白地霉戊糖代谢的新发现_关于马福祥的故事

白地霉戊糖代谢的新发现_关于马福祥的故事

从1959年开始，出现全国性的大饥饿,克服粮食困难是最紧迫的任务。作为国家级的科研单位，中国科学院微生物研究所在党委和副所长方心芳领导下，利用含大量戊糖和纤维素，不能为人类食用的稻草等秸秆，生产出所谓“人造肉”，即用秸秆经加工后作为原料，培养出来的酵母菌细胞(单细胞蛋白质中之一类)，以补充当时普通膳食中非常不足的蛋白质、油脂和维生素。当时应用最普遍的酵母菌称为白地霉。

1960年后，张树政想到白地霉可以利用稻草等作为营养生长，这就意味着这种酵母菌存在一个代谢戊糖的机制，因为稻草等作物秸秆中含可降解成葡萄糖（分子中含有6个碳原子，即己糖）的淀粉极少，多数为人类不能利用的木糖、阿拉伯糖等分子中含有5个碳原子的戊糖。于是她采用白地霉作为材料，研究戊糖和己糖的代谢，这是一个来自实际却具有理论探讨意义的课题。

在那与饥饿威胁斗争的日子里，微生物所的科研人员为国家度过困难贡献了自己的一份力量。张树政帮助方心芳在工业微生物研究室建立了从原料到成品的分析方法，又指导了白地霉菌体中维生素含量的分析。也没有放松自己的戊糖代谢研究。张树政领导着王惠莲、杨廉婉、黎高翔等多位研究人员研究了白地霉的戊糖代谢途径（如EMP、戊糖循环）,确定了木糖代谢的初步变化途径是木糖还原为木糖醇再氧化为D木酮糖，后者又经磷酸化生成磷酸木酮糖，阐明了木糖和阿拉伯糖的代谢途径，纯化了木糖醇脱氢酶，并证明为诱导酶。对它的氧化代谢途径（如三羧酸循环和乙醛酸循环）的酶系进行了研究，测定了参与呼吸链的各种酶活力，指出在白地霉无细胞提取液中有三羧酸循环及乙醛酸循环的一系列的酶存在。他们在测定白地霉菌丝的无细胞提取液中有关酶活力时，发现NADP的内源还原作用较高。在查明这种内源底物的性质时，发现有大量多元醇，经纸色谱、纸电泳及提纯结晶制备衍生物等方法鉴定为D甘露醇，其含量达到细胞干重的7.3%。他们又通过细致的实验，证明了D甘露醇是由D果糖直接还原形成，而不涉及磷酸化的化合物。还证明果糖还原是以NADPH2为供氢体，即白地霉的细胞中有联系NADP的甘露醇脱氢酶存在，它催化甘露醇被NADP氧化为果糖或相反的果糖被NADPH还原为甘露醇，而它的无细胞提取液中有磷酸酯酶，可催化果糖磷酸酯水解为自由果糖及无机磷酸，最后证明甘露醇的形成途径是D木糖培养的白地霉适应形成了NAD艾杜糖醇脱氢酶，它催化木糖醇氧化为木酮糖，D山梨醇氧化为D果糖。1963年由张树政和黎高翔署名在《生物化学与生物物理学报》第3卷第3期，以“白地霉中甘露醇的鉴定及其形成机制的研究”为题发表。第二年，又发表在英文版的《中国科学》上。首次报道联系NADP的甘露醇脱氢酶的，是美国纽约医学院微生物学系的科研人员，他们于1963年在美国生物化学杂志上发表，张树政等在同年从白地霉的细胞中发现，至少是在同一水平上。在当年，中国学者在本国实验室内发现这种少有报道的酶，应该属于国际先进水平，因此曾获得中国科学院1978年重大科技成果奖。

张树政的有关白地霉戊糖代谢的酶学研究结果，大部分发表在当年问世不过两三年的《生物化学与生物物理学报》上，这个学术期刊在当时，尤其是在2004年改成全英文版发行后，应认为是我国本领域中具有高影响力的期刊。从张树政保存的当年有关这些稿件的处理和与生物化学与生物物理学报编辑部的通信中，我们得知，他们在1961年已经基本完成的关于白地霉戊糖代谢的第一篇研究报告“白地霉的戊糖代谢Ⅰ.木糖代谢的初步变化途经”（1962年4月16日收到），经过了近8个月的审稿过程，直到1962年年底《生物化学与生物物理学报》第2卷第4期才得到发表。这篇论文是张树政及其研究小组在该刊物发表的第一篇论文，他们发表了用在木糖上培养的白地霉2.361无细胞提取液进行了木糖代谢酶体系研究的结果。在该文中，他们查明了木糖代谢的初步变化途经。确认木糖还原产物是木糖醇，催化其还原反应的是木糖还原酶，需要TPN。木糖醇在有DPN的条件下，经木糖醇脱氢酶催化下还原为木酮糖。木酮糖再经木酮糖激酶催化生成D木酮糖5磷酸，而其他戊糖不被磷酸化。他们在文章末尾指出未检测到异构酶活性并指出上述各酶均有适应形成的特性，符号Stanier的连续适应学说。这篇文章是经过张树政的反复申辩和验证后才得以发表的。1962年4月投稿，12月才发表；而1959年意大利人More即发表了关于白地霉的代谢的研究报告，原文为意大利文，张树政在1962年的英文《化学文摘》中才得以见到英文摘要。其戊糖代谢途径的研究结果与张树政等的相一致,应该说张树政的工作在当时是与国际上的研究处于同等水平的。

