| 词条 | 杨福愉 |
| 释义 | 杨福愉，生物化学家，浙江镇海（今宁波）人，1950年毕业于浙江大学化学系。1960年苏联莫斯科大学生物系研究生毕业，获副博士学位。历任中国科学院生物物理研究所副所长、研究员，中国生物化学学会第二、三届副理事长，北京生物化学会第一、二届副理事长。长期从事线粒体和生物膜的结构与功能的研究。在电离辐射对线粒体膜的损伤及线粒体膨胀和收缩依赖于内膜能量转换过程方面的研究，取得了成果。 生平简介1927年10月30日生，祖籍镇海骆驼。1946年毕业于上海市南洋模范中学，1950年毕业于浙江大学化学系，获学士学位。1960年获苏联莫斯科大学生哲学博士学位。1991年当选为中国科学院生物物理所研究员，生物大分子国家重点实验室学术委员会主任。 1950年，杨福愉在浙江大学毕业前夕，他的毕业论文指导老师、系主任王葆仁教授问他，毕业后愿不愿意去中国科学院贝时璋教授那里进行生物学研究。虽然在大学期间曾选修过普通生物学，但在选修有机化学时听老师扼要介绍过贝时璋教授对米虾眼柄激素的研究，感到搞生物学研究对所学的有机化学有用武之地，加上解放后刚建立的向往，杨福愉就进入了实验生物所。这一进门，就是半个世纪。 开始研究的米虾也称草虾，它的双眼由一个柄相互连接。草虾通过眼柄激素的分泌能使上皮色素细胞收缩从而来调控体色以适应环境光强的变化。这项研究首先要求从眼柄中分离、纯化激素，而每只草虾的眼柄只有几十毫克。这个课题不仅需要扎实的生物学基础，还需要分离、纯化的化学和物理学概念。杨福愉认识了多学科交叉发展生物学的重要性。 1960年，杨福愉从苏联回到中国科学院生物物理研究所。从开始创建以及在以后的发展过程中，这个所一直贯彻多学科交叉发展生物学的思想，全所拥有生理、生化、核物理、数学、电子等几十个专业，形成了一支多“兵种”的科技队伍。 自六十年代起，杨福愉长期从事线性体膜结构与功能的研究，七十年代至今致力于生物膜膜脂-膜蛋白相互作用的研究，取得了许多重要成果。杨福愉还注重联系国计民生进行基础研究。在农业方面，用“匀浆互补法”代替“线性体互补法”来预测谷子等农作物的杂种优势获理想效果。在医学方面，通过参加云南楚雄克山病综合考察，提出“克山病是一种心肌线粒体病”的观点，这不仅对克山病发病机理的研究，而且对克山病的防治都有重要意义。 杨福愉还是中国医学科学院医学分子生物学国家重点实验室等8个学术委员会委员，《中国生物物理学报》、《BIOSCIENCEREPORTS》等10种中、外学术期刊的主编或编委，多次获得国家自然科学奖、科学院科技进步奖和卫生部科技进步奖等奖励。 个人荣誉1960年获前苏联莫斯科大学生物系哲学博士（Ph.D）。现任中国科学院生物物理所研究员。博士生导师，中国科学院院士，《生物大分子国家重点实验室》学术委员会主任。任《中科院生化所分子生物学国家重点实验室》，《中国医学科学院医学分子生物学国家重点实验室》，《中科院有机所生命有机国家重点实验室》，《生物膜与膜工程国家重点实验室》，《中国预防医学科学院微量元素开放实验室》学术委员。任《生物物理学报》主编，并为《中国生化与分子生物学报》付主编，《实验生物学报》、《中国地方病学杂志》等杂志的编委。 研究领域自60年代起长期从事线粒体和生物膜结构与功能的研究，侧重探索膜脂-膜蛋白的相互作用。发现Mg2+对线粒体H+-ATP酶重建于脂质体具有关键作用，提出Mg2+通过改变膜脂流动性影响H+-ATP酶的结构与活性模型，为膜脂物理状态影响膜蛋白的结构与功能提供一个清晰的实例。在此基础上开展跨膜Ca2+梯度调节膜蛋白的构象与活性的研究。发现微量元素硒对人红细胞膜骨架有直接的稳定作用。