諾貝爾獎得主中的雙子壽星

摘 要：2018年是1997年諾化獎得主博耶和斯科教授的百年華誕，他倆作為現健在諾獎得主中年齡最長的雙子壽星而耀映諾壇。腺苷三磷酸（ATP）是細胞內能量流的重要物質和普遍載體，在所有動植物和微生物的新陳代謝中都扮演著極為重要的角色。ATP的發現和認識過程是20世紀生命科學領域的重大進展。簡明扼要地介紹了博耶和斯科先生生平與家庭成員；主要學術成就與貢獻以及所獲榮銜與獎項；諾獎得主中的長壽壽星，同時還闡述了ATP的發現和認識簡史以及與其相關聯的諾獎得主概況。

關鍵詞：諾貝爾獎（諾獎）；諾貝爾物理學獎（諾物獎）；諾貝爾化學獎（諾化獎）；諾貝爾生理學或醫學獎（諾醫獎）；諾貝爾自然科學獎（諾自科獎）；長壽壽星；腺苷三磷酸（ATP）；ATP酶（ATPase）；ATP合酶（ATP synthase）；離子泵；氧化磷酸化；電子傳遞鏈（ETC）；化學滲透理論（學說）；結合變換機制（BCM）

博耶和斯科先生生平與家庭成員

1. 博耶先生生平與家庭成員

美國生物化學家、分析化學家和教育家保羅·迪洛斯·博耶（又譯為博伊爾，Paul Delos Boyer，見圖1）于1918年7月31日（屬相：午馬，星座：獅子座）出生于美國西部猶他州普羅沃市（City of Provo）洛克山鎮（Rocky Mountain town）一個摩門教徒家庭，其父系具荷蘭和德國血統，母系則具法國胡格諾教徒（Huguenot）血統。保羅曾與摩門教有聯系，2004年3月他在《今日自由思想》（Freethought Today）雜志發表《通往無神論之路》（A Path to Atheism）一文，講述自己是怎么從摩門教徒出身而變成虔誠的無神論者（Atheist）。其父戴爾（Dell Delos Boyer，1879.06.25-1961.12.04）是一名整骨科醫師（osteopathic physician），死于前列腺癌。戴爾的第一任妻子是葛瑞斯（Grace Guymon Boyer，1888.09.16-1933.08.01，死于阿狄森氏病，即慢性腎上腺皮質機能減退癥，按病因分為原發性和繼發性，按病程分為急性和慢性），1911年結婚，操持家務，育4女3男：長女路易斯（Louise，1912.06.26-1995.04.02），次女瑪格麗特（Margaret/Marguerite，1914-2006），長子戴爾·羅伊（Dell Roy Boyer，1916-1992，亦死于前列腺癌），次子保羅·迪洛斯，三女伯迪（Alberta "Birdie" Delora，1921-2010），幼子蓋伊（Guy Stanford Boyer，1924.03.11-1925.03.15），幼女莉亞（Leah Kolstad，1925-2013）。

戴爾的第二任妻子是莎拉（Sarah Elizabeth Clark，1901-1990），1948年結婚，未育。因當時家境窘迫，保羅申請并獲得威斯康星校友研究基金會WARF（Wisconsin Alumni Research Foundation）獎學金的資助才前往UW–Madison讀研，在出發前5天（1939.08.31）與時年20歲的同學麗達小姐（Lyda Whicker，見圖2）在家鄉登記結婚（當時家住普羅沃市北方大學大道346號，1990年代初此舊居已被一家比薩餅店所取代。文獻[1]P69將“346號”誤作“364號”），育2女1子：長女蓋爾（Gail B.Hayes，1943.07.31-），次女亞歷山德拉（Alexandra Hali，生于1946年春以前），獨子道格拉斯（Douglas）。年輕的保羅喜歡山地徒步旅行、籃球、棒球、社交和辯論，其晚年寓所位于UCLA的北部山丘。

博耶的主要學習經歷：1936年畢業于普羅沃高級中學（Provo High School）；1939年獲楊百翰大學BYU（Brigham Young University，1875.10.16，位于普羅沃市，隸屬于摩門教，離博耶家只有幾個街區）化學BS，大學期間作為國民警衛隊醫療隊的1名成員曾在加州的一個軍營度過幾個星期；1941年獲威斯康星大學麥迪遜分校UW–Madison（University of Wisconsin–Madison）化學MS，1943年春獲該大學生物化學PhD，母親的早逝促使其研究興趣轉向生物化學領域。博耶在其博導保羅·菲利浦（Paul Phillips）教授的指導下，開發出雙香豆素作為老鼠毒素和抗凝血劑的用途。

