William Astbury- William Astbury

William Astbury

FRS
William Astbury ; FRS
Geboren	William Thomas Astbury ; 25. Februar 1898; Longton , England
Ist gestorben	4. Juni 1961 (im Alter von 63 Jahren); Leeds , England
Staatsbürgerschaft	britisch
Alma Mater	Universität von Cambridge
Auszeichnungen	Fellow der Royal Society
	Wissenschaftlicher Werdegang
Felder	Physik , Molekularbiologie
Institutionen	University College London ; Royal Institution ; University of Leeds
Doktoratsberater	William Henry Bragg

William Thomas Astbury FRS (25. Februar 1898 – 4. Juni 1961) war ein englischer Physiker und Molekularbiologe , der bahnbrechende Röntgenbeugungsstudien an biologischen Molekülen durchführte . Seine Arbeit über Keratin bildete die Grundlage für Linus Paulings Entdeckung der Alpha-Helix . 1937 untersuchte er auch die Struktur der DNA und machte den ersten Schritt zur Aufklärung ihrer Struktur .

Frühen Lebensjahren

Astbury wurde als viertes von sieben Kindern in Longton, Stoke-on-Trent, geboren . Sein Vater, William Edwin Astbury, war Töpfer und versorgte seine Familie bequem. Astbury hatte auch einen jüngeren Bruder, Norman, mit dem er die Liebe zur Musik teilte.

Astbury hätte vielleicht Töpfer werden können, aber glücklicherweise gewann er ein Stipendium für die Longton High School , wo seine Interessen vom Schulleiter und dem zweiten Meister, beides Chemiker, geprägt wurden . Nachdem er Schulsprecher geworden war und die Goldmedaille des Herzogs von Sutherland gewonnen hatte, gewann Astbury das einzige verfügbare lokale Stipendium und ging auf das Jesus College in Cambridge .

Nach zwei Semestern in Cambridge wurde sein Studium durch den Dienst im Ersten Weltkrieg unterbrochen . Eine schlechte medizinische Bewertung nach einer Blinddarmoperation führte 1917 zu seiner Entsendung nach Cork , Irland, zum Royal Army Medical Corps . Später kehrte er nach Cambridge zurück und beendete sein letztes Jahr mit einer Spezialisierung in Physik .

Akademische Karriere

Nach seinem Abschluss in Cambridge arbeitete Astbury bei William Bragg , zunächst am University College London und dann 1923 am Davy-Faraday Laboratory der Royal Institution in London . Zu den Kommilitonen gehörten viele bedeutende Wissenschaftler, darunter Kathleen Lonsdale und JD Bernal und andere. Astbury zeigte große Begeisterung für seine Studien und veröffentlichte in der Zeitschrift „Classic Crystallography “ Veröffentlichungen , etwa über die Struktur der Weinsäure .

1928 wurde Astbury als Dozent für Textilphysik an die University of Leeds berufen . Er blieb für den Rest seiner Karriere in Leeds und wurde 1937 zum Reader in Textile Physics und 1946 zum Professor für Biomolekulare Struktur ernannt. Er hatte den Lehrstuhl bis zu seinem Tod 1961 inne. Er wurde zum Fellow der Royal Society (FRS) in 1940. Das Astbury Center for Structural Molecular Biology in Leeds erinnert an ihn .

Im späteren Leben erhielt er viele Auszeichnungen und Ehrendoktorwürde.

