回眸|与它相关的研究两获诺奖,维生素C让人类远离坏血病折磨

坏血病在以前被称为不治之症,死亡率很高,主要发生在航海船员、海盗等人群。1932年的4月3日,人类首次分离出人体必需的维生素C,从此人类逐渐远离坏血病的折磨。
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坏血病的治疗史
提到维生素C,就不得不提坏血病的治疗史。坏血病是由于缺乏维生素C引起的一种疾病。这种病开始的时候,患者会感到四肢无力、精神抑郁,皮肤出现红肿瘀点,骨关节肌肉疼痛。然后会出现面部肿胀,牙龈肿胀、出血,牙齿松动,脱落,口臭等症状。甚至皮下大片出血,最后出现严重的器官衰竭而死亡。
坏血病在过去数百年间曾在海员、探险家及海军士兵中广为流行,由于这些人长期吃不到新鲜蔬菜和水果,无法补充维生素C,所以容易患上此病,故有“海上凶神”之称。
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早期人们不知道坏血病的病因,只能胡乱用一些方法去治坏血病:把身体埋在土里、放血疗法、用动物血洗澡、喝鲸鱼和海豹的血、喝苹果酒和鸡汤、海水疗法等等,但是都收效甚微。
1747年,詹姆斯·林德在航船上设计并实施了历史上第一个治疗坏血病的临床试验,他以12位患有坏血病的船员为对象,每两个人分为一组,共分为六组,各组每天的基本饮食相同,但还要分别定时吃一些药品:第一组喝单纯的海水;第二组喝很稀的硫酸;第三组喝醋;第四组吃大蒜、芥末和乳香、没药;第五组喝苹果汁;第六组吃一个酸柠檬和两个酸橘子。
一个星期之后,前四组船员的病情没有改善,但喝苹果汁的两个船员有好转,而吃酸柠檬和酸橘子的船员则完全恢复了健康。林德发表了自己的实验结果。他继续研究,于1753年出版了《坏血病大全》一书,并且他还提取柠檬和橘子汁,作为治疗坏血病的“药物”。但是限于当时的提取和贮存技术,其中的维生素C大多氧化失效,而效果甚微。所以当时并没有人重视和推广他的方法。
直到1790年左右,英国海军才大力推广了林德防治坏血病的方法,强制要求每个海军官兵每天都必须饮用柠檬汁。这一措施使1796年英国海军中坏血病发病率大幅降低,也使得英国海军的战斗力倍增,在1797年击败了西班牙舰队,成为海上霸主。
从那时起,人们知道了坏血病的防治方法,但还不知道柠檬中的什么物质对坏血病起作用。从人们知道柠檬可以防治坏血病,到真正发现维生素C,还要经历一段很长的探索。
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维生素的发现
1907年,两位挪威生理学家发表了使用荷兰猪做坏血病实验的论文。他们观察到老鼠和其它的动物都不会得坏血病,只有荷兰猪和人类相似,在禁绝新鲜蔬果后会产生坏血病。两人的发现为研究坏血病提供了理想的动物模型。
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1912年,波兰裔美国科学家卡西米尔·冯克,综合了以往的试验结果,提出了“维他命”理论。他认定食物中有四种物质可以分别防治夜盲症、脚气病、坏血病和佝偻病,他称这些物质为“维持生命的胺素(Vitamine)”。因为拉丁文中的vita意思是生命。冯克以为这些物质都含有氮或胺基,所以加上胺素Amine的结尾。后来发现有些物质并不含氮,所以改称为Vitamin,中文称为维生素或维他命。
冯克提出的“维他命”理论是人类对疾病的认识的一大进步。他的理论打开了人类的视野,使得人类对疾病产生的原因多了一个崭新的认识,使人们认识到疾病的产生并不都是由外部的细菌、病毒等致病微生物的侵入引起的,还有一类疾病是由于我们身体内部缺少了某些有益的成分而引起的。
