Уильям Эстбери

Уильям Эстбери ФРС
Рожденный	Уильям Томас Эстбери ( 1898-02-25 ) 25 февраля 1898 г. Лонгтон , Англия
Умер	4 июня 1961 г. ) ( 1961-06-04 ) ( 63 года Лидс , Англия
Гражданство	Британский
Альма-матер	Кембриджский университет
Известный	Бета-лист Дифракция волокна Рентгеновская дифракция ДНК
Награды	Актонианская премия (1935) Крунская медаль (1945 г.)
Научная карьера
Поля	Физика , Молекулярная биология
Учреждения	Университетский колледж Лондона Королевское учреждение Университет Лидса
Докторантура	Уильям Генри Брэгг

Уильям Томас Эстбери FRS (25 февраля 1898 - 4 июня 1961) был английским физиком и молекулярным биологом , который провел новаторские рентгеновские дифракционные исследования биологических молекул . Его работа над кератином послужила основой для Лайнусом Полингом открытия альфа-спирали . Он также изучил структуру ДНК в 1937 году и сделал первый шаг в выяснении ее структуры .

Ранний период жизни

Эстбери была четвертым ребенком из семи человек и родилась в Лонгтоне, Сток-он-Трент . Его отец, Уильям Эдвин Эстбери, был гончаром и хорошо обеспечивал свою семью. У Эстбери также был младший брат Норман, с которым он разделял любовь к музыке.

Эстбери вполне мог бы стать гончаром, но, к счастью, выиграл стипендию в средней школе Лонгтона , где его интересы формировали директор и второй магистр, оба химики . Став старостой школы и выиграв золотую медаль герцога Сазерленда , Эстбери выиграл единственную местную стипендию и поступил в колледж Иисуса в Кембридже .

После двух семестров в Кембридже его учеба была прервана службой во время Первой мировой войны . Плохой медицинский рейтинг после аппендэктомии привел к тому, что в 1917 году его направили в Корк , Ирландия, в Медицинский корпус Королевской армии . Позже он вернулся в Кембридж и закончил последний год обучения по специальности физика .

Академическая карьера

После окончания Кембриджа Эстбери работал с Уильямом Брэггом сначала в Университетском колледже Лондона , а затем, в 1923 году, в лаборатории Дэви-Фарадея Королевского института в Лондоне . Среди сокурсников были многие выдающиеся ученые, в том числе Кэтлин Лонсдейл , Дж. Д. Бернал и другие. Эстбери проявил большой энтузиазм в своих исследованиях и опубликовал статьи в журнале Classic Crystallography , например, о структуре винной кислоты .

В 1928 году Эстбери был назначен преподавателем текстильной физики в Университете Лидса . Он оставался в Лидсе до конца своей карьеры, будучи назначенным читателем по физике текстиля в 1937 году и профессором биомолекулярной структуры в 1946 году. Он занимал эту должность до своей смерти в 1961 году. В 1961 году он был избран членом Королевского общества (FRS). 1940 год. Его память отмечает Центр структурной молекулярной биологии Эстбери в Лидсе .

В дальнейшей жизни он был удостоен множества наград и почетных званий.

Рентгеноструктурные исследования волокнистых белков

В Лидсе Эстбери изучал свойства волокнистых веществ, таких как кератин и коллаген, при финансовой поддержке текстильной промышленности . ( Шерсть состоит из кератина.) Эти вещества не образовывали резких узоров из пятен, подобных кристаллам , но эти узоры ограничивали любые предложенные структуры физически. В начале 1930-х годов Эстбери показал, что происходят резкие изменения в дифракции влажной шерсти или волокон волос при их значительном растяжении (100%). Данные показали, что нерастянутые волокна имели спиральную молекулярную структуру с характерным повторением 5,1 Å (= 0,51 нм). Эстбери предположил, что (1) нерастянутые белковые молекулы образуют спираль (которую он назвал α-формой); и (2) растяжение привело к раскручиванию спирали, образуя растянутое состояние (которое он назвал β-формой). Несмотря на неточность в деталях, модели Эстбери были верны по своей сути и соответствуют современным элементам вторичной структуры — α-спирали и β-цепи (номенклатура Эстбери была сохранена), которые были разработаны двадцать лет спустя Лайнус Полинг и Роберт Кори в 1951 году. Ганс Нейрат был первым, кто показал, что модели Эстбери не могут быть точными в деталях, поскольку они включают столкновения атомов. Статья Нейрата и данные Эстбери вдохновили Г. С. Тейлора (1941, 1942) и Мориса Хаггинса (1943) предложить модели кератина, очень близкие к современной α-спирали.

