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作者：记者 姜天海 来源： 发布时间：2017-1-23 22:13:36
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所有的生命都需要能量。无论是植物还是动物，能量都存储于或传递自一种特殊的分子——三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）。光合作用与呼吸作用产生的氢离子，在ATP合酶的帮助下构建出了ATP分子。可以说，这种有趣的酶是整个过程的“功臣”。
1974年，保罗·博耶（Paul Boyer）所提出的理论解释了ATP合酶的工作原理。这一理论在1994年得到了英国化学家约翰·沃克（John Walker）的证实，沃克利用X射线晶体学确定了ATP合酶的结构，从而证实了博耶的理论。
三年后，博耶和沃克因其在“阐明ATP合成背后的酶学机制”方面所作出的贡献，与丹麦科学家Jens C. Skou共同获得了1997年的诺贝尔化学奖。
不经意的选择
1918年的盛夏，博耶出生在美国犹他州瓦萨奇山脉下的普洛佛市。作为骨科医师的父亲的服务和奉献精神，让博耶从小就懂得要有同情心和爱心，要学会逻辑推理，也要将学科知识与自己的理解相结合。
1933年，博耶的母亲在他15岁生日过后不久就离开人世，生前她饱受阿狄森氏病的折磨。那时，本能挽救博耶母亲性命的肾上腺激素还尚未问世，她的离世让博耶在后来逐渐对生物化学的研究开始感兴趣。
82岁，父亲因前列腺癌去世，这一恶疾随后也带走了他唯一的兄弟。追忆起亲人的相继离世，博耶感叹道，“如果我们的社会继续支持生物体运作原理的基础研究，那么很可能我的子孙就不用经受因癌症而失去至亲的痛苦。”
著名的私立研究型大学杨百翰大学（BYU）是距离博耶最近也最经济实惠的选择。当时的校园只有3500余名学生，只有现在体量的十分之一。
在学校为学生开放的众多学科领域中，懵懂的博耶将选择缩小到化学和数学之间。虽然，定性定量分析颇具难度的课程让博耶感受到了精确测量之美，但在接下来的课程中，金属识别和分离所产生的挥之不去的硫化氢的气味，却在不经意间吸引了他。
进入高年级，快毕业的博耶面临着几种职业生涯的选择：在采矿业做一名化学家、参与酒店管理的培训项目、研究骨科或传统医学，或是接受研究生培养。在那时，他对最后一种可能性的信息掌握得并不多，但不少化学专业的校友都选择去读研究所。因此，博耶也选择申请并获得了威斯康星校友研究基金会（WARF）所提供的研究生奖金。
威斯康星大学麦迪逊分校的生物化学系在全国处于领先水平。博耶入学时，生化楼刚刚开放了新的附楼，这让整个环境都弥漫着维生素、营养与代谢的兴奋。在一片生机勃勃中，各个课题组竞相做出了一系列杰出的科研成果。而且在年轻的教师之中，正在逐渐显露出对酶学和代谢的兴趣。
博耶的导师Paul Phillips主要研究家畜的繁殖和营养问题。在Phillips的鼓励下，他和同事开始探索代谢和酶领域。在研究生期间，博耶参加过呼吸酶的专题讨论会，生物化学的巨头如诺贝尔医学奖得主Fritz Lipmann等都在此发表过演讲。他也参加过洋溢着激情的年轻教师举办的晚间研究讨论小组，在这里，对于酶和代谢的讨论拓展并锻炼了博耶的视野。
一天晚上，博耶在小组中展示了他和同事在丙酮酸激酶上首个已知的K+活化证据，接下来他们被各种问题和讨论打断了足足35次。这种良好的培养环境为博耶的职业生涯发展奠定了基础。
战争的洗礼
1943年，在博耶获得博士学位之时，整个国家正处于战争之中。在时代背景的影响下，博耶也来到了斯坦福大学，跟从课题组长一同研究战时项目。
当时，战时的医学研究委员会资助斯坦福大学进行一项血浆蛋白的研究。分离自血浆的浓缩血清白蛋白，在战场的休克治疗中非常有效。但是，当它经过加热杀死微生物和病毒时，白蛋白溶液却由于蛋白质变性变得浑浊起来。因此，研究项目的首要目标是要寻找方法，稳定溶液不出现此类问题。
他们的小组发现，乙酸盐能够提供稳定性，丁酸盐的性能更好。这使得他们发现，长链脂肪酸将会极大地稳定血清白蛋白的热变性，甚至能够逆转由于温度带来的变性或尿素溶液。其它具有疏水部分和负电荷的化合物也具有一定作用，例如乙酰氨酸。很快，他们的稳定方法就被应用到实际当中，而且这一方法至今仍得到广泛的使用。
