William Astbury - William Astbury

William Astbury

FRS
William Astbury ; FRS
narozený	William Thomas Astbury ; 25. února 1898; Longton , Anglie
Zemřel	04.06.1961 (ve věku 63); Leeds , Anglie
Státní občanství	britský
Alma mater	Univerzita v Cambridge
Ocenění	Člen Královské společnosti
	Vědecká kariéra
Pole	Fyzika , molekulární biologie
Instituce	University College London ; Royal Institution ; University of Leeds
Doktorský poradce	William Henry Bragg

William Thomas Astbury FRS (25. února 1898-4. června 1961) byl anglický fyzik a molekulární biolog, který provedl průkopnické rentgenové difrakční studie biologických molekul . Jeho práce na keratinu poskytla základ pro objev Linuse Paulinga alfa šroubovice . V roce 1937 také studoval strukturu DNA a udělal první krok k objasnění její struktury .

Raný život

Astbury bylo čtvrté dítě ze sedmi, narozené v Longtonu, Stoke-on-Trent . Jeho otec William Edwin Astbury byl hrnčířem a pro svou rodinu se staral pohodlně. Astbury měl také mladšího bratra Normana, se kterým sdílel lásku k hudbě.

Astbury se mohl stát hrnčířem, ale naštěstí získal stipendium na střední škole Longton , kde jeho zájmy formoval ředitel a druhý mistr, oba chemici . Poté, co se stal hlavním chlapcem a vyhrál zlatou medaili vévody ze Sutherlandu , získal Astbury jediné dostupné místní stipendium a šel na Jesus College v Cambridgi .

Po dvou funkčních obdobích v Cambridge byla jeho studia přerušena službou během první světové války . Chudý lékařské hodnocení následující appendektomie vyústil v jeho vysílání v roce 1917 Cork , Irsko s Royal Army Medical Corps . Později se vrátil do Cambridge a poslední rok zakončil specializací na fyziku .

Akademická kariéra

Po absolvování Cambridge pracoval Astbury s Williamem Braggem , nejprve na University College London a poté, v roce 1923, v laboratoři Davy-Faradaye na Royal Institution v Londýně . Mezi spolužáky patřilo mnoho významných vědců, včetně Kathleen Lonsdale a JD Bernala a dalších. Astbury projevil velké nadšení pro své studie a publikoval články v časopise „Classic Crystallography “, například o struktuře kyseliny vinné .

V roce 1928 byl Astbury jmenován docentem textilní fyziky na univerzitě v Leedsu . Zůstal v Leedsu po zbytek své kariéry, byl jmenován čtenářem textilní fyziky v roce 1937 a profesorem biomolekulární struktury v roce 1946. Zastával židli až do své smrti v roce 1961. Byl zvolen členem Královské společnosti (FRS) v 1940. Připomíná ho Astbury Center for Structural Molecular Biology v Leedsu .

V pozdějším životě dostal mnoho ocenění a čestných titulů.

Rentgenové difrakční studie vláknitých proteinů

V Leeds Astbury studoval vlastnosti vláknitých látek, jako je keratin a kolagen, s financováním z textilního průmyslu . ( Vlna se skládá z keratinu.) Tyto látky nevytvářely ostré obrazce skvrn jako krystaly , ale vzory poskytovaly fyzikální limity pro jakékoli navrhované struktury. Na počátku třicátých let minulého století Astbury ukázal, že došlo k drastickým změnám v difrakci vlhké vlny nebo vlasových vláken, protože jsou významně nataženy (100%). Data naznačují, že nenapnutá vlákna měla stočenou molekulární strukturu s charakteristickým opakováním 5,1 Á (= 0,51 nm). Astbury navrhl, aby (1) nenatažené molekuly bílkovin vytvořily šroubovici (kterou nazval α-forma); a (2) roztažení způsobilo, že se šroubovice odvinula a vytvořila rozšířený stav (který nazýval β-forma). Přestože Astburyho modely byly ve svých detailech nesprávné, byly v podstatě správné a odpovídaly moderním prvkům sekundární struktury , α-šroubovici a β-vláknu (Astburyho nomenklatura byla zachována), které byly vyvinuty o dvacet let později Linus Pauling a Robert Corey v 1951. Hans Neurath byl první, kdo ukázal, že Astburyho modely nemohou být do detailu správné, protože zahrnovaly střety atomů. Neurathův papír a data Astburyho inspirovaly HS Taylor (1941, 1942) a Maurice Huggins (1943) k návrhu modelů keratinu, které jsou velmi blízké moderní α-šroubovici.

