前 言

瑞典化学家阿尔弗雷德 · 诺贝尔1895年在巴黎立下遗嘱，设立了诺贝尔奖金，从1901年执行至今已整整一个世纪了。对诺贝尔奖金获得者来说要求在三个方面之一作出杰出的贡献：第一，首创性的研究，即在时间上是划时代的新发现；第二，卓越的科学成就，即在空间上确立了科学的新疆界或奠定了科学的基础与建立了科学的大厦；第三，巨大的造福于人类，即在物质上是开创性的发明，能赋予人类以巨大的利益。

本文简要地回眸上一个世纪在大分子科学领域里获得的诺贝尔奖，并对上述三个方面的获奖要求举例说明。因为分子是化学研究的领地，而生命科学的基础就是有机大分子（主要含碳，亦含有氢、氧、氮磷、硫等），所以大分子科学涉及化学和生物学（生命科学）两大学科，与之相关的诺贝尔奖就分属化学奖和生理学或医学奖；事实上，大分子科学几乎涉及到自然科学所有的领域，即数学、物理学、化学、生物学、医学以至精神和意识等学科，并有着将物质与精神统一研究的趋势。

诺贝尔奖设立以来的一百年，正是自然科学光辉灿烂发展的一百年，而人类认识大分子正是在这一背景下实现的。自从40亿年前地球上出现大分子、35亿年前出现大分子生命、100万年前猿猴进化为人类的祖先、7000年前出现人类的古文明、19世纪开始认识分子（指小分子），直至20世纪初期人类始终对衣、食、住、行、文化、艺术、体育、娱乐以及战争都需要的大分子确并不认识，人们尽管在改性天然大分子，并制得了一些大分子，但并不了解这些物质就是大分子，更不知道生命现象本身就是大分子运动的表现形式。1920～1930年，德国化学家H · 斯托丁格（Hermann Staudinger）通过对含双键小分子聚合以及分子量测定的研究，提出并证实了大分子的存在，经过激烈的论争，最终获得了人们的认可。

一般而言，小分子的空间标度小于纳米（nm），而大分子则在纳米至微米（nm-μm）之间，从此在人类的视野里打开了大分子神奇王国的大门，许多科学家在此领域里不断作出卓越的新贡献，有的因此而获得了诺贝尔科学奖。

大分子科学与诺贝尔奖

以下在五个方面对大分子领域得到诺贝尔奖的科学家及成果作一简要介绍。其中有的科学家在几个方面均有重大建树，则分别予以列出或归于其他领域内。

一、大分子科学

1950（化） 狄尔斯（Diels，O.P.H.，1876～1954，德），阿尔德（Alder，K.，1902～1958，德）

发明双烯合成法。可用于丁二烯、异戊二烯和环戊二烯的合成，在塑料和橡胶等的生产上意义重大。

1953年诺贝尔化学奖得主赫尔曼·斯托丁格

1953（化）斯托丁格（Staudinger，H.，1881～1965，德）

发现大分子。奠定大分子科学的基础，并宣告大分子科学的诞生。

1963（化）齐格勒（Ziegler，K.，1893～1973，德），纳塔（Natta，G.，1903～1979，意）

发明立体定向聚合法。广泛用于生产高分子塑料、纤维、薄膜和橡胶等。

1974（化）弗洛里（Flory，P.J.，1910～1985，美）

链分子统计力学和链分子物理化学的理论体系与实验方法。基本上构建了大分子科学的理论大厦。

1984（化）梅里菲尔德（Merrifield，R.B.，1921～，美）

发明生物大分子固相合成法。合成了聚肽（胰岛素）和核糖核酸酶等。

2000（化）黑格（Heeger，A.J.，1936～，美），迈克迪尔米德（MacDirmid，A.G.，1927～，美），白川英树（Shirakawa，Hidiki，1936～，日）

发明导电大分子。用碘和五氟化砷等掺杂聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺等，可开发用于光电器件、分子导线和分子器件等。

二、核酸

1902（化）费歇尔（Fischer，E.H.，1852～1919，德）

含氮碱嘌呤的合成与研究。

1957（化）托德（Todd，A.R.，1907～1997，英）

首次合成核苷酸以及对核苷酸辅酶的研究。证实核酸是由磷酸与核糖交替相连而成，每个核糖上带有一个含氮碱基。

1962（医）沃森（Watson，J.D.，1928～，美），克里克（Click，F.H.C.，1916～，英），维尔金斯（Wilkins，M.H.F.，1916～，英）