博耶的主要工作經歷和職銜：1943-1945年在斯坦福大學參與由戰時醫學研究委員會（The Wartime Committee on Medical Research）贊助、在J.Murray Luck指導下的一個致力于穩定輸血用血清白蛋白的戰爭項目博士后研究；1945-1946年（僅歷時數月）在美國海軍醫學研究所（Navy Medical Research Institute in Bethesda，MD）進行近乎私人性質的研究，他是該所當時唯一的二等海員；1946-1956年任明尼蘇達大學（圣保羅校區）生物化學系助理教授和副教授，期間開始獨立的研究生涯，曾應用動力學、同位素和化學方法來研究酶的作用機制；1956-1963年任明尼蘇達大學（明尼阿波利斯校區）醫學院希爾基金會教授（Hill Foundation Professorship）；1963-1989年（1990年退休）任加利福尼亞大學洛杉磯分校（UCLA）文理學院化學與生物化學系教授，1965-1983年兼任UCLA分子生物學研究所MBI（Molecular Biology Institute）創始所長，[2]1985-1989年在加利福尼亞大學開展生物技術研究和培訓計劃（UC Program for Research and Training in Biotechnology）。1999年UCLA將校園內原分子生物學研究所實驗樓命名為博耶會堂（Paul D.Boyer Hall）。1963-1989年任美國《生物化學評論年刊》（Annual Review of Biochemistry）副編輯（協助編輯工作）和編輯，1970-1990年與在UCLA任雜志專業編輯的妻子麗達共同編輯出版過經典系列叢刊《酶學》（The Enzymes）18卷。

2003年由美國人文主義協會AHA（American Humanist Association，其前身成立于1927年，1941）出版的最新版《人文主義宣言III》（Humanist Manifesto III=Humanism and Its Aspirations，前2個版本分別簽署于1933年和1973年）得到了21位諾獎得主的簽名認可：歐文·張伯倫（1959PH22）、克里克（1962PM31）、沃森（1962PM32）、[3]菲利浦·安德森（1977PH31）、普里高津（1977CH）、格拉肖（1979PH31）、陶布（1983CH）、豪普特曼（1985CH21）、赫希巴赫（1986CH31）、李遠哲（1986CH32）、戴森霍弗爾（1988CH31）、杰羅姆·弗里德曼（1990PH31）、愛德華·托馬斯（1990PM21）、德熱納（1991PH）、埃爾文·內爾（1991PM21）、羅伯茨（1993PM21）、克魯岑（1995CH31）、莫利納（1995CH32）、克羅托（1996CH32）、博耶和蘇爾斯頓（2002PM33），2004年諾物獎得主格羅斯（2004PH31）也是該宣言的簽署者。[4]

1. 斯科先生生平與家庭成員

丹麥外科醫師、生物化學家、生物物理學家和教育家延斯·克里斯蒂安·斯科（Jens Christian Skou，見圖3）于1918年10月8日（屬相：午馬，星座：天秤座）出生于丹麥西部靈克賓郡（Ringkbing Amt）西北萊姆維市（Lemvig Municipality）萊姆維鎮一個富裕家庭，此地自2007年起被并入中日德蘭大區（Region Midtjylland）。其父馬格努斯（Magnus Martinus Skou，生年不詳，1930年死于肺炎）是一位木材和煤炭商，其母安妮（Ane–Margrethe Jensen Knak Skou）在丈夫逝世后接著打理公司并一直寡居，夫婦倆共育2子2女：長子延斯·斯科，幼子、長女和幼女分別比延斯小1歲、4歲和7歲。延斯在信仰方面是不可知論者（Agnostic），在政治方面是社會民主主義者，他與妻子埃倫（Ellen Margrethe Nielsen）初識于耶林醫院，當時埃倫是該醫院的見習護士，1948年埃倫完成護士教育后來到奧胡斯與延斯完婚，育3女：長女生于1950年（1歲半時因先天性疾病而夭折），次女漢娜（Hanne，1952-），幼女凱倫（Karen，1954-）。延斯終生酷愛運動，其業余愛好是越野滑雪、垂釣（釣魚）、古典音樂和閱讀（尤其是人物傳記）。1957年起就定居于奧胡斯市郊區的里斯考（Risskov），此地離奧胡斯大學不遠。彼得（Peter Skou）是馬格努斯的兄弟，倆人共同經營煤炭和木材生意，文獻[5]卻莫名其妙地將彼得誤作延斯的首任妻子。