发现神经节苷脂GM3，GM1对肌浆网膜Ca2+-ATP酶构象与活性的调节有相互的拮抗作用。目前研究兴趣尚有：膜蛋白三维结构的解析，细胞凋亡过程中线粒体内细胞色素c的释放与脱血红细胞色素c跨膜运送的机理等。在国内、外发表论文180余篇，曾获国家自然科学奖、中科院自然科学奖、卫生部科技进步奖、何梁何利科技进步奖等多项。培养硕士、博士40余名，两名博士生曾获中科院院长特别奖，其中一名获1999年首届全国100篇优秀博士论文奖。 荣获奖项1986，提出Mg2通过改变+>-ATP酶的构象与活性的模型； 1987，提出“克山病是一种心肌线粒体病（MitochondrialCardiomyopathy”的观点；1993，提出并证明硒具有稳定红细胞膜的直接作用； 1985，用“匀浆互补法”替代“线粒体互补法”预测农作物杂种优势。 1995，跨膜Ca<’2+>梯度与膜蛋白的功能(综述)，生物科学报告，英国； 1983，线粒体H+-ATP酶重建体系中膜脂－膜蛋白相互作用中Mg2+的作用，生物化学与生物物理学报，荷兰； 1993，二价金属离子与生物膜膜脂－膜蛋白的相互作用(综述)，生物科学报告，英国； 1987，克山病是一种“心肌线粒体病”，实验生物学报，中国； 1996，V92A突变改变了鸡心脱辅基细胞色素C分子的折叠性质及其与磷脂的相互作用，Biochemistry,USA，美国。 授奖情况:1995，微量元素硒对人红细胞膜骨架的稳定作用，自然科学奖,二等，中国；科学院； 1989，Mg（Ⅱ）影响线粒体H（Ⅰ）-ATP酶重建的研究，自然科学奖,三等，国家科学技术委员会；1986，Mg（Ⅱ）对重建线粒体H（Ⅰ）-ATP酶的研究，中国；科学院，科学技术进步奖,二等；1986，匀浆互补法预测农作物杂种优势，科学技术进步奖,三等，中国；科学院。 访谈实录郭桐兴：各位观众，大家上午好！欢迎大家来到院士访谈。今天我们非常荣幸地请到了中国科学院院士、中国科学院生物物理所生物大分子国家重点实验室名誉主任，曾任中国科学院生物物理所学位委员会主任，中国科学院生物物理所副所长，生物大分子国家重点实验室学术委员会主任，北京生物化学与分子生物学学会理事长，中国生物化学与分子生物学学会副理事长，长期从事生物膜研究的我国著名的生物化学家杨福愉院士，杨老师您好！杨福愉：网友好。 郭桐兴：欢迎您。 杨福愉：各位观众大家早上好！很高兴有机会在这个平台上跟大家进行一些交流。今天我谈的是生物膜。 郭桐兴：首先我们想请您介绍一下，什么是生物膜？ 杨福愉：我谈的生物膜不是一般的塑料薄膜或者是其他的人工模，而是生物膜。什么叫生物膜呢？恐怕还得从我们生命最基本的单位细胞谈起。大家看这张片子，这是细胞的一个模型，左边是动物细胞，右边是植物细胞，大家看到中间的是一个细胞核，内部还有好多细胞，比如线粒体等等。每一种细胞外面都有一层膜，我们一般叫做细胞膜，或者叫细胞质膜。没有这层膜就不称之为细胞，所以一个细胞一定要有一个内在的恒定的环境。除了外面有一层细胞膜以外，大家可以看到内部还有好多个膜的结构，比如细胞核有核膜，内质网有膜的机构，线粒体有两层膜，还有其他的等等都是有膜的结构来形成这种细胞体。所以说细胞内也有非常丰富的膜的结构。 郭桐兴：不是单纯的，细胞外面那层膜才是生物膜？ 杨福愉：对，生物膜是外面的细胞膜，加上细胞内的细胞膜体系，总的叫细胞膜，也可以说生物膜是细胞的一个基本结构。 郭桐兴：您给我们介绍一下生物膜对生命科学的重要性是什么？ 杨福愉：刚才已经说了，细胞是生命的基本结构与功能单位，而生物膜又是细胞的基本结构。