構(gòu)思與選題·研究課題的來源
人類在大自然中生存、發(fā)展，必須經(jīng)常能動地改造自然，以適應(yīng)自然和社會發(fā)展的需要，提高人類生活質(zhì)量。為了改造自然必需首先認(rèn)識自然，自然科學(xué)就是人類認(rèn)識自然的總結(jié)，而自然科學(xué)的基礎(chǔ)研究正是人類認(rèn)識自然的主要活動。認(rèn)識自然首先要接觸自然進(jìn)入自然，這是一切自然科學(xué)思想的源泉。但是科學(xué)發(fā)展到今天，早已由自然現(xiàn)象的表面觀察進(jìn)入到自然現(xiàn)象變化規(guī)律性的研究，直接來源于自然現(xiàn)象表面觀察的課題已經(jīng)越來越少，而通常是間接來源于自然界，即來源于前人對自然現(xiàn)象的觀察或分析。
由于科學(xué)發(fā)展很快，研究工作又需要經(jīng)常接觸新事物。再好的基礎(chǔ)，也是不夠用的。所需要的知識，首先要養(yǎng)成不是去問老師，而是自己去查閱參考書或文獻(xiàn)的自學(xué)習(xí)慣，前面已經(jīng)談到及時追蹤科學(xué)發(fā)展的重要性。對于書本知識，我認(rèn)為首先要有打破沙鍋紋(問)到底的習(xí)慣。對任何規(guī)律性知識都要問一個為什么。不僅要知其然，更重要的是要知其所以然。閱讀文獻(xiàn)尤其是如此。我曾擔(dān)任國內(nèi)外重要刊物編委和顧問編委多年，經(jīng)常被要求審閱稿件。我多年的體會是審閱，無論是優(yōu)秀的、一般的，甚至是有問題的稿件，自己都獲益良多?？吹絼e人論文中的優(yōu)秀部分可以學(xué)習(xí)，錯誤可以提醒自己不犯或少犯類似的錯誤。對于文獻(xiàn)中引言部分，首先要問作者是否充分掌握了有關(guān)文獻(xiàn)，對于實驗結(jié)果，要看所用方法是否可信，是否有充分的對照實驗，對于結(jié)論，則要問有沒有足夠的根據(jù)，是否有也同樣符合所有實驗結(jié)果的其他可能結(jié)論。在自己的論文準(zhǔn)備投稿時，這也是自己首先要自我檢查的問題。
教科書、參考書和科學(xué)文獻(xiàn)，都是前人知識的積累，即通常所說的基礎(chǔ)知識。只有自己從這些來源學(xué)到的知識，只有完全弄清了來龍去脈的知識，才是真正牢固掌握了的，能為自己所用的知識，才是進(jìn)行研究工作最好的基礎(chǔ)。
基礎(chǔ)研究課題通常的來源有三種情況。一、自己工作的延伸。一項研究工作很少有全部完成的時候，經(jīng)常是在完成了已經(jīng)提出問題的同時又出現(xiàn)了新的問題，工作的延伸包括工作中出現(xiàn)的，值得進(jìn)一步深入研究的問題，和與原來工作有關(guān)的新問題。許多重要問題出于自己工作的延伸，出于對已取得成果的進(jìn)一步深入。二、在通過閱讀文獻(xiàn)及參加學(xué)術(shù)會議追蹤當(dāng)前發(fā)展的重要方向時，對當(dāng)前科學(xué)發(fā)展重大問題提出自己的看法及解決具體問題的方案，或發(fā)現(xiàn)前人理論上和具體結(jié)果上的不足之處，或尚未解決的重要問題，甚至錯誤，需要深入進(jìn)行研究，予以澄清。三、別人指出自己工作的不足之處，需要進(jìn)一步研究解決。
下面謹(jǐn)就我個人經(jīng)驗，對此三方面的經(jīng)驗簡述如下：
1.自己工作的延伸