V roce 1931 byl Astbury také prvním, kdo navrhl, že vodíkové vazby mainchain-mainchain (tj. Vodíkové vazby mezi páteřními amidovými skupinami ) přispěly ke stabilizaci proteinových struktur . Jeho počáteční vhled nadšeně převzalo několik badatelů, včetně Linuse Paulinga .

Astburyho práce přešla na rentgenové studie mnoha proteinů (včetně myosinu , epiderminu a fibrinu ) a z jejich difrakčních obrazců dokázal odvodit, že molekuly těchto látek byly stočeny a složeny . Tato práce ho přivedla k přesvědčení, že nejlepším způsobem, jak porozumět složitosti živých systémů, bylo studium tvaru obřích makromolekul, ze kterých jsou vyrobeny - přístup, který s vášní propagoval jako „molekulární biologii“. Jeho další velkou vášní byla klasická hudba a jednou řekl, že proteinová vlákna, jako je keratin ve vlně, jsou „zvolenými nástroji, na kterých příroda hrála tolik nesrovnatelných témat a nespočet variací a harmonií“ Tyto dvě vášně se sblížily, když v roce 1960 představil X -paprskový snímek jeho výzkumné asistentky Elwyn Beightonové o vlákně keratinového proteinu v pramenu vlasů, který údajně pocházel od Mozarta -který byl jedním z oblíbených skladatelů Astburyho.

Proteiny však nebyly jediným biologickým vláknem, které Astbury studoval. V roce 1937 mu Torbjörn Caspersson ze Švédska poslal dobře připravené vzorky DNA z telecího brzlíku. Skutečnost, že DNA vytvořila difrakční obrazec, naznačovala, že má také pravidelnou strukturu a bylo by možné ji odvodit. Astburymu se podařilo získat nějaké externí financování a zaměstnal krystalografku Florence Bell . Poznala, že „počátky života [byly] jasně spojeny s interakcí proteinů a nukleových kyselin“. Bell a Astbury publikovali v roce 1938 rentgenovou studii DNA , popisující nukleotidy jako „hromadu haléřů“.

Astbury a Bell uvedli, že struktura DNA se opakuje každých 2,7 nanometru a že základny leží ploché, naskládané, od sebe vzdálené 0,34 nanometru. Na sympoziu v roce 1938 v Cold Spring Harbor Astbury poukázal na to, že rozteč 0,34 nanometru byla stejná jako aminokyseliny v polypeptidových řetězcích. (Aktuálně přijímaná hodnota pro rozteč bází v B-formě DNA je 0,332 nm.)

V roce 1946 Astbury představil na sympoziu v Cambridge příspěvek, ve kterém řekl: „Biosyntéza je především otázkou spojování molekul nebo částí molekul s jinou a jedním z velkých biologických vývojů naší doby je zjištění, že pravděpodobně nejzásadnější interakce všech je interakce mezi proteiny a nukleovými kyselinami. " Rovněž řekl, že rozestupy mezi nukleotidy a rozestupy aminokyselin v proteinech „nebyla aritmetická nehoda“.

Práce Astburyho a Bella byla významná ze dvou důvodů. Nejprve ukázali, že rentgenovou krystalografii lze použít k odhalení pravidelné uspořádané struktury DNA-vhled, který položil základy pro pozdější práci Maurice Wilkinse a Rosalind Franklinové , načež strukturu DNA identifikoval Francis Crick a James D. Watson v roce 1953. Zadruhé, tuto práci dělali v době, kdy si většina vědců myslela, že proteiny jsou nositelem dědičných informací a že DNA je matná monotónní molekula, která je málo zajímavá než snad jako strukturální složka. V roce 1944 byl Astbury jedním z mála vědců, kteří rozpoznali důležitost práce, kterou vykonal mikrobiolog Oswald Avery a jeho kolegové z Rockefelleru Maclyn McCarty a Colin Macleod. Avery a jeho tým prokázali, že nukleová kyselina může u pneumokoků předávat vlastnost virulence, a tak nabídli první pádný důkaz, že DNA může být dědičným materiálem.