我们知道，一个细胞里面有千千万万的大分子，小分子，大分子比如说核算、碳水化合物等等，小分子也有很多，比如锌、镁等等。细胞不是一个口袋，里面长了很多很多大大小小的分子，那无序了，而细胞需要一个有序的反应和变化。我们说细胞不是无序的，里面大大小小装了很多。 郭桐兴：是有规律的？ 杨福愉：对，生物膜就是细胞内这种分子进行有序反应提供了一个结构技术。这些膜可以排列，可以有序地进行一些反应。第二，膜的结构，除了外面特征膜细胞以外，里面有很多位区，每一个位区都是有它内层的内环境。比如和内部的线粒体就不一样，各个细胞器都有它自身的一些内环境，也可以说这些细胞体是相对独立的。这个相对独立靠什么？就是靠膜的结构，跟外面的其他部门相隔离了。这些又不是完全孤立的，各个细胞器之间是相互联系，相互交流，又相互制约。这样子，整个细胞才能够形成一个比较有规则的有节奏的，比较和谐的，表现一个生命活动。没有膜就谈不上细胞了，也根本不可能表现出非常有规则、规律的，有这样节奏的生命活动了。所以生命的重要性，这是基本的。因此生物膜对于细胞来讲，是细胞生命的基本功能单位，它的重要性刚才已经讲了。能量怎么转化，物质怎么运算，信号怎么传递，怎么调控，最后都与生物膜有关系。 郭桐兴：都离不开生物膜的作用？ 杨福愉：对。比如一些应用技术的作用，或者一些疾病，包括肿瘤、糖尿病，分析到最后都是与生物膜有关系，这也可以理解，因为生物膜是细胞的基本结构。正常的一些生命构成也好，一些病变也好，或者治疗它也好，归根结蒂都离不开这个膜。所以生物膜对生命科学的研究来讲，这是一个非常非常重要的因素。 郭桐兴：至关重要的组成部分？ 杨福愉：对。 郭桐兴：请您给我们介绍一下，人类研究生物膜有什么用途？ 杨福愉：我们再看一张幻灯片，这个问题，也就是说你研究生物膜到底有什么价值。这个题目很广了，我想举这样一个例子。就是线粒体这个例子，刚才也讲过了，可以看到细胞里面有很多线粒体，线粒体放大以后，大家可以看到是这样的。线粒体在细胞里面起什么作用呢，细胞一切活动所需要的能量就是由线粒体来提供。也有人很形象，说线粒体是一个“锅炉房”，大家都很清楚，锅炉房就是燃烧，产生一些热量。线粒体等于是细胞里面有一个锅炉房，或者细胞的一个能量站，它主要是管能量转化，给细胞活动提供能量。 郭桐兴：实际上细胞生命活动的能量有相当一部分是由线粒体提供的？ 杨福愉：应该说大部分是由线粒体提供。线粒体为什么能够提供能量呢？这个与生物膜就分不开了。再放一张幻灯片，大家可以看到线粒体放大了，有很多生物催化剂酶。生物通过线粒体，主要是通过氧化来产生能量。生物的氧化和非生物的氧化有很重要的区别，锅炉房，加了煤，一烧，一下子就变成了另外一种能量。生物的氧化，能量是逐步逐步释放的。释放了以后，即使给它固定下来，成为一种形式，这种形式得到应用，所以生物氧化的能力转化效率特别高。不像非生物氧化，我们锅炉房的能量转化效率不是很高。这些都是需要刚才我讲的一些酶来催化。我们再看一下这张片子。 郭桐兴：您说的生物体当中的能量，是指糖类和脂肪氧化？ 杨福愉：比如从植物来讲，我们吃下去以后，慢慢分解，变成氨基酸、碳水化合物，慢慢地变成糖，其他的也是逐步分解。这些通过线粒体，运送到线粒体，通过线粒体的氧化释放出能量来。当然需要分解，一步步分解，线粒体最主要产生的能量就是线粒体氧化部分。我特别请大家注意，有一个复合体5，它由两部分组成，一部分就是头部，膜的外面一点，通过这个来介绍一下生物膜研究的功能。看下一张幻灯片，在显微镜下面可以看到线粒体膜的颗粒。 郭桐兴：这是在电子显微镜下面看到的生物膜的表面？ 杨福愉：对。将原来的颗粒放大就可以看到这个所谓ATP合酶，这个酶主要是合成ATP的。