蛋白質(zhì)折疊是21世紀(jì)蛋白質(zhì)研究的重要內(nèi)容，是分子生物學(xué)中心法則即信息從DNA核苷酸序列傳遞至完整蛋白質(zhì)分子的整個過程中，至今尚未解決的問題，具有重大生物學(xué)意義。我們在完成胰島素A、B鏈重組形成天然胰島素分子的研究中，雖然解決了從胰島素A、B鏈重組形成天然胰島素分子的問題，但是由于從還原性胰島素A、B鏈中的巰基重氧化組成各種二硫鍵連接的分子可以有為數(shù)極大的可能性，如果依靠隨機組合，天然胰島素的產(chǎn)率應(yīng)該極低。因此，天然胰島素的形成必然有其內(nèi)在的原因。探討這一原因就成為我在八十年代回到胰島素工作時的研究課題。這一研究的結(jié)果表明，胰島素A 及B鏈在水溶液中都是有一定二級結(jié)構(gòu)的，并且能相互識別，相互作用。這就是胰島素A 及B鏈能夠以遠(yuǎn)超過隨機結(jié)合的幾率重組形成天然胰島素的分子基礎(chǔ)。過去從胰島素A、B鏈重組形成天然胰島素是在非天然的強堿性條件下完成的，在中性條件下反應(yīng)極為緩慢。為此，我們接著采用了酶促氧化的研究，用蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶催化完成了在生理的中性條件下從胰島素A、B鏈重組形成天然胰島素的研究。這項工作開辟了酶與分子伴侶關(guān)系的新課題，最后獲得了國家自然科學(xué)二等獎。
2. 對當(dāng)前科學(xué)發(fā)展重大問題提出自己的看法及具體問題的解決方案，或發(fā)現(xiàn)前人理論和具體結(jié)果上的不足之處，或尚未解決的重要問題、甚至錯誤，需要予以澄清
結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的研究一直是結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究的核心，也有人稱之為結(jié)構(gòu)生物學(xué)的中心法則。蛋白質(zhì)的生物活性首先決定于其特定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，如果蛋白質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物功能的喪失。化學(xué)修飾試劑與酶的某些必需基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成共價鍵，有時可以造成酶活性的全部或部分喪失。化學(xué)修飾是研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的一種重要的手段，在相當(dāng)長的歷史時期中曾經(jīng)是研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的唯一手段。在蛋白質(zhì)特別是酶的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系研究中，曾經(jīng)起過十分重要的作用。雖然近來基因定點突變技術(shù)已經(jīng)對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能研究開創(chuàng)了一條嶄新的道路，但不僅現(xiàn)在，而且在一定時間內(nèi)蛋白質(zhì)側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)修飾仍將是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系研究的重要方法之一。特別是在蛋白質(zhì)組研究即將提供大量新的結(jié)構(gòu)未知蛋白，還沒有任何有關(guān)的數(shù)據(jù)可供參考時，即使是進(jìn)行定點突變也不知從何做起。此時首先利用化學(xué)修飾，很快地取得對這個蛋白質(zhì)在功能關(guān)系上最為重要的氨基酸殘基的初步認(rèn)識，就可以為進(jìn)一步的定點突變研究指引道路。