白地霉戊糖代谢的第一篇报告发表后，由张树政、黎高翔署名的“白地霉的戊糖代谢Ⅱ. L阿拉伯糖代谢途经”一文，又隔了一年才在该刊物发表。在张树政自己保存的信件中，我们得知，张树政为了此文的发表，先后与《生物化学与生物物理学报》编辑部往返通信近10次，甚至在1963年6月直接向该刊主编王应睐提出意见。为了保存历史记录，此处特将张树政当年向王应睐主编写的信函抄录如下：张树政与生物化学与生物物理学报编辑部的通信，资料存于采集工程数据库，编号XJ001001—XJ001011。(www.guayunfan.com)图 4-1黎高翔（右二）在实验室向王应睐（右一）、邹承鲁（左四）和外宾介绍白地霉戊糖代谢研究工作（1964年摄）

王应睐主编：

生物化学与生物物理学报水平较高，对文章的要求较严格，这是很好的。我们的工作经验很少，水平太低，所投寄的稿件均经贵学报编辑部多次批评指教，非常感谢。但另一方面也使人感到审查先生和编辑先生们有时也过于主观，一定要人家的文章符合他们自己的有时是近于“偏见”的框框。我们觉得这是不符合“百花齐放，百家争鸣”的方针的，这对祖国科学事业会起一定的阻碍作用。因此特向您提出意见，也可能很不正确，请批评。

具体例子是“白地霉的戊糖代谢Ⅱ.：木糖与葡萄糖培养菌株糖代谢酶体系的比较”一文，去年大约6月间寄到编辑部，经审查后提出很多意见，认为“不应当给予发表”，退回后，我们又作了补充修改，并回答了所提意见。主要争论点在于，编辑部认为两种糖培养的菌体根本不会有不同，进行比较的这种想法是错误的。为此我们在讨论中引了一些文献，并回信作了答复。我们认为，微生物比较容易发生变化，不同培养基上生长的菌体酶组成及代谢活性可以有很多差异。像碳源这样重大的物质的改变是有可能引起代谢改变的。但编辑部仍认为既然比较结果没有显著差异，就不必比较，应把题目改为“糖代谢酶系的研究”。我们认为在没有得到实验结果之前不能下这个结论，有了实验根据才可以下结论。实验工作还是必要的。科学研究上的负结果有时与正结果有同等重要性，因此我们不同意改题目，我们的见解我们自己负责，编辑部似乎没有必要把自己的见解强加于人。

为了使您了解经过情况，现把各次所提书面意见及复信一并寄上，另外还有邹承鲁先生的口头意见如下：“编辑部认为你的工作没有技术上的错误，因此也就没有理由不刊登。但里面有“政治错误”，你最好把同位素部分删去，否则不能刊登。我曾当面问他，“学报上经常写某试剂E Merck出品，DDH出品，那么是否也算政治错误？”以后政治错误的问题就未再提出，这是过去的事，但我们认为随便拿出政治错误的大帽子来吓唬人，是不大应该的。这虽然是邹先生个人谈话，但学报编辑部来信说，“如有问题，请与邹承鲁先生联系”可见邹先生的话也应该代表编辑部的意见。因此一并向您提出。

把稿件这样一再拖延的结果又是怎样呢？白地霉戊糖代谢的第一篇62年4月交稿，12月刊出，而在62年7月A.B.B上刊出Moret等与我们的工作基本相同的文章，是2月份交稿，7月刊出，交稿仅比我们早2个月，刊出要早5个月。但这第一篇总算还是幸运，第二篇却一年多后仍退回来。第一次退回后，我们不得不把由CA1962，看到的Moret等的文章在讨论中提一提，说是在本文编写中看到该文，其实我们是早已交稿之后才看到的。原文是意大利文，1959年发表的。但CA1962刊出摘要。说起初未看到也情有可原，但今年2月邹先生面谈，他认为“既然原文为59年发表，还是在引文中叙述，只好自认“倒霉”，就是这样拖下去，恐怕只好扔进废纸筐了。