因为氧化释放的能量要转变成为ATP，实际上我们细胞的很多活动就是利用ATP。问题是它怎么合成ATP的。 郭桐兴：您能给我们介绍一下什么是ATP吗？ATP指的是什么东西？ 杨福愉：我可以显示一下它的结构，看一下幻灯片，这个就是ATP，靠左边的，红的颜色，它释放的能量是比较高的。ATP化合物，就是氧化释放能量以后，转化形成ATP的化合物。我们再看下一张幻灯片。我刚才讲了ATP合酶，怎么能够合成ATP呢，经过很多研究，有一种叫构象假说，因为ATP合酶上面是水溶性的，有很多氧气组成。美国有一个科学家，叫鲍尔，他提出构象变化的假说。交替地发生变化，有一种可以和ATP相结合，有一种构象了ATP，合成ATP。还有一种是脱离酶，释放下来。他还提出中间有一个氧肌可以撞，撞的过程中间，发生交替变化，合成ATP。当然也是比较复杂的。关键的问题是，他提出这个假说，实质是三个氧肌的结构不一样。后来有一个英国科学家，他用三维结构来解决这个问题。我们看下面一张幻灯片，形象来讲，这个是氧肌组装起来，中间的氧肌可以旋转。 郭桐兴：红颜色的这个链球，好像这是一部分。 杨福愉：组装起来来证明他这个，ATP水解以后释放的能量，化学能转化为机械能。 郭桐兴：表现的是化学能转化成机械能的这么一个情况？ 杨福愉：对。这样可以来证明，就是说ATP怎么合成的，ATP水解能够带动一些，转化为机械进行旋转。 郭桐兴：紫颜色的是什么东西？像一个小蝌蚪。 杨福愉：是一个水解过程，ATP是高能化合物，能量一水解就释放了，释放以后转化为机械能。可以证明ATP合酶有这样一种旋转之后带动变化；我们再看下一个，这个酶是最小的分子旋转马达。 郭桐兴：这是什么意思呢？ 杨福愉：直径只有十个纳米，旋转速度很快，每秒是一百转。再放下面一个，它的效率转化很高，应该说这个分子转动马达，一个是最小，一个是最快，还有一个是转化下来是最高的。实际上我们通过右边这个图可以看到，在旋转过程中间，可以看到氧化产生能量，形成梯队，一直到下面膜的地方，推动膜对下面的旋转，进而带动上面的旋转，上面是ATP合成催化部分，有构象活动变化，用实验可以更好地证明一下。下面一个图，可能更形象一点，我们来看它真正转化（图）。推动红的在旋转，这个进去以后，从膜的另外一层出来。这是浓度高的往低的方向流动，推动膜上面进行旋转。这是带动下面进行旋转，绿色部分是构象能力交替着发生变化。你可以看到ATP上去了，ATP就出来了。用这样的一个模型来说明酶在线粒体上面能量转化是起了这样一个作用。 最小的一个转动马达，接下来就要讲它的运用了。我们来看下一个图。 郭桐兴：刚才您说的这个，我看您在一些文章里面提到，是不是就是化学渗透假说？ 杨福愉：化学渗透假说，是氧化释放的能量形成梯差，这是经过长期的研究。 郭桐兴：那个图表大概也是这个意思吗？ 杨福愉：对。红色的部分，我刚才讲了几个氧肌用人工办法，其他部分都是生物的，上面是一个螺旋桨的样子，讲的形象一点，就是纳米“直升机”。直升机大家都知道，螺旋桨在上面这样转，靠什么能量使它转呢？就是靠线粒体ATP合酶，关键一部分分离出来，重新组装。这个用途就很大了。纳米材料也好，或者是医药方面的，都有很多重要作用。因为美国已经用了这个办法，就是所谓的纳米“直升机”。到体内，可能有一定的需要，比如不需要的细胞给清除了，就用这个装置。 郭桐兴：放到身体里面去？ 杨福愉：对，目的是这样，但还在实验当中。另外一方面，大家都知道的分子转动马达，为什么叫做最小的呢？从航天角度来讲，重量越小越好，体积越小越好。纳米如果能够仿生，达到纳米水平的这样一个装置的话，能够将纳米转动马达，假如人工也能够形成的话，对我们的工业、医学，等等各个方面都有很重要的作用。