Röntgenbeugungsuntersuchungen von Faserproteinen

In Leeds untersuchte Astbury mit Mitteln der Textilindustrie die Eigenschaften von Faserstoffen wie Keratin und Kollagen . ( Wolle besteht aus Keratin.) Diese Substanzen erzeugten keine scharfen Muster von Flecken wie Kristallen , aber die Muster boten physikalische Grenzen für alle vorgeschlagenen Strukturen. In den frühen 1930er Jahren zeigte Astbury, dass sich die Beugung von feuchten Woll- oder Haarfasern drastisch änderte, wenn diese signifikant gedehnt werden (100%). Die Daten legten nahe, dass die ungestreckten Fasern eine gewundene Molekülstruktur mit einer charakteristischen Wiederholung von 5,1 (= 0,51 nm) aufwiesen. Astbury schlug vor, dass (1) die ungestreckten Proteinmoleküle eine Helix bildeten (die er die α-Form nannte); und (2) die Streckung bewirkte, dass sich die Helix abwickelte und einen ausgedehnten Zustand bildete (den er die β-Form nannte). Obwohl in ihren Details falsch, waren die Astbury-Modelle im Wesentlichen korrekt und entsprechen modernen Elementen der Sekundärstruktur , der α-Helix und des β-Strangs (die Nomenklatur von Astbury wurde beibehalten), die zwanzig Jahre später von Linus Pauling und Robert Corey in . entwickelt wurden 1951. Hans Neurath zeigte als erster, dass Astburys Modelle im Detail nicht korrekt sein konnten, weil sie Atomkollisionen beinhalteten. Neuraths Aufsatz und Astburys Daten inspirierten HS Taylor (1941, 1942) und Maurice Huggins (1943) dazu, Keratinmodelle vorzuschlagen, die der modernen α-Helix sehr nahe kommen.

1931 wurde Astbury auch die erste , die Hauptketten-Hauptkette vorzuschlagen , Wasserstoffbrückenbindungen (dh Wasserstoffbrückenbindungen zwischen dem Backbone Amidgruppen ) trugen zur Stabilisierung von Proteinstrukturen . Seine ersten Erkenntnisse wurden von mehreren Forschern, darunter Linus Pauling , begeistert aufgegriffen .

Astburys Arbeit umfasste Röntgenuntersuchungen vieler Proteine (einschließlich Myosin , Epidermin und Fibrin ) und er konnte aus ihren Beugungsmustern ableiten, dass die Moleküle dieser Substanzen gewunden und gefaltet waren . Diese Arbeit führte ihn zu der Überzeugung, dass der beste Weg, die Komplexität lebender Systeme zu verstehen, darin besteht, die Form der riesigen Makromoleküle zu studieren, aus denen sie bestehen – ein Ansatz, den er mit Leidenschaft als „Molekularbiologie“ populär machte. Seine andere große Leidenschaft galt der klassischen Musik und sagte einmal, Proteinfasern wie Keratin in Wolle seien „die ausgewählten Instrumente, auf denen die Natur so viele unvergleichliche Themen und unzählige Variationen und Harmonien gespielt hat“. -Strahlenbild seiner Forschungsassistentin Elwyn Beighton von einer Faser aus Keratinprotein in einer Haarsträhne, die angeblich von Mozart stammte – einem der Lieblingskomponisten Astburys.

Aber Proteine waren nicht die einzigen biologischen Fasern, die Astbury untersuchte. 1937 schickte ihm Torbjörn Caspersson aus Schweden gut präparierte DNA- Proben aus Kalbsthymus. Die Tatsache, dass die DNA ein Beugungsmuster erzeugte, deutete darauf hin, dass sie auch eine regelmäßige Struktur hatte, und es könnte möglich sein, sie abzuleiten. Astbury konnte einige Drittmittel einwerben und stellte die Kristallographin Florence Bell ein . Sie erkannte, dass die „Anfänge des Lebens [waren] eindeutig mit dem Zusammenspiel von Proteinen und Nukleinsäuren verbunden“. Bell und Astbury veröffentlichten 1938 eine Röntgenstudie zur DNA , in der sie die Nukleotide als "Pile of Pennies" bezeichneten.

Astbury und Bell berichteten, dass sich die DNA-Struktur alle 2,7 Nanometer wiederholte und dass die Basen flach und gestapelt im Abstand von 0,34 Nanometern lagen. Auf einem Symposium 1938 in Cold Spring Harbor wies Astbury darauf hin, dass der Abstand von 0,34 Nanometern dem von Aminosäuren in Polypeptidketten entsprach. (Der derzeit akzeptierte Wert für den Basenabstand in der B-Form der DNA beträgt 0,332 nm.)

1946 präsentierte Astbury auf einem Symposium in Cambridge eine Abhandlung, in der er sagte: "Biosynthese ist in erster Linie eine Frage des Anpassens von Molekülen oder Molekülteilen aneinander, und eine der großen biologischen Entwicklungen unserer Zeit ist die Erkenntnis, dass die wahrscheinlich grundlegendste Interaktion von allem ist die zwischen den Proteinen und den Nukleinsäuren." Er sagte auch, dass der Abstand zwischen den Nukleotiden und der Abstand der Aminosäuren in Proteinen "kein arithmetischer Zufall war".