以上意见请考虑，并请抽暇赐复。此致

敬礼

微生物所 张树政 63-6.18

本来该系列研究的第二篇论文的题目是“白地霉的戊糖代谢Ⅱ.：木糖与葡萄糖培养菌株糖代谢酶体系的比较”。当时该学报编辑部向张树政来信称分别用两种糖配成的培养基培养的菌体根本不会有不同。之所以编辑部反复提出意见，很可能是此时在生物化学界对原核生物的酶的形成尚有许多不清楚的地方，当时张树政还是一位名不见经传的助理研究员，而酶的诱导（当时称适应形成）还是一个非常新的概念，1961年法国科学家Jacob和Monod才开始介绍他们根据在大肠杆菌中观察到的现象提出了酶的形成与调控的操纵子学说，在1965年即获得了诺贝尔生理学奖。因此生物化学与生物物理学报编辑部进行较严格的审查，相当一部分审稿人对酶的诱导形成没有更多的了解，是可以理解的，从这里也能看出，张树政当年的工作是相当先进的，也可以看出张树政坚持自己学术成果的勇气。

该系列研究的第二篇报告最终没有刊登，因而我们今天看到的第二篇报告是1963年12月关于阿拉伯糖的代谢途经的论文。他们报道说，脱氢酶仅存在于阿拉伯糖培养的菌体中，而不存在于木糖培养的菌体中。可见它与木糖醇脱氢酶不是同一个酶。这一点与文献报道不同，在黄青霉中这两种酶活力被认为是同一种酶的作用。

1965年，即张树政等关于白地霉戊糖代谢研究第一篇论文发表3年后，王惠莲和张树政在同一期刊上发表了“白地霉木糖脱氢酶的提纯及其性质”一文。他们将该酶提纯了200倍，用免疫电泳鉴定为单元组分。用提纯后的酶经免疫血清法证明，在木糖上培养的白地霉菌体中确实有木糖醇脱氢酶的酶蛋白的合成。以上结果进一步确证了该酶是木糖诱导形成的，在木糖代谢中是必不可少的酶。

张树政研究组有关白地霉代谢等研究的最后一篇论文，以“白地霉NADP甘露醇脱氢酶的提纯及其性质”为题，发表在1973年复刊的《微生物学报》上。这是由于随后开始了“文化大革命”，研究结果不得不延后7年发表。

到1965年，张树政关于白地霉戊糖代谢及其他生物化学、形态学和维生素分析的研究工作宣告结束，在4年时间内，张树政领导的研究小组共发表了13篇文章，4篇发表在《微生物学报》上，其他多数发表在《生物化学与生物物理学报》上，个别为会议文摘。这里还应该特别指出，1961年由张树政领导进行的白地霉细胞中微生物含量的测定工作，在当时的劳动卫生研究所营养系的帮助下，在一年多的时间内，他们从建立方法开始，分析了白地霉和链孢霉（脉孢菌）细胞中的13种维生素的含量，提供了当时有关这两种霉菌细胞维生素成分最完全的数据。

白地霉代谢的研究工作在1965年结束时，研究的结果除氮代谢未完成外，均以论文形式发表了。没有继续进行的具体原因不明，但从1964年科学院大批人员参加农村社会主义教育运动（四清运动），肯定是一个原因。张树政于1965年也前往安徽参加这个运动近1年，直到“文化大革命”开始后才回到北京。根据以下所引用之1964年张树政研究组的选题报告，我们得以知道，这项研究在文革前便终结了，1964年的选题计划规定的工作，大部分未能继续进行。详见微生物所科研档案。

提出的根据：我所在60年曾培养白地霉作为代食品或饲料，为了确定其营养价值，我室进行了白地霉维生素含量的分析，白地霉能利用戊糖合成菌体成分，特别是蛋白质。为了提高其对戊糖的利用，有必要阐明戊糖的代谢途径，并进一步阐明由戊糖合成蛋白质的途径。关于戊糖代谢的途径，我们已经查明，另外测出白地霉中有大量甘露醇，甘露醇之形成机制及生理功能亦经实验确定，因此需要进一步研究白地霉的氮代谢，并将戊糖代谢及甘露醇代谢有关的酶类进行分离提纯及性质的研究。由过去工作已知甘露醇为主要的内呼吸底物，现再进一步查明内源底物甘露醇如何作为细胞内的碳源合成其他细胞成份（分）。

此外我们过去对白地霉的糖代谢途径（如EMP、戊糖循环）和氧化代谢途径（如三羧酸循环和乙醛酸循环）的酶系进行了测定，现进一步测定呼吸链的各种酶活力。关于白地霉的代谢仅意大利Moret等作过EMP途径及戊糖循环的各别的酶，他们也作了戊糖代谢途径与我们的结果一致。比我们早5个月。其他方面均未见有报道。

1.木糖醇脱氢酶的提纯及性质的研究

2.甘露醇脱氢酶的提纯及性质的研究提纯100倍或电泳纯作酶性质及动力学的研究

3.白地霉的呼吸链测定白地霉末端呼吸的各酶活力

4.白地霉的氮代谢探索氨的同化及转化途径

5.白地霉的内源代谢用示踪方法查出内源底物甘露醇的变化途径