斯科的主要學習經歷：1934-1937年就讀于西蘭島（Zealand，位于哥本哈根西南～45 km處）的一所寄宿制學校——海斯萊烏文理高級中學（Haslev Gymnasium）；1944年初夏（1940.04.09-1945.05.04丹麥被德國占領，但德國人并未干涉其醫學教學）畢業于哥本哈根大學醫學院（應該是獲得醫學學士學位，MD之說欠妥），學制7年（醫學基礎課程3年，主要有物理學、化學、解剖學、生物化學和生理學；臨床科目4年，主要有病理學、法醫學、藥理學和公共衛生學），畢業前需簽署希波克拉底誓言（Hippocratic oath，歐美醫生在取得行醫資格時需保證遵守醫生道德的誓言）；1954年以局部麻醉和麻醉毒性機理方面的論文《局部麻醉藥》（丹麥文Lokalanstetika；英文Local anaesthetics/anesthetics）獲丹麥奧胡斯大學（University of Aarhus）醫學院生理學系麻醉學專業PhD（DrMedSc），疑似博導是Sren L.rskov教授。博士畢業后不久，其興趣就轉向了細胞內離子傳輸酶的研究。

斯科的主要工作經歷和職銜：1944-1946年在丹麥北部的耶林醫院（Hjrring Hospital）做實習醫生，接受臨床教育和培訓，先在內科病房呆半年，然后在外科病房呆1年半，期間實施過臨床小手術；1946-1947年任奧胡斯整形外科醫院（Orthopaedic Hospital at Aarhus）醫師；1947年放棄醫師職業而就職于奧胡斯大學醫學生理學研究所（Institute for Medical Physiology）并著手撰寫博士論文，同年任該大學生理學系（今生物醫學系）助理教授，1954年晉升為副教授，1963-1977年任生理學系教授兼主任，1977-1988年（1988年退休）改任生物物理學系教授兼主任。斯科教授著述頗豐，其論文大都可以在文獻[6～7]中找到。

腺苷三磷酸（ATP）及其關聯產物簡介

腺苷（全稱腺嘌呤核苷，adenosine）是由腺嘌呤和核糖結合形成的糖苷，其化學分子式是C10H13N5O4，分子量是267.241。腺苷是用于合成ATP、腺嘌呤、AMP和阿糖腺苷的重要中間體。腺苷三磷酸ATP（全稱腺嘌呤核苷三磷酸，又稱三磷酸腺苷，簡稱腺三磷，adenosine triphosphate，見圖4，其中“O–”相當于“OH”，它是“OH”電離出1個H+后的結果）是腺苷中核糖的第5位羥基與3個串聯的磷酸基團（又稱磷酸根）結合形成的有機化合物，由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基團按特定排列方式結合而成，其化學分子式是C10H16N5O13P3，化學簡式是C10H8N4O2NH2（OH）2（PO3H）3H，分子量是507.184，結構簡式是A—P～P～P，其中“—”表示普通磷酸鍵，“～”表示高能磷酸鍵，高能是指其自由能高而非鍵能高。ATP的結構不穩定，最外側的那個高能磷酸鍵容易水解，從而釋放或轉移能量。ATP從腺苷開始依次被編為α、β和γ磷酸基團，α–磷酸基團與核糖之間通過磷酸酯鍵連接，α–磷酸基團與β–磷酸基團以及β–磷酸基團和γ–磷酸基團之間則是形成焦磷酸鍵。末端2個焦磷酸鍵在形成時需要吸收較高的能量，在其分解逆反應時則可釋放出同等能量。ATP是所有生物體內化學能儲存、傳遞和利用的中心物質。在生化反應中，ATP是磷酸、焦磷酸或AMP的供體，在生物體內參與廣泛的代謝作用，是細胞代謝所需能量的直接來源。生物體內活細胞在酶催化下，無時無刻都在進行著ATP與腺苷二磷酸ADP（簡稱腺二磷，adenosine diphosphate，ATP失去末端1個磷酸根的產物）和腺苷一磷酸AMP（又稱單磷酸腺苷、腺苷酸，全稱腺嘌呤核糖核苷酸，adenosine monophosphate，ATP失去末端2個磷酸根的產物）的相互轉化，同時伴隨著能量的儲存與釋放。光能營養生物（植物）靠捕獲光中的自由能以形成ATP，化學能營養生物（動物）則靠燃料分子的氧化以形成ATP。蛋白質、脂肪、糖類和核苷酸的合成都需要ATP的參與。正是因為ATP的存在，才會有生物體內持續的能量轉化，一切生靈才得以生存和繁衍。鑒此生命科學家們將ATP形象地稱為是細胞內能量轉移的“貨幣分子單位”（molecular unit of currency）或生命（有機組織）中的“能量貨幣（能量分子）”。ATP在生物體內代謝迅速，需要及時合成補充。ATP的分解（水解）和合成反應簡況見表1。