这方面大家都在摸索。 郭桐兴：都在摸索研究。 杨福愉：我想说明的是什么呢？我举的这个线粒体膜的研究，而且是线粒体膜的研究的一部分，它的应用还是很可观的。进一步深入的话，它的应用前景就更大了。 郭桐兴：您给我们举几个具体的例子，比较形象一点，具体一点的。 杨福愉：刚才讲了生物膜，外面有细胞质膜，里面有核膜，等等，我刚才是以线粒体作为一个例子，来谈它的应用。实际上生物膜的应用范围很广。我们看一下下面这张图（图）。 郭桐兴：生物膜的应用范围是很广泛的？ 杨福愉：对。我比较简单地介绍一下，比如医学方面来讲，我刚才讲很多肿瘤与这个膜有关系，比如艾滋病，病毒侵入到我们人体的淋巴细胞，使防免疫的功能就衰竭了。艾滋病，主要是通过淋巴细胞膜经过到细胞内部了。 郭桐兴：进入细胞内部？ 杨福愉：对，到细胞里面去大量复制，使你的免疫功能衰竭。 郭桐兴：遭到破坏？ 杨福愉：对。这个与膜有关系，另外一方面怎么使这个病不要通过膜进入内部，这就涉及一些膜的问题。糖尿病也与膜有关系，胰岛素对于我们调节糖、血糖很重要，胰岛素要起作用，膜的一些受体要起作用。另外一方面，血糖高的时候，这个要进入到细胞里面去，血糖就低了，要通过一种所谓的体进入到内部去。原来是在细胞质里面，由于胰岛素的作用，使它运送到膜上面去，到了膜上面，它就能够将葡萄糖运送到细胞内。所以这些都与膜有关系。假如这些问题搞清楚了，我们对治疗糖尿病就有很多办法了。所以这些问题都是需要我们进一步的研究。再来是农业方面的，比如抗高温，也是与膜有密切关系。这些方面都进行了不同程度的研究。所以工业也好、农业也好、医疗界也好，等等，都与膜有密切的关系。所以说生物膜的应用前景是很大的，有的已经在部分地进行了。但有的可能还需要深入研究，才能够很好的应用。 郭桐兴：根据您刚才谈的情况，是不是可以这么理解，生物膜本身对物质进入细胞体内有一定的所谓的选择性。当它的生物膜失去了这个功能的时候，有可能有害的物质就侵入到人体的细胞内，造成疾病。比如说刚才您介绍的艾滋病病毒，进入细胞了，在人体细胞内大量繁殖，导致人的免疫功能遭到破坏。实际上他的生物膜就没有起到一个所谓的保护作用。这可能是跟生物膜有密切关系的。包括动物、植物都是同一个道理。所以生物膜的研究对人体或者植物的质量起着至关重要的一个作用。 杨福愉：对。当然生物膜，比如原来没有防备艾滋病病毒的侵入，可能原来没有这个功能吧，但既然发生了，就要防止它的侵入。刚才你讲的也对，像人们讲的，外面的细胞膜起到了一个“海关”的作用，需要的让它进来，都是有选择性的。如果不需要的，新陈代谢的产物，它不需要了，要排泄到外面去，这些都是通过细胞膜在起作用。所以有人形容生物膜像“海关”一样，需要就进来。 郭桐兴：对细胞有用的把它留下来，对细胞没有用的，让它排出去？ 杨福愉：这是比较形象的比喻，也不是说非常确切。 郭桐兴：大致的意思可以这么理解吗？ 杨福愉：对。 郭桐兴：我看您的文章里面提到了化学渗透假说，1978年英国一个科学家获得了诺贝尔奖，就是您刚才介绍的那个情况？ 杨福愉：对。我们再看一张幻灯片。 郭桐兴：看起来生物膜的研究是非常重要的。 杨福愉：这个图里面，膜上面的一二三四，就是一个氧化过程。氧化过程的能量，我刚才讲了，通过一个变化，能够使能量释放出来。能量释放出来，不是马上就合成现在的ATP。它先转化成为跨膜的梯差，这个方向大家可以看到，是用红颜色来表示的（图）。靠内层的浓度越来越高，跨膜的梯差也是一种能量的储存形式。跨膜梯差通过ATP合酶来合成ATP。不是说氧化合成的能量实际合成ATP。英国人运用这个得到了化学诺贝尔奖。