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我与导师邹承鲁院士二三事

徐建兴

我的导师是邹承鲁院士。

邹先生师承的是居里夫人同时代科学家、英国剑桥Keillin D教授。他用光谱分析手段发现了与细胞呼吸相关的三个细胞色素a、b、和c、即呼吸链的基本成员。

邹先生在读博士期间就用实验手段证明了细胞色素c在呼吸链中传递电子的功能,从而成长为生物能量学领域的领头人之一。

建国初期海外华人科学家纷纷回国效力,剑桥的三位华人科学家王应睐、邹承鲁和曹天庆回到上海组建了生物化学研究所,开辟了我国从分子水平研究生命的科学新篇章。

王应睐和邹承鲁都是Keillin D的学生,他们在上海很快完成了琥珀酸脱氢酶的纯化和与细胞色素链重组活性的测定,这是生物能量学领域的一项重大突破性进展,为后来的化学渗透学说荣获诺贝尔奖铺平了道路。

改革开放迎来了中国科学发展的春天。1976年在美研究呼吸链的知名教授金祖怡第一时间来到上海找到王应睐探讨恢复国内呼吸链研究的问题。王应睐、邹承鲁和金祖怡商量在生物物理所建立中美合作实验室的设想得到了当时的院领导支持,于是我被邹先生点名筹建呼吸链研究中美合作实验室,并派我赴美到金祖怡实验室学习制备呼吸链复合物I II III IV的方法和研究手段。

1982年我按期回国在邹先生负责的中美合作实验室开展工作。他逐年给我安排了几个学生,并要求我独立开展工作,独立申请经费,邹先生则把主要精力转移到了酶蛋白活性中心柔性的研究中。这曾一度使我感到迷茫和 不知所措。

1983年原本在武汉大学农药所搞合成农药研究的古练权教授,在美国研究泛醌结合蛋白理论时,合成了大量的泛醌结构类似物用于研究呼吸链复合物I II III 的泛醌结合位点。

古练权回国后想与我合作继续他在美国的研究。我当时想如果把美国的研究搬到中国来做不符合邹先生一贯的创新思维风格,于是我建议他合成泛醌反应抑制剂。如果一个抑制剂能对复合物I II III都起抑制作用,那么抑制位点就应该是泛醌结合位点。把这个想法汇报给邹先生后,先生帮助我们申请了一个重大项目基金,我们的合作取得了很好的成绩,双方共同发表了不少文章,还得了教育部颁发的奖励。

邹先生虽然是把精力转移到了酶蛋白活性中心柔性的研究中,但他并没有放弃呼吸链的研究课题,这激励了我开始思考如何把呼吸链的研究向前推进一步。我回顾了邹先生早年在英国剑桥实验室读博士时论证细胞色素c参与呼吸链电子传递功能的实验研究,他成功的关键是在改进制备呼吸链酶的操作程序中摸索到了一个可以把细胞色素c从呼吸链中抽提出来使呼吸链失去活性,再把细胞色素c组装回去使呼吸链恢复活性的实验方法。

回顾到这里我突然有个想法:邹先生当年实验检测的是氧被呼吸链消耗的过程,我突然想到为什么不用同样的实验方法检测一下超氧自由基O₂⁻˙和H₂O₂呢,我把这个想法汇报给邹先生后,先生让我在全室的大会上做了一次汇报,会后先生充分肯定了我的想法并为我购置了检测O₂⁻˙和H₂O₂的化学发光仪,经过一段时间的实验研究之后我们发现了呼吸链电子漏旁路的存在。

显然,邹先生虽然是把精力转移到了酶蛋白活性中心柔性的研究中,但他并没有放弃老本行呼吸链的研究课题,这激励了我开始思考如何把呼吸链的研究向前推进一步的问题。我回顾了邹先生早年在英国剑桥实验室读博士时论证细胞色素c参与呼吸链电子传递功能的实验研究,他成功的关键是在改进制备呼吸链酶的操作程序中摸索到了一个可以把细胞色素c从呼吸链中抽提出来使呼吸链失去活性,再把细胞色素c组装回去使呼吸链恢复活性的实验方法。回顾到这里我突然有个想法:邹先生当年实验检测的是氧被呼吸链消耗的过程,我突然想到为什么不用同样的实验方法检测一下超氧自由基O₂⁻˙和H2O2呢,我把这个想法汇报给邹先生后,先生让我在全室的大会上做了一次汇报,会后先生充分肯定了我的想法并为我购置了检测O₂⁻˙和H₂O₂的化学发光仪,经过一段时间的实验研究之后我们发现了呼吸链电子漏旁路的存在,如下图所示:

图1:横坐标是重组细胞色素c的剂量,纵坐标是检测重组合的效果。向上弯曲增长的曲线就是邹先生读博时在Keilin 实验室做出的证明细胞色素c在呼吸链中传递电子功能的实验曲线。向下弯曲递减的曲线是我们在北京测定的呼吸链漏电产生O₂⁻˙和H₂O₂的实验曲线,两条曲线的测定竟相隔了半个世纪的时差。相隔了半个世纪的时差的原因是,在这半个世纪的时间里自由基生物学有了很大的发展,这是我产生检测O₂⁻˙和H₂O₂的原因所在。

