胰岛素晶体结构研究的新成果

高分辨率、高精度的蛋白质三维结构研究是当前蛋白质晶体学领域中处于前沿的课题，是揭示蛋白质精细的空间结构与功能关系的重要途径。迄今世界上已有400多个蛋白质的晶体结构被测定，但分辨率优于1．5 A的不足5个，达到1．5A的不足10个。有人问：你讲这些干什么？不要急，我这里将介绍我自己——胰岛素。

学部委员、中国科学院生物物理研究所梁栋材研究员为首的研究集体，长期以来从事对我分泌的有关我的晶体结构进行研究。经过多年的艰苦努力，他们对我和去“五肽胰岛素结构”分析的分辨率分别达到1．2A和1．5A，精度指标（R因子）分别达到0．128和0．144。因此，他们在1987年以“1．2A高分辨率高精度的胰岛素晶体结构研究”，获得了中国科学院科技进步奖一等奖，1989年以“高分辨率的胰岛素及去五肽胰岛素结构研究”获得了国家自然科学二等奖。两项成果均属我的空间结构与功能关系的研究。研究成果也就是对我的深入了解，已达到很高的水平，主要体现在：

（1）1．2A高分辨率高精度的胰岛素晶体结构研究：达到了国际上同类研究工作的最高水平，主要研究结果是。①晶体学R因子为0．128；与标准键长的平均偏离小于0．02A。这两项标志晶体学合理性和化学合理性的重要指标，均达到国际最高水平。②除准确确定了组成我的胰岛素分子的全部原子的坐标外，还确定了184个水分子的位置，为研究蛋白质与溶剂的相互作用提供了结构基础。③成功地修正了全部非氢原子的各向异性温度因子，不但给出原子热运动参数，而且给出某些原子的各向异性电子密度分布和修正后的吻合结果。在蛋白质结构研究至今，尚未见这方面的其他报道。④直接观察到80%的氢原子的电子密度，这是反映结果精度和可靠性的又一重要指标。在已发表的几百个蛋白质结构中，我——胰岛素是至今惟一能用X射线衍射方法获得氢原子结构信息的蛋白质分子。这一成果的学术意义标志着中国的蛋白质结构分析和结构精化工作达到了一个新水平，提供了精确完整的包括我的分子和溶剂环境的全部结构信息。

（2）1．5A去五肽胰岛素的晶体结构研究：这一研究同样给出了高分辨率的研究结果。其特殊意义还在于：它是至今已测定结构的各种有关我的类似物中惟一以单体形式存在的，而我——胰岛素发挥其生物功能的单位是单体。因此，对于去五肽胰岛素的结构认识，为我的分子与受体的相互作用提供了重要启示。正是基于1．2A，高分辨胰岛素结构研究和去五肽胰岛素的综合比较研究，使人们对我的分子的单体结构特征和运动特征，特别是对我的分子与受体分子的结合和作用机制提出了新的认识和看法，并为随后人们所测定的一系列我的类似物结构，提供的信息所补充和完善，逐步形成并正式提出了对我的空间结构与功能关系中的新观点。这些观点和看法在近些年的各种学术交流中受到国内外同行的高度重视。

这两项成果，得到了国际同行的承认和高度评价。著名晶体学家、诺贝尔奖金获得者霍希金教授，专程来华比较和核对双方的研究结果。他说，在北京看到的是世界上最好的电子密度图并对整个结果给予了极高的评价。著名蛋白质晶体学家菲利浦教授，也写信祝贺并赞扬了这一研究成果。

这两项研究成果对我国胰岛素的整体研究工作还具有特殊意义。1965年，我国首先实现了胰岛素分子的化学合成，为我国的胰岛素研究（同时也为蛋白质人工合成）树立了第一个里程碑，这件事我已在第一册中做了介绍。1971年和1973年北京有关我的晶体结构研究组，已成功地测定了我的晶体结构（2．5A和1．8 A），不但实现了对我研究的第二个重要阶段（空间结构测定阶段）的重要目标，而且也标志着我国以我——胰岛素为代表的蛋白质晶体学研究，开始在国际学术舞台上占据了一席之地。随后，他们又根据国际蛋白质晶体学发展趋势，比较及时地将对我的研究目标，转向空间结构与功能关系研究的新阶段，力图在对我研究的国际学术讲台上保留有分量的发言者的地位。我之所以介绍了这么多关于对我研究的新进展，目的是让人们了解对于我的研究虽然已经取得了世界瞩目的成果，但是仍然是很不够的。比如，糖尿病到底如何预防和治疗，至今尚未完全解决。但是，我相信，在不久的将来，攻克糖尿病，是完全可以办到的。