
Stephen Benkovic是宾夕法尼亚州州立大学化学系教授,是一个有趣的老头儿。他很早从事化学反应机理的研究,也把这一爱好转移到酶系统,参与开创了化学生物学,是国际知名的酶学专家。他从小喜欢在自家院里玩一些危险的东西,比如发射一个自造的火箭什么的,这个小捣蛋份子,经常被四邻电话投诉至老Benkovic那里。从里海大学大学毕业的时候他拿的是双学位,一个是化学专业,另一个居然是英语专业。但凡看过Steve写过东西的人都佩服,真是好文笔!老头平时说话也是慢条斯理,逻辑严密,不过写字就是龙飞凤舞,有时候实在不得要领,又不敢直接去问他,只能找秘书帮忙辨认。他博士是在康奈尔大学念的。短暂的博士后结束后,于1965加入宾州州立大学开始独立的学术生涯,从助理教授做到Eberly chair professor,从服务超过60年的学校退休之际,又被聘为Atherton Professor,并以他的名字命名了学校的化学大楼。从默默无闻到科学院院士60余年深耕酶学至今仍然是老骥伏枥,志在千里。
(Benkovic大楼命名纪念)
Benkovic在Cornell读研究生期间,认识了他的夫人Patrica。他当时在合成一系列分子,这些分子一端是一个胺分子,另一端是一个活性芳香酯,当它们闭合时会形成五元或六元的内酰胺环。当这些目标化合物处于水溶液中时,它们的环化反应速度如此之快,以至于他无法用常规的蔡司分光光度计来跟踪酚类产物的释放。当时(1962年),人们对一种stopped-flow仪器有些传言,但市面上还没有这种仪器出售。牛人从来不抱怨环境,他和Patricia度蜜月期间,得到了双方家长的支持:斯坦福的一位优秀机械师和伯利恒钢铁公司的一块特殊不锈钢。他自己手搓了一台“stopped-flow”的仪器,并且可以与蔡司的风光光度计组合的仪器。他的一篇回忆性的文章里写道“康奈尔大学的大部分教师都来到我的实验台前,观看了汤姆(他的导师)演示我是如何在毫秒时间尺度上跟踪我的酯的水解反应的。”
(stopped-flow仪器原理)
从上世纪70年代和Arthur Kornberg一顿午饭开始,他对核酸酶有着浓厚的兴趣。(Steve去斯坦福大学和Arthur吃了顿午饭, 已经名满天下的Arthur对年轻的Steve说,我研究了一辈子聚合酶,知道怎么纯化,也知道它们能合成DNA,但是它的合成机理,就靠你这样的年轻人了,我老啦,小伙子,我看好你!)受到前辈的鼓舞,带着Arthur提供的材料,Steve开始对核酸酶进行了半个世纪的研究。尤其他对T4系统的研究,每个酶互相作用的机理,几十年来把整个细节都做了个遍,每一个问题就有一篇文章。这是一个辛苦的活,DNA解链酶,引物酶,DNA聚合酶以及其它辅助蛋白7个放在一起,模拟体内的方式组装出有活性的功能超级分子。下图是Benkovic组里T4文章的标准图,被国内公司用来当作反应原理图而且并未注明。在初期研究核酸酶的时候,他和当时还在同一学校的Ken Johnson开发出用于做放射性前稳态酶学研究的仪器(quench-flow, 这个仪器就是研究酶和底物在毫秒时间内的反应情况),当初写软件的人就是Benkovic实验室的。Ken Johnson比较有商业头脑,他以此开办了KinTek公司,销售quench-flow以及stopped-flow的仪器以及软件。如果有做过酶学的老师和同学,有可能会用到这个公司开发的软件KinSim。
(T4 噬菌体的基因组复制图)
大约20年前,Steve对人体内的DNA损伤修复机理开始了研究。人体内的DNA酶有16+种,其中很多种是修复DNA损伤的。比如DNA Polymerase h, 就是专门为了修复核酸中临近的两个T形成dimer(一般DNA酶活性中心很小,只能容下一对碱基。但是T-T dimer是共价键相连,只有pol h具有更大的活性中心,能通过这个损伤)。这样问题就来了,在复制中的聚合酶(d,e)是遇到损伤后就会停止,那生物是怎么把特定的酶替换上来,通过损伤区,而且通过损伤区后,再切换过来的?这些都涉及到复杂的信号传导,Steve, 德克萨斯的Prakash,NIH的Yang, FSU的Suo等实验室在这方面做了很多工作,但是现在仍然没有完全解决。
酶学在上个世纪60-90年代算是大发展时期,各种工具理论层出不穷。那个年代研究酶大都聚焦在活性中心。Steve很早就指出,非活性中心的区域对酶的活性也起着非常重要的作用。通过DHFR酶很多创新性的研究,许多人逐步接受了他的观点。一项研究就很有意思,把光敏蛋白的部分和DHFR嫁接,形成了一个新的酶,在有光和没光的情况下测定其活性,结果活性差了两倍,这项成果发表在Science上。这种酶的不同结构部位的运动都参与酶的催化作用,影响了酶学的发展和小分子药物的研发。
近些年,Steve开始关注嘌呤在体内合成的机理,从基础的底物合成嘌呤,人体细胞需要6个酶催化10个反应(有些酶是多功能酶,能参与多步反应)。通过荧光蛋白的辅助下,发现这些单个的酶在需要合成嘌呤的时候会聚集在一起,形成一个超级大分子,以提高合成的效率,该项研究也发表在Science上面。在研究中,Steve习惯从更大的视野去考察问题。比如酶机理研究中的整个酶的运动对酶活性的影响(而不局限于活性中心的几个氨基酸),或者能完成整个功能的酶系统,比如T4 DNA复制酶系统,DNA损伤修复酶体系,更高效合成嘌呤的嘌呤酶合成体系等等。
Steve一生都献给了科学,著作等身,桃李满天下。他是美国科学院院士,英国皇家学院外籍院士,获奖无数,重点的如本杰明.富兰克林奖,美国国家科学奖章等。
(奥巴马总统给Steve颁发National Medal of Science)
除了在科研界做得成绩斐然外,Steve也是一位成功的连续创业者。他在硼化学方面有许多研究,一些成果最后转化在他创立的上市企业的制药公司Anacor(主产品是皮肤用药),这个公司前几年被辉瑞以50亿美元收购。前几年他有感于必要在农业领域开发出新的农药成立了一家公司,Boragen,是一家以硼化学为基础的农药公司。这两家公司盖茨基金都有参与。他在创业方面花的时间不是很多,更多的是由专业的人员打理,他的工作重心或兴趣仍然是科学研究。
有个师兄曾经问他,Steve,你觉得做科研(这项工作)怎么样? Steve说,这个工作很好啊,就像我小时候玩积木一样,只要不停的尝试,你总能发现新的东西。
Steve的实验室是我见过经营的最好的夫妻店。老板娘Patricia是一个喜欢微笑的人,也是一个非常睿智的管理者。在实验室里,Steve管科学,剩下的实验室管理,都是在Pat的事,她有杀伐决断的魄力。 Steve在事业上的成功,文章不挂名的Pat出力甚多。彼此扶持走过一个甲子,功成名就同时也桃李满天下,可谓是科研界的神仙眷侣。
明年就是Steve的90岁生日了,山水相隔,不知能否亲临祝贺,惟从心底祝愿他安康喜乐!
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