Astbury popsal Averyho práci jako `` jeden z nejpozoruhodnějších objevů naší doby '' a inspirovalo ho to vizí, že po druhé světové válce zřídí v Leedsu nové oddělení, které se stane národním centrem pro požár stezka pro novou vědu molekulární biologie. Psaním vicekancléři Univerzity v Leedsu v roce 1945 prohlásil, že „veškerá biologie nyní přechází do fáze molekulární struktury ... Ve všech odvětvích biologie a na všech univerzitách se tato věc musí splnit a já navrhuji, aby Leeds by měl být odvážný a pomáhat vést cestu. '

Bohužel ne každý sdílel jeho sen. Univerzitní senát mu umožnil zřídit nové oddělení, ale nedovolil mu použít v názvu frázi „molekulární biologie“ kvůli odporu starších biologů, kteří měli pocit, že Astbury jako fyzik bez pozvání zasahoval na intelektuální území, které oprávněně považován za svůj vlastní. Senát mu také poskytl prostor, ale byly daleko od toho, v co doufal. Jeho nové oddělení bylo umístěno ve viktoriánském řadovém domě, který vyžadoval značnou konverzi, s nerovnými podlahami, díky nimž se chvěla choulostivá vědecká zařízení, vadné elektrické napájení a nespolehlivé potrubí, které někdy vedlo k záplavám. Aby toho nebylo málo, Rada pro lékařský výzkum jeho žádost o financování zamítla.

Navzdory těmto překážkám došlo v novém oddělení Astbury ke dvěma důležitým událostem. Prvním bylo objasnění mechanismu, kterým trombin působí jako proteáza katalyzující tvorbu hlavní složky krevních sraženin, nerozpustného proteinu fibrinu, z rozpustného prekurzoru fibrinogenu od Laszlo Loranda, mladého doktoranda, který uprchl ze svého rodného města. Maďarsko se připojí k Astbury. Lorandova práce byla významným objevem v našem chápání procesu, kterým se tvoří krevní sraženiny.

Druhým vývojem byla série nových rentgenových fotografií DNA B-formy pořízených v roce 1951 Astburyho výzkumnou asistentkou Elwyn Beightonovou, o níž historik vědy profesor Robert Olby od té doby řekl, že je „jasně slavným B-vzorem, který našla Rosalind Franklinová“ a R. Gosling '. Olby měla na mysli rentgenový snímek DNA B-formy, který o rok později pořídila Rosalind Franklinová a její doktorand Raymond Gosling na King's College o rok později, který se stal známým jako „Photo 51“. obrázek měl hrát důležitou roli v příběhu DNA a plakety na zdi mimo King's College, Londýn jej považuje za „jednu z nejdůležitějších fotografií na světě“. Důvodem je, že obrázek ukazuje nápadný křížový vzor černých skvrn vytvořených rentgenovými paprsky, které jsou rozptýleny vláknem DNA, a když byl Jamesovi Watsonovi poprvé ukázán Franklinův a Goslingův obrázek, tento vzorec ve tvaru kříže ho tak vzrušil, že řekl: „otevřela se mi pusu a začal se mi zrychlovat tep“, protože věděl, že pouze molekula stočená do šroubovicového tvaru může rozptýlit rentgenové paprsky a poskytnout tento konkrétní vzorec.

„Foto 51“ Franklina a Goslinga poskytlo jednu z několika důležitých stop Watsonovi a Crickovi -ale odpověď Astburyho na velmi podobné rentgenové snímky DNA Beightona nemohla být odlišnější. Nikdy je nezveřejnil v časopise ani nepředložil na vědeckém setkání. Vzhledem k tomu, že Astbury byl tak uznávaným odborníkem na rentgenové studie biologických molekul, může se zdánlivé zanedbání tak důležitého vodítka zdát překvapivé. Jedním z vysvětlení je, že ačkoli Astbury uznával důležitost DNA, nechápal, že biologické informace jsou přenášeny v jednorozměrné sekvenci bází v molekule, ale spíše že sídlí v jemných a propracovaných variacích v její trojrozměrné struktuře . Daleko od toho, aby mu spadla čelist a pulzní závod, by odhalení, že DNA byla prostá a zkroucená šroubovice, bylo proto zklamáním, ale je zajímavé spekulovat o tom, jak odlišně se mohla odvíjet historie, kdyby Astbury ukázal svému příteli a kolegovi Beightonův obraz významný americký chemik a laureát Nobelovy ceny Linus Pauling při návštěvě Astbury ve svém domě v Headingley v Leedsu v roce 1952. Pauling byl v té době největším rivalem Watsona a Cricka ve snaze vyřešit strukturu DNA a zoufale se snažil získat kvalitní rentgenový difrakční obraz DNA. V roce 1952 již navrhl nesprávný model DNA na základě raných prací Astburyho a Bella, ale kdyby Astbury ukázal Paulingovi tyto nové snímky pořízené Beightonem, mohlo by se dnes vzpomenout na Caltech, Pasadena a ne na Cambridge ve Velké Británii. objev dvojité šroubovice. Navzdory této promarněné příležitosti Astbury společně s Florence Bell významně přispěly tím, že ukázaly, že k odhalení pravidelné uspořádané struktury DNA lze použít metody rentgenové krystalografie.