如果对两条曲线做一个数学分析,把两条曲线的的拐点纵向链接起来,我们得到了三个区域划分的结果,这给了我极大的思想启发:右边粉色区显然应当是正常生理状态区,这里呼吸链电子传递耗氧活性很高,漏电产生的O₂⁻˙和H₂O₂很少。左边蓝色区是不可逆的死亡区,这里漏电产生O₂⁻˙和H₂O₂随重组细胞色素c重组剂量下降而迅速升高,电子传递氧化活性迅速下降。中间黄色区是过渡期,显示生理状态可以变好也可以变坏。三个区域划分的结果激发了我们做动物模型实验的兴趣,我们发现随着小鼠年龄的老化呼吸链电子漏产生O₂⁻˙和H₂O₂的水平也在增加;运动疲劳小鼠的呼吸链电子漏产生O₂⁻˙和H₂O₂的水平比不运动的正常小鼠高;甲亢小鼠呼吸链电子漏产生O₂⁻˙和H₂O₂的水平高于正常小鼠;缺血再灌流实验证明再灌流时呼吸链电子漏产生O₂⁻˙和H₂O₂的水平会增高;大量的动物模型实验都显示了呼吸链电子漏产生O₂⁻˙和H₂O₂的水平与动物的生理状态有相关性,因此探讨呼吸链电子漏与疾病的关系成为了我们新的研究方向。

下图是我们根据多年实验研究总结出来的电子漏旁路图,四条电子漏旁路造成的非磷酸化呼吸填补了Mitchell 理论磷酸化呼吸与实验检验存在的偏差。

我们在动物模型实验中发现,随着小鼠年龄的老化呼吸链电子漏产生O₂⁻˙和H₂O₂的水平也在增加;运动疲劳小鼠的呼吸链电子漏产生O2-.和H2O2的水平比不运动的正常小鼠高;甲亢小鼠呼吸链电子漏产生O₂⁻˙和H₂O₂的水平高于正常小鼠;缺血再灌流实验证明再灌流时呼吸链电子漏产生O₂⁻˙和H₂O₂的水平会增高;大量的动物模型实验都显示了呼吸链电子漏产生O₂⁻˙和H₂O₂的水平与动物的生理状态有相关性,因此探讨呼吸链电子漏与疾病的关系成为了我们新的研究方向。

如果把呼吸链看做是分子热机,电子传递制造ATP可被视为“有用功”,电子漏产生ROS(可能引起氧化损伤导致疾病和衰老的因素)可被视为“无用功”,用热力学的热机原理探讨生命。通过研究呼吸链电子漏旁路线路图,我明白了线粒体是怎样构建和维持细胞有序性结构的,细胞的有序性正是经络系统的物质体现,维护细胞的有序性结构就是人体的自愈能力的本质,而中医理论的精髓就是调动人体的自愈能力,修复损伤恢复健康,从这个角度,可以说中医是一种以非常经济有效的医学手段。

下图是我们根据多年实验研究总结出来的电子漏旁路图,四条电子漏旁路造成的非磷酸化呼吸填补了Mitchell 理论磷酸化呼吸与实验检验存在的偏差。

图2:蓝色椭圆表示参与线粒体氧化磷酸化制造ATP的酶,黄色表示描述氧化磷酸化机制的Mitchell理论,该理论1961年提出,1978年获得诺贝尔奖。绿色箭头表示电子在呼吸链中传递的方向,O₂被末端氧化酶抓住直至接受4个电子变成H₂O才被释放出去。红色箭头表示本实验室论证的呼吸链电子漏旁路 ,显然电子漏旁路中产生了O₂⁻˙,它是多种含有活泼氧原子的氧毒性物ROS的元凶,ROS 可能引起氧化损伤导致疾病和衰老。但更重要的是它们 作为生物信号启动人体抗氧化免疫机制和损伤修复机制,这是探讨健康长寿问题的新课题。

我们可以把呼吸链看做是分子热机,电子传递制造ATP视为“有用功”,电子漏产生ROS 视为“无用功”,用热力学的热机原理探讨生命。也可以把呼吸链看做是阴阳元素,视ATP合成为“阳”,视漏电产生ROS为“阴”,用阴阳平衡理论探讨中医科学。这引起了我探讨中医理论科学性的极大兴趣。

退休之后我唯一做的事情就是把从邹先生哪里学到的生物能量学知识和从贝时璋所长哪里学到的生物物理学知识结合起来论证中医理论的科学性。

上述图1细胞色素c 重组活性的实验曲线和图2呼吸链电子漏旁路线路图让我明白了线粒体是怎样构建和维持细胞有序性结构的,细胞的有序性正是经络系统的物质体现,维护细胞的有序性结构就是人体的自愈能力的本质。中医理论的精髓是调动人体的自愈能力,修复损伤恢复健康,是经济有效的医学手段。而以赚钱为目的地西医资本医学为了独占医疗市场必然要蓄意搞垮中医,或者把中药秘方改造成西药剂形抢占专利抬高药价,这就是中医伪科学论制造者的阴谋所在。

从邹先生身上学到的生物能量学知识,结合从贝时璋所长学到的生物物理学知识,未来我将致力于探索论证我国中医理论科学性新道路,生命二维码健康的保护神一文就是我的学习心得。

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