旧金山加州大学药物学家乔治 · 凯尼恩（George Kenyon）把使用大量药物治疗患者比喻成“用水喷洒整幢摩天大楼去扑灭一个着火的纸篓。”许多探索开发新药物的研究是一个使用大量物质，经过反复试验不断摸索的筛选过程，所研制出的一种有效药物，往往夹带许多讨厌的甚至有危险的副作用。

目前，科学家即将突破为时数十年的难关，破译出后半部分遗传密码。他们正在确定体内主要蛋白质，弄清其精确的立体模型，并针对这些特殊蛋白质研制药物。这样一个开发药物的“理论性”探索，可能会减轻或消除副作用，并对从骨质疏松症到癌症等一系列、疾病的新治疗法指明一条途径。就像凯尼恩所说的：“我们有可能制造出恰好对症的化合物。”

合理药物研制正是在生物群落中对了解蛋白质结构和功能进行大量工作的结果。蛋白质担负大部分生命职能。酶蛋白承担生命化合物的合成和食物的消化作用；另外有些蛋白质负责细胞间的信息传递；还有一些能够抵抗病毒侵入物。

从本世纪60年代以来，开始认识到蛋白质的活性秘密与其立体构型有密切关系，精确定形的槽（pocket）和裂隙（crevice）可使蛋白质表面留下痕迹，并把蛋白质能抓取一个特殊化合物把柄或与一个信号接受部位相结合的显著性能，授予一个细胞。确切了解蛋白质的功能将是非常有效的手段。

研究人员设想制作一种能够催化缓慢的工业化学反应的分子；或制造一种新蛋白质，就像手戴手套一样，嵌入到被感冒病毒所侵入的机体细胞部位。

30年前的第一次基因破译，产生了蛋白质将会展露其结构秘密的诱人可能性。基因含有一个模板（blueprint），能够读出几百个连接在一起而组成蛋白质的氨基酸。受体是真正的蛋白质结构（具立体构型）的一部分，此结构被存在于两氨基酸之间的一系列神秘的电子力或化学力所决定，氨基酸推拉单链就构成蛋白质的最终构型。研制一个具正确构型的新蛋白质的先决条件是，找出控制一个蛋白质怎样进行交迭和卷曲成螺旋状的规则。

如今，借助于巨型计算机和新的遗传工程设备，后半部分的遗传密码终将会被破译出来一种方法仅仅是调整。宾西法尼亚州立大学化学家罗勃特 · 马修斯（Robert Matthews）说：“遗传工程的进展可使得我们有选择地一次改变一个氨基酸，因此就能查找一个最终立体构型中的最关键氨基酸。”

高级计算机和图解计算法程序能形成在计算机屏幕上操纵的复杂分子的图像。15年前，研究人员已开始手工制作冰箱大小的蛋白质模型。

即使借助新的仪器设备，如果仅仅了解蛋白质的氨基酸顺序就指望确定蛋白质的最终构型，那还是非常困难的。原因之一就是可能出现的构型数目多得无法统计。化学家可能把化合物描述成不易弯曲的，像结构玩具*的结构。但真正的生物分子是柔软的，能在不同的部位弯曲和旋转。例如，每个氨基酸单位能扭曲成10个不同的构型，从理论上讲，由100个氨基酸构成的蛋白质就可以扭成10¹⁰⁰个构型。弗吉尼亚大学生物学家罗勃特 · 克赖辛格（Robert Kretsinger）认为：“可能出现的结构比我们星系中的原子数目还多。

但研究人员正在解译一些蛋白质折叠的自然规则，这些规则大大减少了蛋白质可能出现的构型数量。例如，一种限制是氨基酸必须被高度聚集。由于氨基酸向外弯曲，折整一段氨基酸链的最有效方法，往往形成一个螺旋体或波状薄板，然后将其本身折叠而构成蛋白质的最终构型。

耶鲁大学生化学家弗雷德力克 · 理查德（Prederic Richards）说：“氨基酸类似于中国的七巧板等玩具，具有许多不同形状及大小的片块，必须相互嵌合。”

除经验法则外，生化学家掌握的从氨基酸顺序来预示蛋白质模型，还可以借助于性质证实某些结构的构型这一论据。迄今为止， · 他们已确定出大约300种蛋白质结构及大约30种重规模型。麻省理工学院化学教授格列高里 · 佩茨库（Gregorg Petsko）说：“我们以前的幻想愈来愈趋向于现实。”

克赖辛格认为：“蛋白质好像感恩节火鸡，具有似乎能切割的可分辨单位。”有些构型肯定在细胞内承担一定的功能。例如，由两条螺旋线构成的EF-hand，无论蛋白质是一个肌细胞还是精细胞的一部分，它总是起结合和减少钙的作用。”

