时至今日化学家们认为酶当然是蛋白质。然而，这种概念在差不多50年前曾是发生在科学家们中那场旷日持久的争论（达十年之久）的焦点。1926年，詹姆斯 · 萨姆纳（James Sumner）——一位在当时还鲜为人知的美国化学家，声称分离出一种结晶态形式的酶，自称这种酶是一种蛋白质。他的这项工作曾遭到怀疑、忠告甚至敌意的反对。本文调查了萨姆纳的这一研究工作、他的主要敌手以及有关那场争论最终销声匿迹的来龙去脉。

詹姆斯 · 萨姆纳（James Sumner）1887年出生于马萨诸塞州一个富裕的棉纺制造商家庭。还在孩提时代他作为一个朝气蓬勃的猎手，就于1904年偶然被他的狩猎伙伴击伤后失去左臂。由于严重截肢使他惯用左手的习惯失去了作用，但他硬是磨练成个右撇子，而且身体的残疾更激励他擅长体育活动，他曾是一位杰出的网球运动员兼滑雪高手。

萨姆纳在从事家庭商务前于1906年至1910年就读于哈佛大学。就是在哈佛激起了他对科学的兴趣，但他于1911年接受了加拿大在新布伦斯威克的Mt Allison学院的聘请，教化学和生理学。1913年他又重返哈佛攻读生物化学博士学位。1915年在获得了哲学博士（PhD）学位后，加盟科内尔（Cornell）大学的学术委员会，直到1955年他退休后才退出该委员会。

萨姆纳在科内尔大学承担了极为繁重的教学任务，他记起一位生理化学家劳伦斯 · 亨德森（Lawrence Henderson）在讨论酶的种种奥秘时，曾声称除非建立了新的分离方法否则不会分离出任何一种酶。因而分离酶的挑战遂成为萨姆纳毕生的研究课题。他从1917年开始着手研究——9年后获得成功。

脲酶的分离

当威尔斯蒂特*（Willstatter）在德国进行酶的研究时，萨姆纳正在科内尔大学梦想分离一种酶呢！他想，除非分离到一种纯态的酶，否则对酶的不确知就不会得到解决。他选择了脲酶作为他的研究对象，因为在他的博士论文研究期间他就是用这种酶作为一种定量试剂来评估脲的。1917年已知脲酶含量最丰富的材料是刀豆。他买到些刀豆，但刀豆在脲酶含量上变化很大，证明对他的研究而言往往是不合适的，因为其含量太低了。最后他设法寻觅具有高脲酶含量的促进刀豆生长的一些供应者。

接下来的4年里萨姆纳试了几种不同的萃取方法和许多溶剂。到1921年他的第一个休假年到来时还是收效甚微。

1922年当萨姆纳试行了威尔斯蒂特发展的纯化酶的吸附实验，发现这些实验并不那么令人满意时，他变得更为心灰意冷了。还是他的哈佛良师奥托 · 福林（Otto Folin），终于为他带来了新的希望，福林告诉他稀乙醇对萃取出脲酶来说是一种比其他溶剂较好的容剂。萨姆纳发现把乙醇萃取物在低温下保存能够获得的酶的浓度比以前大100倍。通过用乙醇萃取刀豆粉，除去其不溶部分（呈现很少脲酶活性），他获得了一种具有高脲酶活性的溶液。最后，他终于从这种萃取物中除去了一种又一种物质。到1925年，他已分离出几种蛋白质、碳水化合物、脂类及色素。最终他专心研究：他不能再萃取任何附加物质的一种残留物。1926年当他试用了一种稀丙酮溶剂时，发现了从这种残留物中分离出脲酶的关键所在。证明这最后一个步骤其实很简单。他让这种丙酮萃取物在2℃冰箱过滤过夜，第二天在把滤液离心以除去不熔物后，他取一点儿滤液放在显微镜下观察，在这种液体中漂浮的是些他以前从未见过的很小的八面晶体，加添尿素缓冲液，这些八面晶体在溶液中呈现高脲酶活质。对蛋白质的缩二脲、黄蛋白色反应、茚三酮试验，这些晶体也产生正反应结果。萨姆纳下结论道这些八面晶体肯定是脲酶。这项旷日持久的艰巨任务一一研磨刀豆并设法把酶萃取出来的工作遂告结束。1926年萨姆纳首次分离出一种晶体形式的酶。