通過化學(xué)修飾可以探明哪些側(cè)鏈基團(tuán)參與了酶的共價催化作用，為探明其化學(xué)作用和催化歷程起了重要作用。意義包括：1.化學(xué)修飾可以幫助人們初步認(rèn)識蛋白質(zhì)分子中哪些殘基處于活性部位并為其表現(xiàn)生物功能所必需。2.用化學(xué)修飾試劑的反應(yīng)，探測某些基團(tuán)的暴露程度，以分析蛋白質(zhì)分子構(gòu)象變化。3. 探測蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象變化和運動性質(zhì)。
某些側(cè)鏈基團(tuán)的改變可以影響到蛋白質(zhì)所特有的生物活性，這類基團(tuán)一般稱之為必需基團(tuán)。必需基團(tuán)的化學(xué)修飾將導(dǎo)致酶的不可逆失活，研究酶活性不逆改變，可以為酶的催化作用機理的闡明提供重要的實驗依據(jù)。同時由于現(xiàn)在根據(jù)病原體的酶與人體酶的結(jié)構(gòu)不同，而設(shè)計所謂酶標(biāo)藥物已取得一定成功。
20世紀(jì)60年代以前，雖然國際上用化學(xué)修飾方法研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能關(guān)系已經(jīng)做了大量工作，累積了大量數(shù)據(jù)。但整體上仍處于一種定性描述狀態(tài)，由于蛋白質(zhì)中的氨基酸共有20 種，而每種蛋白質(zhì)分子中又各含有數(shù)以百計的氨基酸，當(dāng)時所用的化學(xué)修飾劑通常不夠?qū)Ｒ?，能和不止一類基團(tuán)發(fā)生作用，在同類基團(tuán)中也常常能同時和多個基團(tuán)發(fā)生作用，因此在進(jìn)行化學(xué)修飾并取得某種生物效果之后常常無法對究竟是哪種基團(tuán)，或在某種基團(tuán)之中究竟有幾個基團(tuán)與所取得的效果直接有關(guān)作出判斷。例如，乙酰化可以修飾蛋白質(zhì)中的氨基或羥基，而氨基可以是α－氨基或ε－氨基；而羥基，既可以是蘇氨酸羥基，也可以是絲氨酸羥基。因此如果乙酰化導(dǎo)致酶活性喪失，究竟是通過哪一種氨基酸所起的作用就無法判斷。即使能明確是某一種氨基酸的作用，一般也不知道在這一類氨基酸中究竟有幾個與活性直接有關(guān)。六十年代初期相繼發(fā)表的兩篇論文解決了這個問題。一個是 Ray 和 Koshland 的動力學(xué)方法，另一個就是鄒承魯?shù)幕诮y(tǒng)計學(xué)的方法。
Ray 和 Koshland 的動力學(xué)方法基于對化學(xué)修飾反應(yīng)和酶活性喪失反應(yīng)的動力學(xué)分析，比較二者的一級反應(yīng)速度常數(shù)，可以對活性必需基團(tuán)的性質(zhì)和數(shù)目作出判斷。這一方法的缺點是在反應(yīng)很快，速度不易測定，或反應(yīng)復(fù)雜不屬一級反應(yīng)時都無法應(yīng)用。鄒承魯基于統(tǒng)計學(xué)的方法，依靠對基團(tuán)化學(xué)修飾程度和活性喪失程度的比較。其簡單原理為如果在修飾反應(yīng)中同時包括i 個必需基團(tuán)，在修飾過程中保留活性的分子只能是那些所有必需基團(tuán)都未遭破壞的分子，因此活性剩余分?jǐn)?shù)應(yīng)為必需基團(tuán)剩余分?jǐn)?shù)的 i 次方。基于上述簡單原理，根據(jù)在蛋白質(zhì)化學(xué)修飾反應(yīng)中常見的一些不同情況，我分析了蛋白質(zhì)中必需基團(tuán)化學(xué)修飾和活性喪失關(guān)系的六種主要情況，分別導(dǎo)出了相應(yīng)的關(guān)系式和由此得出的一系列作圖法，用以判斷必需基團(tuán)性質(zhì)和必需基團(tuán)數(shù)。接著分析了當(dāng)時文獻(xiàn)中已經(jīng)發(fā)表的大量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，只要有足夠和可用的數(shù)據(jù)，都可以用上述方法處理并得到必要的結(jié)論。此項工作獲1987 年國家自然科學(xué)一等獎。