В 1931 году Эстбери также был первым, кто предположил, что водородные связи между основными цепями (т.е. водородные связи между амидными группами основной цепи ) способствуют стабилизации белковых структур . Его первоначальные идеи были с энтузиазмом подхвачены несколькими исследователями, включая Лайнуса Полинга .

Работа Эстбери продолжила включать рентгеновские исследования многих белков (включая миозин , эпидермин и и фибрин ), и по их дифракционным картинам он смог сделать вывод, что молекулы этих веществ свернуты в спираль и свернуты . Эта работа привела его к убеждению, что лучший способ понять сложность живых систем — это изучить форму гигантских макромолекул, из которых они состоят — подход, который он страстно популяризировал как «молекулярную биологию». Другой его большой страстью была классическая музыка, и однажды он сказал, что белковые волокна, такие как кератин шерсти, были «избранными инструментами, на которых природа сыграла так много несравненных тем, с бесчисленными вариациями и гармониями». Эти две страсти сошлись, когда в 1960 году он представил сделанное его научным сотрудником Элвином Бейтоном рентгеновское изображение волокна кератинового белка в пряди волос, которое, как говорили, принадлежало Моцарту, который был одним из любимых композиторов Эстбери.

Но белки были не единственными биологическими волокнами, которые изучал Эстбери. В 1937 году Торбьёрн Касперссон из Швеции прислал ему хорошо подготовленные образцы ДНК из тимуса теленка. Тот факт, что ДНК давала дифракционную картину, указывал на то, что она также имела регулярную структуру и ее можно было вывести. Эстбери смог получить некоторое внешнее финансирование и нанял кристаллографа Флоренс Белл . Она признала, что «начало жизни [было] явно связано с взаимодействием белков и нуклеиновых кислот». Белл и Эстбери опубликовали рентгеновское исследование ДНК в 1938 году, описав нуклеотиды как «кучу пенсов».

Эстбери и Белл сообщили, что структура ДНК повторяется каждые 2,7 нанометра и что основания лежат плоско, сложенные друг от друга на расстоянии 0,34 нанометра. На симпозиуме в 1938 году в Колд-Спринг- Харборе Эстбери отметил, что расстояние в 0,34 нанометра такое же, как и между аминокислотами в полипептидных цепях. (В настоящее время принятое значение расстояния между основаниями в B-форме ДНК составляет 0,332 нм.)

В 1946 году Эстбери представил на симпозиуме в Кембридже доклад , в котором сказал: «Биосинтез — это в первую очередь вопрос сопоставления молекул или частей молекул друг с другом, и одним из величайших биологических достижений нашего времени является осознание того, что, вероятно, наиболее фундаментальным является взаимодействие всего лишь между белками и нуклеиновыми кислотами». Он также сказал, что расстояние между нуклеотидами и расстоянием между аминокислотами в белках «не было арифметической случайностью».

Работа Эстбери и Белла имела большое значение по двум причинам. Во-первых, они показали, что рентгеновская кристаллография может быть использована для выявления регулярной, упорядоченной структуры ДНК – открытие, которое заложило основу для более поздних работ Мориса Уилкинса и Розалинд Франклин . после чего структура ДНК была определена Фрэнсисом Криком и Джеймсом Д. Уотсоном в 1953 году. Во-вторых, они проделали эту работу в то время, когда большинство учёных считали, что белки являются переносчиками наследственной информации, а ДНК — это унылая монотонная молекула, состоящая из небольших частей. интерес, кроме, возможно, структурного компонента. В 1944 году Эстбери был одним из немногих ученых, признавших важность работы, проделанной микробиологом Освальдом Эйвери и его коллегами из Рокфеллера Маклином Маккарти и Колином Маклаудом. Эйвери и его команда показали, что нуклеиновая кислота может передавать свойство вирулентности пневмококку, и, таким образом, представили первые убедительные доказательства того, что ДНК может быть наследственным материалом.

Эстбери назвал работу Эйвери «одним из самых замечательных открытий нашего времени». и это вдохновило его на мысль, что после Второй мировой войны он создаст в Лидсе новый отдел, который станет национальным центром, который проложит путь новой науке — молекулярной биологии. В письме вице-канцлеру Университета Лидса в 1945 году он заявил, что «вся биология сейчас переходит в молекулярно-структурную фазу... Во всех отраслях биологии и во всех университетах это должно произойти, и я предлагаю, чтобы «Лидсу» следует проявить смелость и помочь проложить путь».

