旧金山加州大学的药物化学家乔治 · 肯亚（Geor-ge Kenyon）说，用多种药物给病人治疗“好比是为了扑灭一只废纸篓中的火而毁掉了整座摩天大楼。”许多发明新药的研究需要大量的试验，其中涉及许多东西。一旦一种新药问世，它常常也伴之以令人不快的和有危险性的副作用。

但是，如今科学家正瞄准了机体中的关键蛋白质，阐明它们精确的三维构形，并且设计那种专门作用于特殊蛋白质的药物。这种“合理”的研制药物的方法可以减少或去除药物副作用，也为治疗从骨质疏松症到癌症各类疾病指点了迷津。正如肯亚指出的那样，“我们可以制造出那种直接灭火的物质了。”

药物合理设计是生物科学对蛋白质结构与功能日益了解的一大成果。蛋白质执行许多生命活动。作为酶的蛋白质可合成与食物消化有关的重要化学物，有的蛋白质在细胞之间传送信息，还有的蛋白质则参与抗病毒活动。

自60年代以来，人们就已知道，蛋白质活动的秘密全部包埋在它那三维结构体内。在蛋白质表面的结构精确的构型使蛋白质有非凡的能力去捕获某一特殊化学物，或者去与某一细胞的信息接受部位相结合。对蛋白质如何发挥功能的了解将是研究的无可估量的强大工具。

研究人员期望经改变的分子物可以催化顽固的化学反应，制成新的蛋白质，这种蛋白质就像一只戴手套的手握在流感病毒入侵机体细胞的地方。

30年前，人们对基因的破译产生了揭示蛋白质秘密结构的可能性。基因含有一种蓝图，这是由成千上百个氨基酸所构成，它们互相连接，组成了每个蛋白质。

如今，在超级计算机与遗传工程的新手段的帮助下一科学家已接近最终解开遗传密码第二个秘密。对研究人员来说，其中的一种手段是，“遗传工程的进展已能使我们有选择性地去改变某一氨基酸，由此来了解那一个氨基酸对蛋白质分子的最终三维结构起决定作用”。这是宾夕法尼亚大学化学家罗伯特 · 麦琴威斯的见解。

尖端的计算机与成图程序可以产生复合分子的构型图，它可被显示在计算机屏幕上。而在15年前，研究人员利用手工建立的蛋白质构型模型要有冰箱那么大。

纵然有了这些新的研究工具，明确蛋白质的最终构型仍是一项艰巨的工作，部分原因在于蛋白质分子难以计数的各种可能构型。化学家可以坚硬的形式来表现化学物，但真正的生物学分子则是松软的。它们可在成千上万个点处弯曲或旋转。比如，每一氨基酸单位可以扭转成10个不同的形态，而每一蛋内质分子如果含有100个氨基酸，那它在理论上可产生10¹⁰⁰种可能形态。弗吉尼亚大学生物学家罗伯特 · 克雷特辛格（Robert Kretsinger）说：“蛋白分子可能的形态之多就好比我们星系中存在的原子那样。”

但是，研究人员正在阐明一些蛋白质折叠的自然法则。这些法则可以大大减少某一特定蛋白质的可能构型的数目。

生物化学家从氨基酸片断预测蛋白质形状，这些学者也从自然产生某种基本结构构型的这一事实中仅得帮助。他们已阐明了大约300种蛋白质的结构。

在细胞内，有些基本构型毫无例外地执行特定的功能，比如，分子的“EF臂”是由两个螺旋体所组成，不管它出现在肌细胞、还是精子细胞的蛋白质中，它总是执行结合和释放钙离子的功能。

分子结构与功能之间的关联提示，结构外形反映出的信息有助于研究某种疾病的生物化学原因，比如对囊性纤维变性等病变的了解，这有助于研究人员去发明那种从疾病根子上进行治疗的新药。

具有囊性纤维变性的病人有呼吸障碍的问题，还会常常出现肺部感染，这是因为这些人的肺中产生稠厚的粘液。遗传学家目前已快揭示这种疾病的基因基础了，通过译读出这种遗传密码，科学家就可知道哪一蛋白质有缺陷的氨基酸出了问题。阐明蛋白质的构型可以找到该分子生物化学作用的线索，进而了解为什么会产生这种疾病所出现的那些典型症状。

研究蛋白质是如何工作的还可提示，对某些难以治疗的疾病发明新的治疗手段。“默克 · 夏普和道亨研究室”的研究人员最近报告，他们已弄清了艾滋病病毒产生的一种蛋白质的结构，这是一种蛋白酶。它在艾滋病病毒自身复制繁殖中起重要作用。该蛋白酶作为化学剪刀可使连接的蛋白质的长链断开，只有这种断开分离，新的病毒体才得以产生，据研究室的麦纽 · 纳维所述，“去除了这种酶，艾滋病病毒就没有感染性病原体的作用了。”

研究人员希望，他们最终可发明一种药物，它准确地作用于蛋白酶的活性部位，终止新的病毒合成，从而治疗艾滋病。

准确地作用于靶目标极为重要，目前现有的抗艾滋病药AZT的作用也涉及与病毒繁殖有关的蛋白质，但是它同样攻击人体内红细胞中存在的类似蛋白质，所以，许多使用AZT药的人均有严重贫血。

机体内的许多蛋白质作为“受体”可接受化学信使，化学信使控制着从血液中的钙量到痛觉等各种生物活动。当某一激素附着于一个受体，它触发了它所附着的细胞产生活动，比如将钙离子运入血液，或将神经冲动信息送向大脑。

通过发现这些受体的结构，生物化学家希望最终发明一种或阻断、或激活特殊受体的药物来控制体内相应的生物活动。

以例示之，许多种类的肿瘤细胞可产生大量的激素，这些激素诱发钙离子进入血流。加州大学医学系的福雷德 · 柯汉和戈登 · 斯切勒正在研究一种新药，它可结合于这种激素的受体上，阻止它的作用。

这方面的应用还可用于再造体内的天然蛋白质方面，有一种蛋白质是名叫“TPA”的酶，它可通过抑制血栓的形成来防止心肌梗塞，但是心脏和血管合成的TPA的数量太少了。在1983年，人们首次利用遗传工程技术来大批生产这种物质。然而，给病人大剂量注入TPA可能是有害的。少数病人会死于严重的脑出血，因为除了去除大的血栓，TPA还会攻击受损血管的管壁而造成出血。如今，研究人员在研究TPA的氨基酸片断，使它可以仅仅只针对新近形成的血栓。

工业化学家也在努力工作，再造天然的化学酶，这些酶可以用于工业中控制化学反应。这方面的世界市场很大。据技术评估办公室估计，美国公司于1985年用于这方面的资金达600百万美元。

随着蛋白质构型与功能的基本关联得以明确，一些梦想的遗传工程的蛋白质的应用就会脱颖而出。一些研究人员甚至在设想记忆储存设置、分子计算机以及材料科学的前沿领域中的应用。麦特威斯说：“我认为，我们还远未认识到该科学的真正价值。”

[Science Digest，1989年Vol 2 ，No5]