激素作用机制的探索历程1947年的诺贝尔奖获得者科里夫妇已经基本弄清楚了糖原分解的重要过程—糖代谢的酶促反应。但其作用机制不详，萨瑟兰想在此研究的基础上,进一步探讨激素升高血糖的机制。科学史往往能成为科学研究的钥匙。萨瑟兰在回顾生物化学史后,从尿素生物合成研究中得到启示,认为对激素系统的分析应该从整体、系统、组织到细胞的顺序逐步深人。于是他选择肾上腺素是如何维持血糖稳态入手。因为肾上腺素对肝糖原的分解和葡萄糖的产生既迅速又明显,重复性好,并且用肝脏切片研究取材方便。但是初期并没有获得预想的结果。经过多番检讨后,他直觉地意识到,酶是由细胞萃取出来,细胞本身遭破坏,失去了功用,因此激素不能引起反应。于是改用兔肝脏切片,因为他猜想兔肝脏切片能保有完整细胞,与生物体的活细胞相差无几,果然不出他所料,发现加过肾上腺素的肝切片有大量的葡萄糖沉积,比没有加过激素的肝切片的量多得多。这使他异常兴奋,并成为研究激素作用的一大转折点。但肾上腺素是如何作用的呢？他把兔肝切片与无机磷酸一起温育一段时间后,测定生成中间产物的含量,发现磷酸化酶才是糖原转变为葡萄糖的关键酶,而不是以往人们认为的磷酸葡萄糖异构酶或葡萄糖磷酸酶。由此确定,肾上腺素是通过作用于磷酸化酶,使之活性升高而发挥分解糖原作用的。这样,他找到了肾上腺素促进血糖升高的切人点。他开始把自己研究的课题定位到激素透过什么样的机制来活化磷酸化酶,以加速细胞内肝糖分解成葡萄糖,作为供应能量的来源。磷酸化酶催化反应的本质究竟是什么呢？萨瑟兰和他的助手在狗肝提取液中提取磷酸化酶时发现,细胞内还存在着一种能灭活磷酸化酶的磷酸酶。他们同时还发现,灭活的磷酸化酶分子量几乎不发生改变,酶分子仅仅发生一点点变化。这种小小的改变是少了什么呢？直觉使他们意识到,这种变化很可能就是一个磷酸集团。结果证明,磷酸化酶的灭活确实伴有磷酸集团的丢失。为此,他们便将肝切片与标记同位素磷的磷酸缓冲溶液一起加温,结果发现,标记的磷酸的确渗人磷酸化酶分子上。同时,他们还发现在肝匀浆中加人肾上腺素和镁离子，磷酸化酶的作用明显增强。由此,萨瑟兰运用逆向思维的方法作出推论：当肝脏组织受到激素刺激的时候,细胞内的磷酸化酶会被活化,而当它被活化的时候,酶上就会增加许多磷酸基团。而活化的磷酸化酶可经磷酸酶的作用,可将加上去的磷酸去除而使其失去活性。细胞里的磷酸化酶是由磷酸化与否来调控其活性的。那么,为什么用完整的细胞进行实验,很容易证实肾上腺素可激活磷酸化酶,但如果将细胞打碎,激素对酶就不发生反应呢？他们还把肾上腺素加到细胞浆中,发现也不能增加磷酸化酶的活性。直觉又使他意识到,在肾上腺素和磷酸化酶之间一定还有一个激素作用的环节,萨瑟兰推断,这个环节很可能在细胞膜上。萨瑟兰让肾上腺素和细胞膜一起在适宜温度下发生反应,然后再用高温将肾上腺素和膜上所有酶都破坏掉。用这种精心处理后的成分与磷酸化酶发生作用,结果,磷酸化酶的活性大大增加。由此推测,肾上腺素和细胞膜作用时会产生一种耐高温并使磷酸化酶活化的因子。这种因子是存在量非常少的小分子。这种小分子是什么呢？他想起前几年的实验,那时他曾用肝细胞的匀浆液分别试加各种激素肾上腺素及升糖激素也在内都没有使肝糖正常分解起任何变化,之后添加了镁离子才发生肝糖元的转化。据此,他推测这种小分子可能是一种核苷酸分子。为了进一步证实这种小分子,萨瑟兰写信求助于美国的一位核苷酸研究权威LeonHeppel。真是无巧不成书,Dr．Heppel同时也收到华盛顿大学Dr．DavidLipKin寄来的一封信,描述他用氢氧化钡处理ＡＴＰ制得一种核酸物质。他发现两者所描绘的有很多吻合的地方。也许是心血来潮,Ｄｒ．Ｈｅｐｐｅｌ心想何不让双方通信。由于Dr．Heppel的撮合,果然鉴定出这个物质是一模一样的同一个东西,那就是ｃＡＭＰ。这样,肾上腺素联系磷酸化酶的中介物找到了。那么又是什么物质使ＡＴＰ转化成ｃＡＭＰ呢？显然需要一种酶的存在—腺甘酸环化酶。它使ＡＴＰ转化成ｃＡＭＰ，致使细胞内的ｃＡＭＰ浓度升高,促进磷酸化酶的激活，磷酸化酶进一步促进肝糖原转化成葡萄糖葡萄糖释放到血液中,从而导致血糖升高,达到调节血糖的目的。根据以前的实验,萨瑟兰推测,这种酶可能就在细胞膜上。腺昔酸环化酶果真存在于细胞膜上吗？萨瑟兰不敢轻易下结论,他和助手需要进一步的实验。开始,他们试图用狗的红细胞无细胞核检测这种酶,结果令他们大失所望。他们用鸟类红细胞有细胞核检测,却检测到了该酶。那么,是不是腺苷酸环化酶不在细胞膜而是在细胞核上呢？他们又设计了一种将细胞膜压碎,又可保持细胞完整的压力匀浆器。将实验材料先用匀浆器处理后,又用密度梯度离心收集细胞核,进而开始实验。结果却与预料的相反,酶活性不存在细胞核内,而是存在于细胞膜。这样,腺苷酸环化酶存在