发现DNA双螺旋分子结构及其在生命信息储存与传递中的机制。奠定了分子遗传学的基础。

1970（化）莱洛伊尔（Leloir，L.F.，1906～1987，阿根廷）

发现核苷酸糖以及在合成碳水化合物中和生物体糖代谢过程中的作用。

1972（化）安芬森（Anfinsen，C.B.，1916～1995，美），穆尔（Moore，S.，1913～1982，美），斯坦（Stein，W.H.，1911～1980，美）

核糖核酸酶的结构及其生理活性中心的研究，发明氨基酸柱上层析法。奠定了酶化学基础。

1980（化）伯格（Berg，P.，1926～，美），吉尔伯特（Gilbert，W.，1932～，美），桑格（Sanger，F.，1918～，英）

DNA和RNA化学和酶切序列的测定及酶接重组。引致基因工程的诞生。

1982（化）克卢格（Klug，A.，1926～，英）

发明显微影像重组技术。将X-射线衍射法与电子显微术结合，用以研究病毒（TMV）、染色体和t-RNA等的结构。

1989（化）奥尔特曼（Altman，S.，1939～，美），切赫（Cech，T.R.，1947～，美）

发现RNA具有生物催化特性。涉及生命起源、基因技术以及防御感染等问题。

（医）比肖普（Bishop，J.M.，1936～，美），瓦尔莫斯（Varmus，H.，1939～，美）

发现正常细胞携带的60种原癌基因和病毒癌基因的作用。说明致癌不一定直接是病毒，可以由于干扰而致癌。

1993（化）史密思（Smith，M.，1932～2000，加），莫里斯（Mullis，K.B.，1945～，美）

发明寡聚核苷酸定点诱变技术和聚合酶链式反应法。涉及疾病发生、遗传、艾滋病以及生命结构等问题。

（医）罗伯茨（Roberts，R.，1943～，英），夏普（Sharp，P.A.，1944～，美）

发现断裂基因。它是高等生物常见的基因结构，与中心法则相补充，涉及癌症发生和生物进化等问题。

1997（化）波义耳（Boyer，P.D.，1918～，美），瓦尔克（Walker，J.E.，1941～，英），斯库（Skou，J.C.，1918～，丹）

发现ATP合成的酶催化机理和细胞内运转离子的酶。涉及ATP的形成过程和蛋白质的能量转化等问题。

三、醣

1902（化）费歇尔（参见核酸）

醣的异构和立体化学的研究。合成了葡萄糖、果糖和甘露糖等。找到了从碳水化合物到蛋白质一连串环节中的第一个环节。

1939（化）霍沃思（Haworth，W.N.，1883～1950，英），卡勒（Karrer，P.，1889～1971，瑞士）

碳水化合物、维生素A、B、C等的研究。认证木胶糖为五环糖的衍生物，淀粉和纤维素则是六环糖的衍生物，完成了醣结构的基础研究。

1957（化）托德（参见核酸）

证实核酸中含核糖，属五环糖。

1970（化）莱洛伊尔（参见核酸）

发现核苷酸糖及其在糖代谢过程中的作用。

四、蛋白质

1902（化）费歇尔（参见核酸和醣）

合成多肽，分子量大于1000，聚合度约为18到30。提出酶和底物的钥-锁关系。

1926（化）斯韦德伯格（Svedberg，T.，1884～1971，瑞典）

发明超速离心机。获得了几十万倍于重力场的加速度，用于研究高分散性胶体物质，测得蛋白质分子量处于104～106之间，证明其分子量存在分布。

1946（化）萨姆纳（Sumner，J.B.，1887～1955，美），诺思罗普（Northrop，J.W.，1891～1987，美），斯坦利（Stanley，W.M.，1904～1971，美）

获得酶（尿激酶等）、酶原和病毒（TMV）的结晶，确认前两者为蛋白质，后者为核蛋白体。终结了在生物学和医学研究中不确定的一章，确立了酶和病毒的化学观。

1948（化）狄塞留斯（Tiselius，A.W.K.，1902～1971，瑞典）

发展了电泳法和吸附色谱法。成功分离与研究了血清蛋白质（马等），证认动物血清蛋白中有α、β、γ三种球蛋白，并证明结晶蛋白质与酶均具有多分散性，从此打开了免疫蛋白质研究的大门。1926年诺贝尔化学奖得主西奥多 · 斯韦德伯格