注2：生物體內的各種代謝反應均是由酶催化完成的。合成酶（synthetase）和合酶（synthase）在生物化學的酶學分類中屬于兩種性質完全不同的酶類，前者屬于合成酶類，后者則屬于氧化還原酶類或轉移酶類。“ATP合成酶”的說法是錯誤的。[9～10]因酶學研究成就而榮獲諾獎者見文獻[11～13]。

線粒體和葉綠體是細胞制造ATP的2個主要場所。在線粒體內，ATP是通過一系列的氧化磷酸化反應而合成。葉綠體則是通過光合磷酸化反應來合成ATP。細胞從光量子或氧化有機物獲取能量以生成ATP分子，再通過ATP使其他分子磷酸化進行能量轉換以推動生物體內的各種需能反應和實現細胞的各種功能活動。ATP是DNA（脫氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）的前體，它還是合成生物體內許多重要物質的原料。可作為AMP組分合成RNA和AMP的衍生物；提供磷酸基以合成D–葡萄糖、D–果糖、D–甘露糖和D–核糖等糖類的一磷酸或二磷酸衍生物，合成磷酸膽堿以及在激酶催化下對蛋白質的磷酸化；提供無機焦磷酸以合成某些焦磷酸衍生物。

腺苷三磷酸酶ATPase（簡稱ATP酶，adenosine triphosphatase）是一類專一的催化ATP水解生成ADP和無機磷酸并釋放自由能的酶。細胞膜（即質膜）、線粒體、微粒體、肌球蛋白和肌動球蛋白都有ATPase活性。一些ATPase可被Mg2+和/或Ca2+激活，細胞膜上的ATPase則可被Na+和K+共同激活。通過ATP水解釋放出來的能量，有的可推動上述離子在生物膜上轉運（轉運是逆濃度梯度，即從低濃度區到高濃度區）；有的可促進肌肉收縮或其他細胞活動。細胞內各種耗能活動大多由此酶催化而完成。

腺苷三磷酸合酶（簡稱ATP合酶，ATP synthase，即F1Fo–ATPase）是生物體內的一種多亞基復合體，即儲能型（F型）ATPase，它鑲嵌在線粒體的嵴膜、葉綠體的類囊體膜和細菌的質膜上，是生物體內能量代謝的關鍵酶。它催化與呼吸電子傳遞偶聯的氧化磷酸化或與光合電子傳遞偶聯的光合磷酸化反應，將ADP和無機磷酸合成ATP。ATP合酶被認為是自然界最精妙的天然納米機器（分子機器）之一，是世界上最小和最精密的分子馬達蛋白，它的發現是20世紀分子生物學領域的重要進展。

生物膜能使離子逆著濃度梯度或電化學梯度從膜的一側向另一側運動。研究工作者假設生物膜上存在著執行這種功能的機構，稱之為“離子泵”（簡稱泵，即離子轉運蛋白，ion pump/transporter）。在細胞內部，Na+的濃度比細胞外要低，而K+的濃度則是內高外低。把細胞內的Na+運出細胞外的機構稱為“鈉泵”，當細胞內Na+增加或細胞膜外K+增加時被激活；把細胞外的K+運進細胞內的機構稱為“鉀泵”，當細胞膜外K+增加或細胞內Na+增加時被激活。有時一種離子的運進必伴以另一種離子的運出，這種泵稱為“離子交換泵”。離子泵是膜運輸蛋白之一，也可看作是一類特殊的載體蛋白（細胞膜泵蛋白質），能驅使特定的離子逆電化學梯度穿過質膜，同時消耗ATP形成的能量，屬于主動運輸。離子泵本質是受外能（如電化學梯度能和光能等）驅動的可逆性ATPase。被活化的離子泵水解ATP，與水解產物磷酸根結合后自身發生變構，從而將離子由低濃度轉運到高濃度處，這樣ATP的化學能轉變成離子的電化學梯度能。目前已知的離子泵有多種，每種離子泵只轉運專一的離子。細胞內離子泵主要有鈉鉀泵（鈉泵和鉀泵）、鈣泵和質子泵等。鈉鉀泵（sodium-potassium pump，一種ATP酶）是科學家們所發現的首個離子泵，它是鑲嵌在細胞膜磷脂雙分子層之間的一種能夠主動進行離子轉運的蛋白質，對于維持細胞內滲透壓和建立鈉離子跨膜濃度梯度具有重要的生理學意義。