К сожалению, не все разделяли его мечту. Сенат университета разрешил ему создать новую кафедру, но не позволил ему использовать фразу «молекулярная биология» в названии из-за противодействия со стороны старших биологов, которые считали, что, как физик, Эстбери без приглашения вторгался на интеллектуальную территорию, которую они по праву считаются своими. Сенат также предоставил ему помещение, но оно было далеко от того, на что он надеялся. Его новый отдел располагался в викторианском доме с террасами, который требовал серьезной перестройки, с неровными полами, из-за которых хрупкое научное оборудование раскачивалось, неисправным электроснабжением и ненадежной сантехникой, что иногда приводило к наводнениям. Еще больше усугубляло его горе то, что Совет медицинских исследований отклонил его заявку на финансирование.

Несмотря на эти неудачи, в новом отделе Эстбери произошли два важных события. Первым было выяснение механизма, посредством которого тромбин действует как протеаза, катализирующая образование основного компонента тромбов, нерастворимого белка фибрина, из его растворимого предшественника фибриногена Ласло Лорандом, молодым аспирантом, сбежавшим из родной страны. Венгрия присоединится к Эстбери. Работа Лоранда стала важным открытием в нашем понимании процесса образования тромбов.

Вторым достижением стала серия новых рентгеновских фотографий ДНК B-формы, сделанных в 1951 году научным сотрудником Эстбери Элвином Бейтоном, которые, по словам историка науки, профессора Роберта Олби, «явно были знаменитым B-образцом, обнаруженным Розалиндой Франклин». и Р. Гослинг». Олби имел в виду рентгеновское изображение ДНК B-формы, которое год спустя было сделано Розалиндой Франклин и ее аспирантом Рэймондом Гослингом в Королевском колледже и которое стало известно как «Фото 51». Несмотря на свое скромное название, это Это изображение должно было сыграть важную роль в истории ДНК, и мемориальная доска на стене возле Королевского колледжа в Лондоне называет ее «одной из самых важных фотографий в мире». Это потому, что на изображении виден поразительный крестообразный узор из черных пятен, образованных рентгеновскими лучами, рассеиваемыми волокном ДНК, и когда Джеймсу Уотсону впервые показали фотографию Франклина и Гослинга, этот крестообразный узор так взволновал его, что он сказал: «Мой рот открылся, и пульс участился», потому что он знал, что только молекула, свернутая в спиральную форму, может рассеивать рентгеновские лучи, создавая эту конкретную картину.

«Фото 51» Франклина и Гослинга предоставило Уотсону и Крику один из нескольких важных ключей к разгадке, но реакция Эстбери на очень похожие рентгеновские изображения ДНК Бейтона не могла быть более разной. Он никогда не публиковал их в журнале и не представлял на научном собрании. Учитывая, что Эстбери был столь известным экспертом в области рентгеновских исследований биологических молекул, такое очевидное пренебрежение столь важным ключом может показаться удивительным. Одно из объяснений состоит в том, что, хотя Эстбери признавал важность ДНК, он не понимал, что биологическая информация передается в одномерной последовательности оснований внутри молекулы, а, скорее, что она находится в тонких и сложных вариациях ее трехмерной структуры. . Открытие того, что ДНК представляет собой простую извилистую спираль, не вызвало бы у него отвисания челюсти и учащенного пульса, поэтому было бы разочарованием, но интересно предположить, как иначе могла бы развернуться история, если бы Эстбери показал изображение Бейтона своему другу и коллеге. выдающийся американский химик и лауреат Нобелевской премии Лайнус Полинг, когда он посетил Эстбери в своем доме в Хедингли, Лидс, в 1952 году. В то время Полинг был величайшим соперником Уотсона и Крика в попытках разгадать структуру ДНК и отчаянно пытался получить Рентгеновское изображение ДНК хорошего качества. В 1952 году он уже предложил неверную модель ДНК, основанную на ранних работах Эстбери и Белла, но если бы Эстбери показал Полингу эти новые изображения, сделанные Бейтоном, то вполне возможно, что именно Калифорнийский технологический институт в Пасадене, а не Кембридж в Великобритании, сегодня известен благодаря открытие двойной спирали. Несмотря на эту упущенную возможность, Эстбери вместе с Флоренс Белл внесли большой вклад, показав, что методы рентгеновской кристаллографии можно использовать для выявления регулярной упорядоченной структуры ДНК.