争 论

对萨姆纳研究工作的反响并非都是确信无疑的。威尔斯蒂特认为萨姆纳的工作只不过是初级水平而已，论证道与其说他的晶体就是脲酶，不如说脲酶被吸附在一种蛋白质载体上，所以萨姆纳的结论未免仓促。1927年当威尔斯蒂特在科内尔大学主讲两个讲座时，萨姆纳拜会了威尔斯蒂特。后者告诉萨姆纳用胰蛋白酶消化他的晶体中的蛋白质，这会除去蛋白载体而留下一种活性酶溶液。萨姆纳回答说他已这样做了，但他的制剂对胰蛋白酶有抗性。威尔斯蒂特问他如何得到了胰蛋白酶。萨姆纳所采用的是与这位德国化学家所推荐的不同的方法，所以威尔斯蒂特指责萨姆纳用的是一种失活的胰蛋白酶制剂。他俩的对话遂不欢而散。

1928年另一位德国化学家，汉斯 · 普林海姆（Hans Pringsheim）访问了科内尔大学，就他所认为的萨姆纳的错误当面教训了他，并告诉他说声称已经获得了脲酶是错误的。萨姆纳问他为什么这样说，普林海姆告诉萨姆纳他足以推定如此，萨姆纳分离出一种酶而那么多杰出的化学家们尚不能做到这一步？他劝告萨姆纳去一趟德国，通过与那里的化学家一道工作从中学习一些化学知识。这些变故致使萨姆纳认为对他的所有这些攻击是出于个人义愤，因为那么多化学家的确试过了，但未能分离出一种酶，而从概率王说具有嘲笑意味的是一位鲜为人知的美国人却获得了成功！

用萨姆纳的方法仍不能获得脲酶的德国化学家们在德国的几家杂志上纷纷著文。1929年萨姆纳的第二个休假年为他提供了重返欧洲的机会，他决定亲自带去401磅刀豆给别人示范如何得到脲酶晶体。他选择了和斯德哥尔摩的汉斯 · 冯 · 尤勒 · 切尔宾（Hans von Euler-Chelpin）合作，后者因他有关酿酶辅酶的研究工作而荣膺1929年诺贝尔奖。

虽然萨姆纳在那里重复了他的分离工作，就像几位化学家们所做的那样；但他对这种酶的蛋白质本质的断言仍然引起争论。有些人声称分离出了这种晶体，但在消化了蛋白质后应当出现象威尔斯蒂特所说的那样，剩下了一种活性溶液。1932年威尔斯蒂特争论道这些研究已经证明萨姆纳分离出脲酶的声称是不真实的。萨姆纳遭到最持久的批评来自布拉格大学的沃尔德施密特 · 利兹（Waldschmidt-Leitz）。他和萨姆纳在德国和美国的杂志上打了数年笔墨官司。沃尔德施密特 · 利兹用仍留在瑞典的刀豆，声称用胰蛋白酶分解了由这些刀豆获得的腺酶晶体，剩下的是一种具有脲酶活性的溶液。他还解释了其他化学家们的发现——过氧化氢酶和过氧化物酶都有一个铁卟啉基，表明这些酶的活性基团在本质上是非蛋由质的。因此，萨姆纳的制剂是（脲）酶和晶状蛋白质的吸附复合物。

对此，萨姆纳所做出的反应是表明沃尔德施密特 · 利兹的研究是错误的。他所用的脲酶太少了以致不能得出任何确定性的结果。通过用较大量的脲酶，萨姆纳表明用胃蛋白酶或木瓜蛋白酶消化他的晶体同时出现酶活性的降低。脲酶的失活和蛋白质的破坏是一致的。所以，该蛋白质和该酶是不可分割的。