參考文獻：

[1] 芩宇飛，劉利生.諾貝爾獲獎人物全傳·化學卷（六）1993～2004[M].長春：吉林攝影出版社，2005.06.

[2] 常誠.一個優勢學科的形成與發展——以UCLA化學與生物化學系為例[D].上海：華東師范大學碩士學位論文，2011.04.

[3] 朱安遠.對《折桂諾貝爾獎的最短科學論文》一文的質疑[J].科技風，2018（6）：181-184，191.

[4] Humanism and Its Aspirations[EB/OL].https：//en.wikipedia.org/wiki/Humanism_and_Its_Aspirations，2018-04-12.

[5] Jens C.Skou[EB/OL].www.nndb.com/people/828/000100528/，2018-04-12.

[6] J.C.Skou，J.G.Nrby，A.B.Maunsbach，M.Esmann，Eds.Progress in Clinical and Biological Research.Vol.268A：The Na+，K+-Pump，Part A：Molecular Aspects[M].New York，NY.：Alan R.Liss Inc.，1988.

[7] J.C.Skou，J.G.Nrby，A.B.Maunsbach，M.Esmann，Eds.Progress in Clinical and Biological Research.Vol.268B：The Na+，K+-Pump，Part B：Cellular Aspects[M].New York，NY.：Alan R.Liss Inc.，1988.

[8] 姜國慶.光合作用與諾貝爾化學獎[J].化學教育，2006（12）：8-10.

[9] 陳惠黎.合成酶synthetase不是合酶synthase[J].中華消化雜志，2006，26（9）：640.

[10] 王征宏.植物生理學教學中關于幾處合酶與合成酶的辨析[J].教育教學論壇，2016（39）：237-238.

[11] 馬克學，李芬，席興字.酶學研究與諾貝爾獎[J].生物學教學，2007，32（6）：64-66.

[12] 望舒，鄭積敏，賈宗超.從諾貝爾獎看酶學的發展[J].化學教育，2012（9）：9-12，18.

[13] 李亞靜，汪洋，孔維寶，杜瓊.從諾貝爾獎看酶學的發展[J].生物學通報，2014，49（9）：54-58.

作者簡介：朱安遠（1964-），男，湖南邵東縣人，工學學士（工業電氣自動化專業），北京金自天正智能控制股份有限公司（股票代碼：600560）市場營銷中心銷售總監和高級銷售經理，高級工程師，主要從事工業自動化（尤其是冶金自動化三電系統）領域的市場營銷和應用工作。興趣和涉獵領域廣泛，近期四大研究主題：①低壓變流器電流過載能力指標：關注此事起始于1999年。基于低壓交直流變流器，筆者首創電流過載能力指標的普適化四要素原則、等效電流系數學說和缺陷理論（可用于判斷變流器的各種原始電流數據是否自洽），首開系統性定量分析研究電流過載能力指標之先河，開辟了變流器電流過載能力指標研究這一新領域。②諾貝爾獎獲獎者：喜好此事起源于1981年，自稱諾迷（類似于球迷、郵迷、歌迷或影迷），酷愛研究諾貝爾獎得主且樂此不疲，倡議在國際上創建諾學（The Study of Nobel Prizes，類似于中國的紅學）。③總體標準差的統計估計方法：研究興趣發端于筆者1987年對概率論與數理統計的系統性歸納和總結，自學過模糊數學。④陸家羲及組合數學：熱心于此事肇始于陸家羲悲喜交加年和陸老師的忌年——1983年。業余愛好：數學、百科知識、集郵、彩票研究和燈謎等。E-mail：1461877797@qq.com。