3.別人指出自己工作的不足之處, 需要進(jìn)一步研究解決
酶活性部位柔性的設(shè)想提出后，引起國際上相當(dāng)注意，但也不是沒有不同意見。雖然我們在肌酸激酶的研究中已經(jīng)排除了低變性劑濃度下活性喪失是變性劑抑制的可能性，但折疊領(lǐng)域內(nèi)國際上知名的科學(xué)家，T.Creighton 仍然在一篇綜述論文中，針對我們關(guān)于核糖核酸酶的結(jié)果，提出低胍濃度下活性喪失是胍抑制引起，而不是如我們所述由于酶活性部位構(gòu)象變化所引起。由于T.Creighton在這一領(lǐng)域的聲望，他的批評自然極有分量也必需予以回答。我們因此進(jìn)行了物理因素變性，活性部位構(gòu)象變化的直接探測，以及蛋白水解酶部分水解等一系列方法予以檢查。物理因素變性排除了變性劑作為化學(xué)抑制劑的可能性，活性部位構(gòu)象變化的直接探測的結(jié)果都支持酶活性部位柔性的結(jié)論，我們的一系列論文發(fā)表后，T. Creighton再也沒有提出反對意見。此項工作獲1999 年國家自然科學(xué)二等獎。
無論題目從何而來，都必需緊密追蹤當(dāng)前有關(guān)科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的動向。從研究生時代開始，在導(dǎo)師教導(dǎo)下，以周圍同學(xué)為榜樣，我就養(yǎng)成了每周必定去圖書館瀏覽最新期刊的習(xí)慣，幾十年如一日，雷打不動。如果確實有事，下周必定補上。我當(dāng)時有一個小記錄冊，登錄所有對本專業(yè)重要的刊物，每期讀過后，一定做記錄，決不遺漏一期，直至今日?，F(xiàn)在可以在網(wǎng)上閱讀所有重要刊物的目錄和摘要，這就更容易做到了。掌握文獻(xiàn)、對文獻(xiàn)進(jìn)行綜合，以批判的眼光評價文獻(xiàn)，并從中提取出有用的和正確的信息以指導(dǎo)今后的研究是一個能獨立工作的科學(xué)工作者必備的能力。閱讀文獻(xiàn)以追蹤當(dāng)前發(fā)展動態(tài)時，務(wù)須切記發(fā)揮自己判斷力，不可盲從，即使是知名科學(xué)家和教科書有時也會有錯誤。古人說得好：“盡信書不如無書。”
在追蹤當(dāng)前發(fā)展的重要方向時切記，你看到的問題別人也同樣會看到，越是重要的問題競爭必然越是劇烈，在研究條件不如人時，如果沒有創(chuàng)新的研究思想，獨到的研究方案是不可能超越他人得到成功的。雖然國際上也有對于某些重要課題一哄而起的情況，但在我國似乎特別嚴(yán)重。缺乏自己的創(chuàng)新思想而片面一哄而起追求熱點，是一條必然失敗的路線，最多只能是為別人成果錦上添花，或做一些小修小補的工作而已。關(guān)鍵在于自己的創(chuàng)新思想。創(chuàng)新思想來自何處，雖然靈機一動產(chǎn)生了重要的創(chuàng)新思想，在科學(xué)史上確實有所記載，但這畢竟是比較罕見的，而遠(yuǎn)遠(yuǎn)更為常見的是天才出于勤奮，創(chuàng)新出于積累，積累可以是個人積累，也可以是本人所在單位的長期積累。這就是前面提到的旺火爐原理，也是諾貝爾獎經(jīng)常出在少數(shù)幾個單位的原因。只有勤奮努力才能不斷有優(yōu)秀工作的積累，才可能在工作中逐漸產(chǎn)生真正創(chuàng)新的，別人無法剽竊的創(chuàng)新思想，才有可能在重大問題上取得突破。而在一個爐火熊熊的旺火爐中，不斷會有優(yōu)秀工作的積累，優(yōu)秀人才的產(chǎn)生，并且創(chuàng)新思想和人才的不斷相互作用，相互啟發(fā)，相互激勵，就會不斷創(chuàng)造出新的突破性成果。
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