Die Arbeit von Astbury und Bell war aus zwei Gründen von Bedeutung. Erstens zeigten sie, dass Röntgenkristallographie verwendet werden kann, um die regelmäßige, geordnete Struktur der DNA aufzudecken – eine Erkenntnis, die den Grundstein für die spätere Arbeit von Maurice Wilkins und Rosalind Franklin legte , nach der die Struktur der DNA von Francis Crick und James D. Watson im Jahr 1953. Zweitens führten sie diese Arbeit zu einer Zeit durch, als die meisten Wissenschaftler dachten, Proteine seien die Träger von Erbinformationen und DNA sei ein langweiliges monotones Molekül, das außer vielleicht als struktureller Bestandteil von geringem Interesse war. 1944 erkannte Astbury als einer der wenigen Wissenschaftler die Bedeutung der Arbeit des Mikrobiologen Oswald Avery und seiner Rockefeller-Kollegen Maclyn McCarty und Colin Macleod. Avery und sein Team hatten gezeigt, dass Nukleinsäuren die Eigenschaft der Virulenz in Pneumokokken weitergeben können und lieferten damit den ersten stichhaltigen Beweis dafür, dass DNA das Erbmaterial sein könnte.

Astbury beschrieb Averys Arbeit als „eine der bemerkenswertesten Entdeckungen unserer Zeit“ und inspirierte ihn zu der Vision, dass er nach dem 2. Weg für die neue Wissenschaft der Molekularbiologie. In einem Schreiben an den Vizekanzler der University of Leeds im Jahr 1945 erklärte er, dass "die gesamte Biologie jetzt in die molekulare Strukturphase übergeht ... In allen Zweigen der Biologie und an allen Universitäten muss dies geschehen, und ich schlage vor, dass" Leeds sollte mutig sein und helfen, den Weg zu weisen.'

Leider teilten nicht alle seinen Traum. Der Senat der Universität erlaubte ihm, eine neue Abteilung zu gründen, erlaubte ihm jedoch nicht, den Ausdruck "Molekularbiologie" im Titel zu verwenden, da sich hochrangige Biologen widersetzten, die der Meinung waren, dass Astbury als Physiker ohne Einladung in intellektuelles Territorium eindringt, dass sie zu Recht als ihre eigenen angesehen. Auch der Senat gewährte ihm Räumlichkeiten, aber diese waren weit von dem entfernt, was er sich erhofft hatte. Seine neue Abteilung war in einem viktorianischen Reihenhaus untergebracht, das erheblich umgebaut werden musste, mit unebenen Böden, die empfindliche wissenschaftliche Geräte wackeln ließen, einer fehlerhaften Stromversorgung und unzuverlässigen Rohrleitungen, die manchmal zu Überschwemmungen führten. Zu seinem Kummer lehnte der Medical Research Council seinen Antrag auf Förderung ab.

Trotz dieser Rückschläge fanden in der neuen Abteilung von Astbury zwei wichtige Entwicklungen statt. Die erste war die Aufklärung des Mechanismus, durch den Thrombin als Protease die Bildung des Hauptbestandteils von Blutgerinnseln, des unlöslichen Proteins Fibrin, aus seinem löslichen Vorläufer Fibrinogen durch Laszlo Lorand, einen jungen Doktoranden, der aus seiner Heimat geflohen war, katalysiert Ungarn tritt Astbury bei. Lorands Arbeit war eine wichtige Entdeckung für unser Verständnis des Prozesses, durch den sich Blutgerinnsel bilden.