1954（化）鲍林（Pauling，L.C.，1901～1994，美）

化学键本质的研究。通过对结晶肽X-射线衍射的研究，提出纤维蛋白的二级结构为α-螺旋和β-折叠，并由七条螺旋链盘绕成三级超结构。

1958年诺贝尔化学奖得主弗雷德里克·桑格

1958（化）桑格（参见核酸）

首次确定蛋白质（牛胰岛素）分子中氨基酸的序列结构。

1962 年诺贝尔化学奖得主约翰 C·肯德鲁

1962（化）佩鲁茨（Perutz，M.F.，1914～，英），肯德鲁（Kendrew，J.C.，1917～1997，英）

利用X-射线衍射及引入Au、Hg等重金属，确定了血红蛋白质（马）和肌红蛋白质（鲸）的立体结构。

1964（化）霍奇金（Hodgkin，D.M.C.，（女），1910～1994，英）

利用X-射线衍射测定胰岛素、胃蛋白酶、维生素B12和青霉素等复杂分子的立体结构。

1972（化）安芬森（参见核酸），穆尔（Moore，S.，1913～1982，美），斯坦（Stein，W.H.，1911～1980，美）

酶化学的基础研究。通过核糖核酸酶的研究，证明蛋白质的高级结构是由一级结构决定的，以及确定酶的活性中心。

1975（化）康福思（Cornforth，J.W.，1917～，澳裔英人），普雷罗格（Prelog，V.，1906～1998，瑞士）

酶催化反应和有机分子反应的立体化学。

1982（化）克鲁格（参见核酸）

1988（化）戴森霍弗（Deisenhofer，J.，1943～，德），休伯尔（Huber，R.，1937～，德），米歇尔（Michel，H.，1948～，德）

首次给出光合作用中心结晶膜蛋白质-色素复合体中膜蛋白质的三维结构。

1993（化）史密思和莫利斯（参见核酸）

发明基因工程的重大技术。

1994（医）吉尔曼（Gilman.，A.G.，1941～，美），罗德贝尔（Rodbell，M.，1925～1998，美）

信号控制开关G蛋白质的研究。涉及癌症、霍乱、糖尿病和神经故障疾病的发生。

1996（医）多尔梯（Doherty，C.P.，1940～，澳裔美人），欣克耐格尔（Zinkernagel，M.R.，1944～，瑞士）

入侵病毒分子识别机制的研究。涉及癌症、风湿病、病毒性感染、炎症、糖尿病等的免疫学。

1997（医）普鲁西纳（Prusiner，B.S.，1942～，美）

发现毒蛋白（PrPSC），它与无毒性的PrPC仅分子构象不同，成为疾病感染的新机制，并丰富了中心法则。

1999（医）布洛贝尔（Blobel，G.，1936～，德裔美人）

发现“地址签”蛋白质是控制细胞中蛋白质传输和定位的内部信号。

五、其他相关领域

上述因大分子科学领域里的成就而得奖的科学家，在其他相关方面也作出过重要的贡献，下面简要地举例介绍。

维生素

1937（化）霍沃斯和卡勒（参见醣）

确定维生素A，A2，B2，C，E，K的结构。

1939（化）鲁齐卡（Ruziha，L.，1887～1976，南裔瑞士人）

提出异戊二烯法则，可用之于研究与合成维生素A、D、E、K等（参见激素）。

1957（化）托德（参见核酸）

维生素B1，B2，B3，B12为辅酶的组成。

1964（化）霍奇金（参见蛋白质）

确定维生素B12的立体结构。

激素

1939（化）布坦南特（Butenandt，A.，1903～1995，德）

雌、雄激素和胆甾醇的研究（参见维生素）。

1950（化）狄尔斯和阿尔德（参见大分子科学）

发明二烯合成法，使碳链成环，可用于制备性激素和肾上腺皮质激素等。

1958（化）桑格（参见蛋白质和核酸）

确定牛胰岛素的序列结构。

1964（化）霍奇金（参见蛋白质）

确定牛胰岛素的立体结构。

病毒