随着维生素概念被广泛接受,掀起了研究维生素的热潮。1920-1930年代,很多研究者试探在食物中分析维生素并确定它们的化学成分。
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维生素C研究两次获诺贝尔奖
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圣捷尔吉
圣捷尔吉·阿尔伯特是匈牙利的生化学家,1893年出生于布达佩斯。他曾在多个国家求学,研究生物的氧化还原机制。1922年他来到荷兰工作,开始研究水果的氧化变色问题,他发现卷心菜里含有一种物质能防止这种变色,另外在动物的肾上腺中也含有类似的物质,于是他就开始研究如何从水果和动物的肾上腺中提取这种物质。1927年,他受邀到英国剑桥大学从事研究工作。到剑桥后,在几个月的时间里,在实验室中他成功地从牛的肾上腺中分离出1克较纯的抗氧化物质,1928年他发表论文,确定该物质的化学分子式是C6H8O6,并命名为己糖醛酸。
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1929年他到美国梅奥医学中心做研究,从牛肾上腺中分离出较多这种物质。他将提炼出的这种物质的一半送给英国的伯明翰大学糖类研究化学家诺曼·哈沃斯进行分析。可是那时技术尚不成熟,由于量较少,哈沃斯还是没能够确定这种物质的结构。
1930年圣捷尔吉回到匈牙利,他的团队发现匈牙利的一种常见的辣椒中含有大量的这种物质。他成功地从中分离出1千克的己糖醛酸,并再送一批给哈沃斯继续分析。这一次,哈沃斯不负所望,成功分析出了这一物质的结构,从而可以合成维生素C。
1932年,美国匹兹堡大学的查尔斯·葛兰·金通过间接的方式,从圣捷尔吉实验室得到了这种物质,他立即进行动物模型实验,发现己糖醛酸就是治疗坏血病的维生素C。圣捷尔吉在两个星期的间隔内也发表了相关的文章。圣捷尔吉在1937年因为研究维生素C而获得诺贝尔生理学或医学奖。
1933到1934年间,哈沃斯与艾德蒙·赫斯特,还有化学家塔德乌什·莱希施特分别最早成功人工合成了维生素C。而哈沃斯也因确定维生素C的化学构造,并且用不同的方法制造出维生素C,而得到了同年的诺贝尔化学奖。圣捷尔吉和哈沃斯还把维生素C命名为抗坏血酸。
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发现维生素C的合成方法
1933年,莱希施特独立于哈沃斯发明了维生素C的合成方法,成为维生素C的工业生产法,并被命名为“莱氏法”。
这个方法的专利权在1934年被瑞士罗氏公司购得,1942年对该技术作了修正,使之成为随后50多年工业生产维生素C的主要方法。罗氏公司也因此在国际维生素C市场独占鳌头。
1960年代末,我国北京制药厂与中科院微生物研究所合作,从采集的670个土壤试样中分离得到1615株细菌,然后经过培养,获得一株优选菌种,从而开发了二步发酵法生产维生素C的方法。1980年以中科院微生物研究所的研究员尹光琳为首,有北京制药厂技术人员参加的团队发明了“维生素C二步发酵新工艺”,改进了莱希施特的一步发酵法,大幅减低维生素C的生产成本。
此法先将葡萄糖还原成为山梨醇,经过第一次细菌发酵成为山梨糖,再经过第二次细菌发酵转化为另一种中间产物2-酮基古龙酸,最后转化成为维生素C。此法的设备费用及操作投资都较低,使用的化学原料少,所以成本降低,而且废弃物处理的费用也有所减少。
该工艺曾在1980年获得了国家科技二等奖,同时还在日本、欧洲、美国等地申请了专利。这项技术的知识产权(国际使用权)于1985年出售给瑞士罗氏公司,金额达到550万美元,是当时中国对外技术转让中最大的项目。
来源:“中科院之声”公众号
“腾讯医典”公众号
“蝌蚪五线谱”公众号