在斯坦福大学的研究让博耶获得了在蛋白质研究方面的经验，并且越来越尊重蛋白质结构的魅力。不过，与威斯康星大学相比，1945年的斯坦福大学生物化学系只有两名化学系的教授，整体发展并不强势。因此在战时项目结束后，博耶接受了明尼苏达大学助理教授岗位的邀请。
在明尼苏达大学的工作期间，整个科学界迎来了生物化学的黄金时代。美国国立卫生研究院和国家科学基金会的经费扩张速度相当于、甚至超过了有效项目逐渐增长的申请数量。同时，《1944年军人再调整法》所提供的经济支持让一大批优秀而且成熟的研究生得以回到校园。人们开始快速地提出代谢、酶作用和蛋白质结构和功能的新见解。
在此期间，博耶也逐渐开始获得同行的认可。1955年，博耶在酶化学上的研究成就使其获得了美国化学会的酶化学奖，同时，他于1959~1960年担任了美国化学会的生物化学部主席。
诺奖级的发现
1956年，博耶接受了明尼苏达大学明尼阿波里斯分校医学院的Hill Foundation教授岗位，课题组的研究主要集中于酶而非ATP合酶。
“解决氧化磷酸化是如何出现的，是生物化学领域最具挑战性的问题之一，我无法拒绝它的诱惑。”博耶说。在众多的项目中，几年来，他们主要努力研究ATP合成的磷酸化中间物。在一众研究生和博士后的努力下，他们将一种磷酸化蛋白的新发现推向了高潮，这种磷酸化蛋白是在ATP形成中的催化中间物，其中磷酰基组附着于氨酸残基。
1963年，博耶加入了加州大学洛杉矶分校（UCLA）。在这里，他和课题组很快意识到，他们所发现的酶结合的磷酸组氨酸是在柠檬酸循环中底物水平磷酸化的中间物。它不是氧化磷酸化的关键。
这次的经验让博耶想起一句老话：“研究工作的大部分产出来自于在寻找钻石过程中所挖出的煤。”
两年后，博耶接受了加州大学洛杉矶分校新开设的分子生物学研究所的领导岗位，部分是因为他对氧化磷酸化研究工作的失望。该研究所的目标是要推动活细胞在分子水平的运作原理的基础研究。
博耶认为，最优秀的研究往往是一个导师带着一小组研究生和博士后，自由地设计实验、有能力地开展实验，并认真地评价实验。为了能够与这样的团队一同工作，他很快就找到了窍门，大幅减少了自己所承担的繁琐的行政工作。
他继续开展氧化磷酸化的研究，终于在1971年，让他们挖到了“富矿”。他们提出了ATP合酶的结合变化机制的首个主要假设，也就是说，能量输入主要不是用于形成ATP分子，而是用于促进已经形成而且紧密结合的ATP的释放。
在接下来的十年，该机制的其它两项主要概念也得到了揭示，也就是说，3个催化部位是按顺序合作参与，同时，博耶等人所给出的数据可以通过旋转催化得到最好的解释。
这些此前并不为人所知的酶学概念，为博耶的研究团队提供了继续下去的动力和激情。接下来，研究生和博士后以及全球各个课题组都相继涌现出一系列相应的成果。
随后的几年，复杂的ATP合酶的其它研究方向也逐渐得到探索和揭示，这更坚定了博耶和课题组的信心，他们感觉这种结合变化机制很可能是有效的，而且具有普适性。于是，他们在该领域大力推动对这一概念的认知和接受度。同时，博耶的成绩也获得了同行的认可，他获得了该领域的权威、美国生物化学和分子生物学学会为他颁发的“玫瑰奖”。
对于博耶而言，生物化学领域的职业生涯为他带来了一个意想不到的好处：旅行。因为在科学会议和访问中所交换和获得的信息，对于他和实验室的研究进步尤为重要。而且，日本、德国、阿根廷、伊朗等遍布全球的会议和实验室访问，也为他们带来了国际的视野。
有时，他们所必须产出的（有些时候是不太情愿的）论文手稿为假设和观点的呈现提出了新的挑战，而这往往不是著名期刊的编辑所乐见的。他举例道，直到在专门介绍生物能学的著名科学家Efraim Racker的一本会议专著中，“结合变化机制”这一名称才得以被介绍。虽然威斯康星大学的会议为发表“旋转催化”的观点提供了机会，但这一概念并没有得到戈登会议（旨在促进科学思想和未发表结果的交流的会议）的热烈支持。
因此，“这些旅行就有了强烈的科学意义。它们为你提供机会进行信息的交流、新思想的验证、获得新的视角，并避免不必要的实验。这种环境鼓励创新和规划，并为科学研究的发展提供了动力与活力”，博耶总结道。■
《科学新闻》 (科学新闻2017年1月刊 高端访谈)
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