Die zweite Entwicklung war eine Reihe neuer Röntgenaufnahmen von B-Form-DNA, die 1951 von Astburys Forschungsassistentin Elwyn Beighton aufgenommen wurden und von denen der Wissenschaftshistoriker Professor Robert Olby seitdem sagte, dass es sich um "eindeutig das berühmte B-Muster handelt, das von Rosalind Franklin gefunden wurde". und R. Gosling'. Olby bezog sich auf ein Röntgenbild der B-Form-DNA, das ein Jahr später von Rosalind Franklin und ihrem Doktoranden Raymond Gosling am King's College aufgenommen wurde und ein Jahr später als "Photo 51" bekannt wurde Das Bild sollte eine wichtige Rolle in der Geschichte der DNA spielen, und eine Gedenktafel an der Wand vor dem King's College in London lobt es als "eine der wichtigsten Fotografien der Welt". Dies liegt daran, dass das Bild ein auffälliges kreuzförmiges Muster aus schwarzen Flecken zeigt, die durch Röntgenstrahlen erzeugt werden, während sie von der DNA-Faser gestreut werden, und als James Watson zum ersten Mal das Bild von Franklin und Gosling gezeigt wurde, machte ihn dieses kreuzförmige Muster so begeistert, dass er sagte, 'mein Mund fiel auf und mein Puls begann zu rasen', weil er wusste, dass nur ein schraubenförmig gewundenes Molekül Röntgenstrahlen streuen konnte, um dieses besondere Muster zu erhalten.

Franklins und Goslings "Photo 51" lieferte Watson und Crick einen von mehreren wichtigen Hinweisen - aber Astburys Reaktion auf Beightons sehr ähnliche Röntgenbilder von DNA hätte nicht unterschiedlicher sein können. Er hat sie nie in einer Zeitschrift veröffentlicht oder auf einer wissenschaftlichen Tagung präsentiert. Angesichts der Tatsache, dass Astbury ein so renommierter Experte für Röntgenuntersuchungen biologischer Moleküle war, mag diese offensichtliche Vernachlässigung eines so wichtigen Hinweises überraschend erscheinen. Eine Erklärung ist, dass Astbury zwar die Bedeutung der DNA erkannte, aber nicht verstand, dass biologische Informationen in der eindimensionalen Abfolge von Basen innerhalb des Moleküls enthalten waren, sondern dass sie in subtilen und komplizierten Variationen in ihrer dreidimensionalen Struktur enthalten waren . Weit davon entfernt, ihm die Kinnlade herunterzuklappen und seinen Puls rasen zu lassen, wäre die Enthüllung, dass die DNA eine einfache, sich drehende Helix war, daher eine Enttäuschung gewesen, aber es ist faszinierend, darüber zu spekulieren, wie anders sich die Geschichte entwickelt hätte, wenn Astbury seinem Freund und Kollegen Beightons Bild gezeigt hätte der berühmte US-Chemiker und Nobelpreisträger Linus Pauling, als er 1952 Astbury in seinem Haus in Headingley, Leeds, besuchte Röntgenbeugungsbild von DNA in guter Qualität. Im Jahr 1952 hatte er bereits ein falsches DNA-Modell vorgeschlagen, das auf den frühen Arbeiten von Astbury und Bell basiert, aber hätte Astbury Pauling diese neuen Bilder von Beighton gezeigt, könnte es Caltech, Pasadena und nicht Cambridge, Großbritannien gewesen sein, an das man sich heute für die Entdeckung der Doppelhelix. Trotz dieser verpassten Gelegenheit hatte Astbury zusammen mit Florence Bell einen wichtigen Beitrag geleistet, indem er gezeigt hat, dass die Methoden der Röntgenkristallographie verwendet werden können, um die regelmäßige, geordnete Struktur der DNA aufzudecken.

Aber vielleicht war Astburys größtes wissenschaftliches Vermächtnis sein eher ungewöhnlicher Mantel. In den späten 1930er Jahren zeigten Astbury und seine Mitarbeiter AC Chibnall und Kennet Bailey, dass durch chemische Behandlung die Molekülketten löslicher Samenproteine umgefaltet werden konnten, um sie in unlösliche Fasern zu verwandeln. Die Firma ICI war an dieser Idee so interessiert, dass sie in Schottland eine Pilotproduktionsanlage für eine neue Textilfaser namens „Ardil“ errichtete, die durch bewusste Veränderung der Molekülstruktur des löslichen Hauptproteinbestandteils von Monkeynuts hergestellt wurde, um sie in eine unlösliche Form zurück zu falten in der Hoffnung, diese als billigen und reichlich vorhandenen Ersatz für Wolle als Rohstoff in der Textilindustrie nutzen zu können. Um die Machbarkeit dieser Idee zu demonstrieren, fertigte ICI einen ganzen Mantel aus Ardil an, den Astbury regelmäßig zu Vorträgen trug und am Ende, obwohl Ardil sich nicht als die Rettung der britischen Textilindustrie erwies, diente er als ein eindrucksvolles Beispiel für Astburys Überzeugung, dass wir mit Röntgenstrahlen nicht nur die Struktur riesiger Biomoleküle wie Proteine und DNA aufklären, sondern diese Strukturen dann auch gezielt für unsere eigenen praktischen Zwecke manipulieren könnten.