1946（化）斯坦利（参见蛋白质）

证认病毒为核蛋白，研究了烟草镶嵌病毒、流感病毒和牛痘疫苗等。

1996（医）多尔梯和欣克耐格尔（参见蛋白质）

入侵病毒分子的研究，发展了免疫学。

1997（医）普鲁西纳（参见蛋白质）

发现毒蛋白属疾病感染的新病源，涉及疯牛病、早老性痴呆症、帕金森综合症、克雅氏海棉脑和致死性失眠症等。

抗菌素

1964（化）霍奇金（参见蛋白质、维生素和激素）

确定青霉素的立体结构。

色素1930（化）费歇尔（Fischer，H.，1881～1945，德）

血红素、叶绿素等色素性质与结构的研究。

1937（化）卡勒与霍沃斯（参见醣及维生素）

确定黄色色素（胡萝卜素）的结构，以及从β-胡萝卜素转为维生素A的结构联系。

香料

1939（化）鲁卡齐（参见维生素与激素）

发现异戊二烯法则，可用于研究与合成萜烯与香料。

1950（化）狄尔斯和阿尔德（参见大分子科学）

发明二烯合成法，可将链烃转变为环烃，因而可用于合成香料。

三类获奖科学家举例

这里所举的四位科学家在大分子科学领域里是众所周知的，他们的工作可以作为三类获奖的典型。

第一类的典型是1953年获得化学奖的德国化学家斯托丁格，授奖是表彰他划时代的发现，即从此以后不仅标志着大分子科学的诞生，同时更诞生了一个大分子的时代。

1920年，他在《德国化学会会志》上发表的“论聚合”，可以作为提出大分子概念的经典代表之作。在此后的10年里他从三个方面与反对者进行了有力的争辩：一、从价键的张力说，双键（三键）与官能团反应的能力，以及链长与晶胞尺寸无关等否定“环状小分子说”，主张大分子长链说；二、从加、缩聚反应随机增长与终止的动力学否定同种分子只应有一种分子量的“化学纯”概念，主张同种大分子可以是多分散的同系物；三、通过氢化和溴化橡胶、水解-脂化聚醋酸乙烯脂（化学法），以及测定大分子在不同溶剂中形成胶体的胶粒量（物理法），来否定“余价缔合说”，而主张大分子主价长链说。还值得一提的是斯托丁格的妻子沃伊特 · 玛格达（Woit Magda）于1937年利用电镜直接观察了糖原粒子的尺寸（～10 nm，分子量约为小分子的150万倍），以直观的事实来支持大分子的存在。总之，二十世纪三十年代以来，大分子概念终于成为人们普遍接受的思想。

第二类的典型是1974年获化学奖的美国科学家弗洛里，他被人们誉为“大分子结构和性质研究的先驱”，“大分子科学奠基与建立大厦的巨人”。

弗洛里在大分子科学领域里扎实而有创造性地整整工作了50年。他的研究证明了对大分子长链的尺寸和形状的了解的重要性，不仅建立了大分子长链的统计力学，而且以它为纽带还建立了大分子结构与性质之间的关系。统计力学涉及理想链和真实链；链结构包括近程结构和远程结构、柔性链与刚性链等；物性则遍及粘性、高弹性、强度、流体和流变行为、光学和电学与磁学特性、以及热力学相平衡行为等。此外。在聚合、解聚和凝胶化动力学以及单链与多链凝聚态结构等方面均作出杰出而完善的贡献。

第三类的典型是1963年获得化学奖的两位科学家，即德国化学家齐格勒和意大利化学家纳塔。授奖是表彰他们发明了常温（或中温）、常压下聚合乙烯和α-烯烃的催化剂，并用以聚得了立体等规的大分子。他们开创性的发明打破了生物合成的神奇论，对人类掌握自然界普遍存在的立体等规合成的本质方面迈出了重要的第一步。随之，一个以齐格勒-纳塔催化剂定向聚合为基础的新型塑料、纤维、薄膜和橡胶的产业大规模的蓬勃发展起来，并因之而促进了石油化工世界性的大发展。

最后，我想引用斯托丁格和弗洛里两人的话作为本篇文章的结束语。斯托丁格在获奖时说：“今日我们是站在有机化学的起点上，而不是站在它的终点上。”弗洛里认为，如果要他从头开始，则他仍将选择大分子，因为“大分子最伟大的发现还在后面”。

生命信息之谜正有待人们去求索。