确的:结合的氧失去的孤电子参与了与铁原子结成的共价键。这就迈出了重要的~步,证明氧并非如一些研究者认为的那样,不分青红皂白地吸附在铁原子上。但是鲍林和科耶尔也发现了血红蛋白分子一些令人惊异的行为。他们的实验显示,血红蛋白中的铁原子在和氧结合的时候,也发生了根本性的变化,它与卟啉的化学键从离子键变成了共价键。鲍林写道:“在增加了氧原子后,血红蛋白分子结构会发生如此极端的变化,令人又惊又喜。如此紧密联系在一起的物质的化学键类型会如此不同,这种现象至今为止只在血红蛋白衍生物中发现过。”
鲍林和科耶尔在1936年发表的这篇论文进一步提高了鲍林的知名度。他们想出了一种巧妙的办法来解决一个古老的问题,并表明物理化学家在生物化学领域同样能够作出有价值的工作。他逐渐被原先专业领域外的科学家所知晓。他进入了一个新的领域,并很快开始征服它。
毛发和兽角
到现在为止,鲍林的工作都是围绕分子的血红素进行的,然而与此同时,鲍林努力思考着分子的其他部分——珠蛋白部分,即蛋白质部分。蛋白质化学还是一个庞大而又支离破碎的领域,鲍林用他惯常的方式开始自学,一面广泛地阅读科学文献,一面寻找着合适的切入点,以便用自己擅长的化学知识来提供深刻的见解。他发现蛋白质是由称为氨基酸的材料构成的。氨基酸的种类相对较少,20种左右,但都具有关键的相同点:每一个氨基酸都具有由三个原子组成的骨架,碳—碳—氮。碳的一头是羧基的一部分,氮的一头是氨基的一部分。各种氨基酸唯一的区别在于与中间碳原子相连的支链。伟大的德国有机化学家埃米尔·费歇尔在20世纪就证明,氨基酸可以通过头尾相连,即把羧基和氨基相连而构成较长的链,费歇尔把这一共价键称为肽键。他将构成的较长的分子称为多肽。到了30年代,尽管并不是每一个人都认为所有蛋白质都包含多肽链,但至少有一部分蛋白质是包含多肽链的。
鲍林觉得费歇尔的理论很合理,他开始用这个理论去认识蛋白质,将其视作由肽键联结的氨基酸所构成的长链。但是如何用这一长链的构造来解释蛋白质的多样性,如何解释蛋白质在肌体中令人眼花缭乱的功能呢?所有蛋白质都是由多肽链的不同排列构成的呢,还是存在着别的基本结构?
和以前一样,结构仍然