Dies war eine Idee, die Mitte bis Ende der 1970er Jahre mit dem Aufkommen der rekombinanten DNA-Technologie, als Astbury tot war, wirklich erwachsen wurde, aber wie sein Freund und Kollege JDBernal in einem Nachruf auf ihn schrieb: "Sein Denkmal wird gefunden" in der gesamten Molekularbiologie“.

Persönliche Qualitäten und Geschichte

Astbury war bekannt für seine unfehlbare Fröhlichkeit , seinen Idealismus , seine Vorstellungskraft und seinen Enthusiasmus . Er hat die enorme Wirkung der Molekularbiologie richtig vorausgesehen und seine Vision an seine Studenten weitergegeben, "seinen euphorischen Evangelisierungseifer, der den Laboralltag in ein großes Abenteuer verwandelt". Astburys Enthusiasmus kann auch einen gelegentlichen Mangel an wissenschaftlicher Vorsicht erklären, der in seiner Arbeit zu beobachten ist; Astbury könnte spekulative Interpretationen plausibel klingen lassen.

Astbury war ein ausgezeichneter Schriftsteller und Dozent; Seine Werke zeichnen sich durch bemerkenswerte Klarheit und eine unbeschwerte, natürliche Art aus. Er mochte auch Musik, spielte sowohl Klavier als auch Geige.

Astbury lernte Frances Gould kennen, als er während des Ersten Weltkriegs in Cork, Irland, beim Royal Army Medical Corps stationiert war . Sie heirateten 1922 und hatten einen Sohn, Bill, und eine Tochter, Maureen.

Verweise

Astbury WT und Woods HJ. (1931) "The Molecular Weights of Proteins", Nature , 127 , 663–665.
Astbury WT und Street A. (1931) "Röntgenuntersuchungen der Strukturen von Haaren, Wolle und verwandten Fasern. I. General", Trans. R. Soc. Lange. , A230 , 75–101.
Astbury Wachtturm. (1933) "Einige Probleme bei der Röntgenanalyse der Struktur von Tierhaaren und anderen Proteinfasern", Trans. Faraday Soc. , 29 , 193-211.
Astbury WT und Woods HJ. (1934) "Röntgenuntersuchungen der Strukturen von Haaren, Wolle und verwandten Fasern. II. Die molekulare Struktur und die elastischen Eigenschaften von Haarkeratin", Trans. R. Soc. Lange. , A232 , 333–394.
Astbury WT und Sisson WA. (1935) "Röntgenuntersuchungen der Strukturen von Haaren, Wolle und verwandten Fasern. III. Die Konfiguration des Keratinmoleküls und seine Orientierung in der biologischen Zelle", Proc. R. Soc. Lange. , A150 , 533–551.
Neurath H. (1940) "Intramolekulare Faltung von Polypeptidketten in Bezug auf die Proteinstruktur", J. Phys. Chem.-Nr. , 44 , 296–305.
Taylor HS. (1942) "Große Moleküle durch Atombrille", Proc. Bin. Philos. Soz. , 85 , 1–12.
Huggins M. (1943) "Die Struktur von Faserproteinen", Chem. Dr. Rev. , 32 , 195–218.

Weiterlesen

Olby, Robert (1970). „Astbury, William Thomas“. Wörterbuch der wissenschaftlichen Biographie . 1 . New York: Charles Scribners Söhne. S. 319–320. ISBN 978-0-684-10114-9.

Halle, Kersten T. (2014). Der Mann im Monkeynut-Mantel: William Astbury und der vergessene Weg zur Doppelhelix . Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-870459-1.

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