因为这个争议很大，最后大家通过实验，来证明他的假说是正确的。跨膜梯差形成之后，通过ATP酶，反方向使这个转动了，流动以后，能量使ATP合酶跨膜的部分转动，然后带动水溶性部分的氧肌转动，然后是三个氧肌变化合成ATP。 郭桐兴：是从浓度高的一侧向浓度低的一侧流动？ 杨福愉：这个能量就转化成为ATP合酶。这个合成过程，刚才也给大家显示了，也是很复杂的一个过程。 郭桐兴：看样子不是马上就可以的。刚才您说的这四个图，表示了整个的转换过程？ 杨福愉：对。 郭桐兴：这等于也是人类对生命认知的一大进步。 杨福愉：对。刚才我讲的是，那个英国人通过跨膜梯差拿到了诺贝尔奖，后来鲍尔也拿到了诺贝尔奖。 郭桐兴：请您谈谈您对生物膜研究未来发展趋势有什么看法？ 杨福愉：这是一个生物膜的模型，上面是1972年的模型，叫流动镶看模型，所谓叫流动，因为膜上面都是流动的，不是静止的。为什么叫镶看呢，有的镶在表面，有的镶在膜的内部。这个三维结构的解决还是有很难的问题，可能今后要更深入地了解生物膜，首先要把更多生物膜的三维结构解析出来，这还是一个很艰巨的任务。 郭桐兴：为什么说是一个很艰巨的任务呢？ 杨福愉：因为膜的含量很少，第二溶解下来不容易。还有一个问题，我们要搞三维结构，主要是靠X光，首先需要结晶。 郭桐兴：才能作出三维图象？ 杨福愉：对。可膜脂做到三维结晶很难很难，加上这几个原因，我们觉得这可能是今后需要重点研究的。生物膜是一个超分子体系，还由质、糖等来组成。所以我们研究生物膜，还要研究同质，同糖的关系。下面还有一张图，生物膜里面有很多小区，刚才我讲细胞里面有很多小区，膜里也不是均一的，里面有好多红的，有很多位区，还有一个特点，这个位区不是固定的，固定一段时间以后可能又变了。 郭桐兴：也是处于一种游离的状态？ 杨福愉：动态的。所以膜内部有位区，这个位区是动态的变化，所以这给研究带来了很多困难。三维结构解决以后，对膜的不均一性研究以后，现在重要的问题是什么呢，一个是需要多学科交叉，单靠生物学是不能… 郭桐兴：不能独立完成？ 杨福愉：对，需要物理、化学、数学、计算机等共同来相互渗透，相互交流，相互合作，来解决这么一些重要的问题。它的动态变化，怎么来测定这个动态变化，某一个时间，它的结构，它的功能怎么样，这些都需要新的技术来创新，新的方法来发明，这样才能解决。而这些东西是需要多学科交叉来完成的。这是从生物膜本身来讲。另一方面从生物膜的应用来讲，刚才讲了它的应用范围很广。这些问题我想也是很重要的。这些问题的解决，应用要不断深入的话，就提出了很多问题，需要理论加以解决。 目前我们国家也提出来了，一个是面向国际前沿，一个是面向国家重大需求。国际前沿，就是对这些基础问题进行深入探讨。国家重大需求，就需要我们在应用中间及时将这些研究成果加以应用。应用中间发生了很多问题，反过来又给基础研究提出了很多课题。所以这两者都是很重要，而且相互有密切关系的。我相信，随着我们国家对生物膜的研究，改革开放三十年以来，它已经有很好很快的一些进展，但同国际先进水平来讲还有比较大的差距。希望大家，尤其是年轻人，进一步将我们国家生物膜的研究以比较快的速度推向前进。 郭桐兴：今天杨先生给我们就生物膜这个话题，做了很精彩的谈话。我们对您的到来表示感谢。同时，也感谢大家收看院士访谈，我们在下一期院士访谈再见。谢谢。 杨福愉：再见，谢谢大家！ 百度百科中的词条内容仅供参考，如果您需要解决具体问题（尤其在法律、医学等领域），建议您咨询相关领域专业人士。 本词条对我有帮助
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