争论的了结

萨姆纳和沃尔德施密特 · 利兹之间的这场争论是没有得到确定结论的。萨姆纳从不能克服对他的观点的反对意见，因为他对脲酶的蛋白质本质的证据不足以动摇威尔斯蒂特的概念。一些化学家未能仿效萨姆纳的分离过程也是产生混淆的一个来源。萨姆纳是分离到一种酶的第一个人，但他的工作一一尤其是他声称不能扡脲酶的酶活性与他的晶体分开，并声称这种晶体只不过是蛋白质这一工作需要得到证实。

支持（萨姆纳观点）的证据来自洛克菲勒研究院的约翰 · 诺思罗普（John Northrop）。在1930年至1935年期间诺思罗普改进了萨姆纳的方法，发展了一些新方法，结晶了水解蛋白质的几个酶：胃蛋白酶：胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶。诺思罗普的工作受到了比萨姆纳的工作更多和更广泛的批评。虽然威尔斯蒂特和沃尔德施密特 · 利兹像对待萨姆纳一样也向他提出挑战，但诺思罗普毫不怀疑他的晶体是纯的，以及这些酶是蛋白质。

欧洲许多著名的科学家，尤其是奥托。瓦勃（Otto Warburg）有关他对呼吸酶系的研究，对酶是蛋白质的观点作出了贡献。随着分离到越来越多的晶态酶，以及随着许多研究开始使催化活性与个别蛋白质的存在相联系，威尔斯蒂特有关酶作为吸附在某种载体表面的低分子量活性基团的理论开始失宠。到1937年这场旷日持久的论战宣告结束。萨姆纳本人1937年发表的有关过氧化氢酶的论文推波助澜于威尔斯蒂特理论的崩溃，萨姆纳从小牛肝分离结晶出过氧化氢酶并表明它是一种缀合蛋白质，该蛋白和铁卟啉基是整个酶活性所必需的。萨姆纳还和瑞典的西奥多 · 斯维德伯格（Theoder Svedberg）合作，利用斯维德伯格超离心法及其他方法确定酶的分子量和物理性质。

结 论

载体理论的崩溃是与萨姆纳所取得的成就的认可有关。这种认可的一个标志即1946年诺贝尔化学奖执牛耳于萨姆纳、诺思罗普及其洛克菲勒研究院同事温德尔 · 斯坦利（Wendell Stanley），因他们对蛋白质的研究作出的杰出贡献。萨姆纳直到1955年退休前主要积极从事改进蛋白质的分离方法，发表了几篇有关几种酶的很有价值的论文，1955年后他原计划移居巴西，在Minas Gerais大学组织一项研究计划。就在计划之中，看起来还好好的萨姆纳，不幸病从天降，几个月后他死于癌症。

萨姆纳的方法经诺思罗普改进并拓展后，引出了几个重大发现。1935年W. 斯坦利应用他的两位前驱的工作，分离到烟草花叶病毒，并证明它是一种蛋白质。但又出现了意想不到的事情。1936年英国科学家们证明这种病毒也含有6%的核酸。30年代的化学家们还的确没有赋予在动、植物细胞中发现的核酸以特殊的重要性一一他们认为蛋白质分子对生命的化学而言是至关重要的。当萨姆纳和诺思罗普获得了他们的酶蛋白，斯坦利分离到他的病毒蛋白时，他们原应该对生物化学中蛋白质的重要性提供更多的证据。但是1936年，当鲍登（Bawden）和皮里（Pirie）在烟草花叶病毒中发现了一些被斯坦利遗漏了的东西一一开辟了考查核酸作用的一条新的探究途径。所以，从30年代有关酶和病毒的这些研究来看，生物化学之大部分不过是在萨姆纳1926年宣称业已分离到的脲酶是一种晶态蛋白质基础上的发展。

[Chemistry in Britain，1989年8月]

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*德国著名化学家。