Ale možná největší Astburyho vědecký odkaz byl jeho poněkud neobvyklý kabát. Na konci třicátých let Astbury a jeho spolupracovníci AC Chibnall a Kennet Bailey ukázali, že chemickým zpracováním mohou být molekulární řetězce rozpustných semenných proteinů znovu složeny, aby se staly nerozpustnými vlákny. Společnost ICI se o tuto myšlenku natolik zajímala, že ve Skotsku vybudovala pilotní výrobní závod na nové textilní vlákno zvané „Ardil“, které bylo vyrobeno záměrným pozměněním molekulární struktury hlavní rozpustné proteinové složky opičích ořechů za účelem jejího přetvoření na nerozpustnou látku. vlákno v naději, že bude použito jako levná a hojná náhražka vlny jako suroviny v textilním průmyslu. Aby demonstroval proveditelnost této myšlenky, ICI vytvořil celý kabát od Ardila, který Astbury pravidelně sportoval na přednášky a nakonec, ačkoli Ardil neprokázal, že je spásou britského textilního průmyslu, sloužil jako silná ilustrace Astburyho přesvědčení, že bychom nejen mohli vyřešit strukturu obřích biomolekul, jako jsou proteiny a DNA, pomocí rentgenových paprsků, ale že bychom také mohli záměrně manipulovat s těmito strukturami pro vlastní praktické účely.

To byl nápad, který skutečně dospěl v polovině sedmdesátých let s nástupem technologie rekombinantní DNA, kdy byl Astbury mrtvý, ale jako jeho přítel a kolega mu JDBernal napsal do nekrologu: „Jeho pomník bude nalezen v celé molekulární biologii “.

Osobní vlastnosti a historie

Astbury byl známý svou neutuchající veselostí , idealismem , představivostí a nadšením . Správně předvídal ohromný dopad molekulární biologie a předal svou vizi svým studentům, „jeho euforická evangelizační horlivost proměňující laboratorní rutinu ve velké dobrodružství“. Astburyho nadšení může také odpovídat příležitostnému nedostatku vědecké opatrnosti pozorovatelné v jeho práci; Astbury by mohl spekulativní výklady znít věrohodně.

Astbury byl vynikající spisovatel a lektor; jeho díla se vyznačují pozoruhodnou jasností a lehkým, přirozeným způsobem. Měl také rád hudbu, hrál na klavír i na housle.

Astbury se setkal s Frances Gouldovou, když byl během první světové války umístěn v irském Corku u Royal Army Medical Corps . Vzali se v roce 1922 a měli syna Billa a dceru Maureen.

Reference

Astbury WT a Woods HJ. (1931) „Molekulární hmotnosti bílkovin“, Nature , 127 , 663–665.
Astbury WT a Street A. (1931) "Rentgenové studie struktur vlasů, vlny a příbuzných vláken. I. Obecně", Trans. R. Soc. Lond. , A230 , 75–101.
Astbury WT. (1933) „Některé problémy v rentgenové analýze struktury zvířecích chlupů a jiných proteinových vláken“, Trans. Faraday Soc. , 29 , 193–211.
Astbury WT a Woods HJ. (1934) "Rentgenové studie struktur vlasů, vlny a příbuzných vláken. II. Molekulární struktura a elastické vlastnosti vlasového keratinu", Trans. R. Soc. Lond. , A232 , 333–394.
Astbury WT a Sisson WA. (1935) "Rentgenové studie struktur vlasů, vlny a příbuzných vláken. III. Konfigurace molekuly keratinu a její orientace v biologické buňce", Proč. R. Soc. Lond. , A150 , 533–551.
Neurath H. (1940) "Intramolekulární skládání polypeptidových řetězců ve vztahu k proteinové struktuře", J. Phys. Chem. , 44 , 296–305.
Taylor HS. (1942) „Velké molekuly prostřednictvím atomových brýlí“, Proč. Dopoledne. Filozof. Soc. , 85 , 1–12.
Huggins M. (1943) "Struktura vláknitých proteinů", Chem. Rev. , 32 , 195–218.

Další čtení

Olby, Robert (1970). „Astbury, William Thomas“. Slovník vědecké biografie . 1 . New York: Charles Scribner's Sons. s. 319–320. ISBN 978-0-684-10114-9.

Hall, Kersten T (2014). Muž v plášti Monkeynut: William Astbury a zapomenutá cesta k dvojité šroubovici . Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-870459-1.

Languages

In other projects