Но, пожалуй, величайшим научным наследием Эстбери было его довольно необычное пальто. В конце 1930-х годов Эстбери и его сотрудники А.С. Чибналл и Кеннет Бэйли показали, что при химической обработке молекулярные цепи растворимых белков семян можно переупаковать, превратив их в нерастворимые волокна. Компания ICI была настолько заинтересована в этой идее, что построила в Шотландии пилотный завод по производству нового текстильного волокна под названием «Ардил», которое производилось путем преднамеренного изменения молекулярной структуры основного растворимого белкового компонента орехов обезьяны, чтобы перевернуть его в нерастворимое вещество. волокно в надежде использовать его в качестве дешевого и распространенного заменителя шерсти в качестве сырья в текстильной промышленности. Чтобы продемонстрировать осуществимость этой идеи, ICI сшила из Ардила целое пальто, которое Эстбери регулярно носил на лекциях, и в конце концов, хотя Ардил и не оказался спасением британской текстильной промышленности, он послужил яркой иллюстрацией идей Эстбери. убежденность в том, что мы не только можем решить структуру гигантских биомолекул, таких как белки и ДНК, с помощью рентгеновских лучей, но и затем сознательно манипулировать этими структурами для наших собственных практических целей.

Эта идея действительно достигла зрелости в середине-конце 1970-х годов с появлением технологии рекомбинантной ДНК, когда Эстбери уже умер, но, как его друг и коллега Дж. Д. Бернал написал в некрологе ему: «Его памятник будет найден». во всей молекулярной биологии».

Личные качества и история

Эстбери был известен своей неизменной жизнерадостностью , идеализмом , воображением и энтузиазмом . Он правильно предвидел огромное влияние молекулярной биологии и передал свое видение своим ученикам, «его эйфорическое евангелизирующее рвение превратило лабораторную рутину в великое приключение». Энтузиазм Эстбери может также объяснить периодическое отсутствие научной осторожности, наблюдаемое в его работе; Эстбери может сделать спекулятивные интерпретации правдоподобными.

Эстбери был прекрасным писателем и лектором; его произведения отличаются поразительной ясностью и непринужденной, естественной манерой. Он также любил музыку, играл на фортепиано и скрипке.

Эстбери познакомился с Фрэнсис Гулд, когда он находился в Корке, Ирландия, в Медицинском корпусе Королевской армии во время Первой мировой войны . Они поженились в 1922 году, у них родились сын Билл и дочь Морин.

См. также

• Нуклеиновая кислота

Ссылки

• Эстбери WT и Вудс HJ. (1931) «Молекулярная масса белков», Nature , 127 , 663–665.
• Эстбери В.Т. и Стрит А. (1931) «Рентгеновские исследования структуры волос, шерсти и родственных им волокон. I. Общие сведения», Пер. Р. Сок. Лонд. , А230 , 75–101.
• Эстбери WT. (1933) «Некоторые проблемы рентгеновского анализа структуры волос животных и других белковых волокон», Пер. Фарадей Соц. , 29 , 193–211.
• Эстбери WT и Вудс HJ. (1934) «Рентгеновские исследования структуры волос, шерсти и родственных им волокон. II. Молекулярное строение и упругие свойства кератина волос», Пер. Р. Сок. Лонд. , А232 , 333–394.
• Эстбери WT и Сиссон WA. (1935) «Рентгеновские исследования структуры волос, шерсти и родственных им волокон. III. Конфигурация молекулы кератина и ее ориентация в биологической клетке», Тез. Р. Сок. Лонд. , А150 , 533–551.
• Нейрат Х. (1940) «Внутримолекулярное сворачивание полипептидных цепей в зависимости от структуры белка», J. Phys. хим. , 44 , 296–305.
• Тейлор ХС. (1942) «Большие молекулы через атомные очки», Proc. Являюсь. Филос. Соц. , 85 , 1–12.
• Хаггинс М. (1943) «Структура волокнистых белков», Chem. Откр. , 32 , 195–218.

Дальнейшее чтение

• Олби, Роберт (1970). «Эстбери, Уильям Томас». Словарь научной биографии . Том. 1. Нью-Йорк: Сыновья Чарльза Скрибнера. стр. 319–320. ISBN  978-0-684-10114-9 .

• Холл, Керстен Т. (2014). Человек в пальто из орехового ореха: Уильям Эстбери и забытая дорога к двойной спирали . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN  978-0-19-870459-1 .

Внешние ссылки

• Центр структурной биологии Эстбери
• Ключевые участники: Уильям Т. Эстбери – Лайнус Полинг и гонка за ДНК: документальная история
• «Что такое двойная спиральная структура ДНК и кем был Уильям Эстбери?»
• «Сделал ли Уильям Эстбери «Фото 51» до Розалинды Франклин?»
• «Рентгеновская камера Эстбери» - публичная лекция, 24 января 2017 г., Университет Лидса.
• «Флоренс Белл – еще одна Темная леди ДНК»
• «Уильям Эстбери – забытый герой открытия ДНК» – «The Guardian», 17 сентября 2015 г.
• «Рентгеновский провидец, который исчез из поля зрения» - Oxford Today, 13 марта 2015 г.
• «Ватсон и Крик забрали всю славу, но есть забытый герой двойной спирали» 3 июля 2014 г.