结构与功能间的联系，使人联想到模型资料可能有助于对某些像囊性纤维变性等遗传病的生化起因的研究，并有利于研究人员开发药物，从根本上治愈疾病。

由于囊性纤维变性病患者的肺分泌一种稠性粘液，因此呼吸困难，常常导致肺部感染。遗传学家非常肯定地指出这是基因所致，读出遗传密码后，将有缺陷的蛋白质的氨基酸顺序提供给研究人员，确定出蛋白质模型可能找出有关其生化效应的线索，由此可以了解呈现出该疾病独特症状的原因。

研究蛋白质如何工作，还能为疾病治疗中的困难提示新的治疗方法。默克 · 夏普和多姆（Merck Sharp & Dohme）研究实验室的研究人员最近宣称，他们已确定了一个由艾滋病海产生的被称为蛋白酶的蛋白质结构。在使病毒自身复制中，蛋白酶起决定性作用。它作为化学剪刀剪断连接成长链的蛋白质。只有当蛋白质分段时，才可能重新改组成一个新病毒的组分，该实验室生物物理学家曼纽尔 · 纳费尔（Manuel Navia）解释：“使酶失活，病毒就失去了作为一个传染体的作用。”

研究人员希望最终将通过制造一种完全嵌合于蛋白酶活性部位的药物，开发对艾滋病的治疗方法，从而阻碍新病毒的成熟。

精确嵌合是关键。现有的艾滋病治疗药物AZT，由于破坏了参与病毒复制的蛋白质之一而疗效显著，但是，AZT同时也有损于体内的红血球中一种相似的蛋白质，由此导致使用该药的病人患有严重的贫血症。

可是，实验室的詹姆斯 · 斯普林格（James Springer）提醒人们：达到目标需要很多年时间。即使在确定蛋白质模型的活性部位之后，还有很多有关决定一个特殊分子实际上是否会与嵌入和固定在此部位的化学物质相互作用等问题，必须有待于研究。

体内的许多蛋白质担当化学信使的受体的作用，这些信使控制从血液中钙含量到痛觉等一切活动，当一种激素嵌入一个受体，它就激发起趋于活动的细胞，或把钙送入血液，或再传播一个神经信号给大脑。

由于这些受体结构的发现，生化学家希望通过研制出一些药物，或者抑制或者刺激特殊受体，最终达到对人体运转机制的控制。

例如，许多类型的癌细胞产生大量的激素，激发大批钙进入血液，旧金山加州大学医学系的弗雷德恩（Fred Cohen）和戈登 · 斯特力维勒（Gordon Strewler）正在研制一种药物，能嵌合到激素受体部位，从而抑制激素的作用。

目前，正在不断尝试改组由机体自然形成的蛋白质。一个被认为TPA的酶蛋白能在损坏组织之前，通过融解血块而终止心脏病的突发进程，心脏和血管瞬间就能产生大量的TPA。1983年，首次应用遗传工程技术进行大量生产。但是，大剂量使用TPA能使患者丧命，由于除了损坏大血块之外，该酶也同样融解那些在受损坏的血管壁上起封闭作用的小血栓，因此，一些患者常死于大面积脑出血。目前，研究人员正在调整TPA的氨基酸顺序，修改其活性部位，以便能与新形成的血块进行排外性结合。

工业科学家也在刻苦研究，重新组织天然酶。工业上，酶常用于调节大量的化学反应，从奶酪的制作到把玉米淀粉转化成玉米糖浆，无处不用。据技术鉴定办公室统计，1985年有些公司为75公吨酶就花费了约6亿美元。但是，酶置于高温、空气、溶剂或酸中，极不稳定并趋于降解。大部分工业随着研究的深入，正在制造更稳定的酶。例如，南旧金山吉纳科（Genencor）技术公司已制造出一种抗污渍清洁酶，通过在其活性部位，逐个启动氨基酸，产生更佳的漂白作用。该公司还在研制一种酶，能承受高温，可在生产过程中使用，将玉米淀粉转化成玉米糖浆。

由于确定了蛋白质结构与功能的最基本联系，研究蛋白质的更多应用很可能被凭空想象出来。有些研究人员甚至设想为分子计算机设计记忆贮存库，并在材料科学中新开辟一个尖端领域。马修斯指出：“我相信我们还没有完全认识到科学的实用性。”

诚然，蛋白质模型已展现在我们面前，这是很明显的了。

[Science Digest，198 9年11期］

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* 结构玩具：一套各种形状的零件，儿童可用螺栓等自由结合成各种各样结构。——译者注