William Astbury - William Astbury

William Astbury

William Thomas Astbury.jpg
Nascer
William Thomas Astbury

( 1898-02-25 )25 de fevereiro de 1898
Longton , Inglaterra
Faleceu 4 de junho de 1961 (04/06/1961)(63 anos)
Leeds , Inglaterra
Cidadania britânico
Alma mater Universidade de Cambridge
Prêmios Membro da Royal Society
Carreira científica
Campos Física , Biologia Molecular
Instituições University College London
Royal Institution
University of Leeds
Orientador de doutorado William Henry Bragg

William Thomas Astbury FRS (25 de fevereiro, 1898 - 04 de junho de 1961) foi um Inglês físico e biólogo molecular que fez pioneiro de difração de raios-X estudos de moléculas biológicas . Seu trabalho com a queratina forneceu a base para a descoberta da hélice alfa de Linus Pauling . Ele também estudou a estrutura do DNA em 1937 e deu o primeiro passo na elucidação de sua estrutura .

Vida pregressa

Astbury era o quarto filho de sete anos, nascido em Longton, Stoke-on-Trent . Seu pai, William Edwin Astbury, era oleiro e sustentava confortavelmente sua família. Astbury também tinha um irmão mais novo, Norman, com quem compartilhava o amor pela música.

Astbury pode muito bem ter se tornado um ceramista, mas, felizmente, ganhou uma bolsa de estudos para a Longton High School , onde seus interesses foram moldados pelo diretor e segundo mestre, ambos químicos . Depois de se tornar monitor- chefe e ganhar a medalha de ouro do duque de Sutherland , Astbury ganhou a única bolsa local disponível e foi para o Jesus College, em Cambridge .

Após dois mandatos em Cambridge, seus estudos foram interrompidos pelo serviço durante a Primeira Guerra Mundial . Uma avaliação médica ruim após a apendicectomia resultou em seu posto em 1917 em Cork , Irlanda , no Royal Army Medical Corps . Mais tarde, ele retornou a Cambridge e terminou o último ano com especialização em física .

Carreira acadêmica

Depois de se formar em Cambridge, Astbury trabalhou com William Bragg , primeiro na University College London e depois, em 1923, no Davy-Faraday Laboratory no Royal Institution de Londres . Os colegas estudantes incluíam muitos cientistas eminentes, incluindo Kathleen Lonsdale e JD Bernal e outros. Astbury demonstrou grande entusiasmo por seus estudos e publicou artigos na revista "Classic Crystallography ", como sobre a estrutura do ácido tartárico .

Em 1928, Astbury foi nomeado professor de física têxtil na Universidade de Leeds . Ele permaneceu em Leeds pelo resto de sua carreira, sendo nomeado Reader in Textile Physics em 1937 e Professor de Biomolecular Structure em 1946. Ele ocupou a cadeira até sua morte em 1961. Ele foi eleito Fellow da Royal Society (FRS) em 1940. Ele é homenageado pelo Astbury Centre for Structural Molecular Biology em Leeds .

Mais tarde na vida, ele recebeu muitos prêmios e títulos honorários.

Estudos de difração de raios-X de proteínas fibrosas

Em Leeds, Astbury estudou as propriedades de substâncias fibrosas, como queratina e colágeno, com financiamento da indústria têxtil . (A consiste em queratina.) Essas substâncias não produziam padrões nítidos de manchas como cristais , mas os padrões forneciam limites físicos para quaisquer estruturas propostas. No início da década de 1930, Astbury mostrou que havia mudanças drásticas na difração de lã úmida ou fibras de cabelo à medida que eram esticadas significativamente (100%). Os dados sugeriram que as fibras não esticadas tinham uma estrutura molecular enrolada com uma repetição característica de 5,1 Å (= 0,51 nm). Astbury propôs que (1) as moléculas de proteína não esticadas formaram uma hélice (que ele chamou de forma α); e (2) o alongamento fez com que a hélice se desenrolasse, formando um estado estendido (que ele chamou de forma β). Embora incorretos em seus detalhes, os modelos de Astbury estavam corretos em essência e correspondem a elementos modernos da estrutura secundária , a α-hélice e a β-fita (a nomenclatura de Astbury foi mantida), que foram desenvolvidos vinte anos depois por Linus Pauling e Robert Corey em 1951. Hans Neurath foi o primeiro a mostrar que os modelos de Astbury não podiam ser corretos em detalhes, porque envolviam choques de átomos. O artigo de Neurath e os dados de Astbury inspiraram HS Taylor (1941,1942) e Maurice Huggins (1943) a propor modelos de queratina que estão muito próximos da moderna α-hélice.

Em 1931, Astbury também foi o primeiro a propor que as ligações de hidrogênio mainchain-mainchain (ou seja, ligações de hidrogênio entre os grupos amida do backbone ) contribuíram para estabilizar as estruturas das proteínas . Sua visão inicial foi adotada com entusiasmo por vários pesquisadores, incluindo Linus Pauling .

O trabalho de Astbury passou a incluir estudos de raios-X de muitas proteínas (incluindo miosina , epidermina e fibrina ) e ele foi capaz de deduzir de seus padrões de difração que as moléculas dessas substâncias estavam enroladas e dobradas . Esse trabalho o levou à convicção de que a melhor maneira de entender a complexidade dos sistemas vivos era estudar a forma das macromoléculas gigantes das quais eles são feitos - uma abordagem que ele popularizou com paixão como 'biologia molecular'. Sua outra grande paixão era a música clássica e uma vez disse que as fibras de proteína como a queratina na lã eram 'os instrumentos escolhidos nos quais a natureza tocou tantos temas incomparáveis ​​e inúmeras variações e harmonias'. Essas duas paixões convergiram quando em 1960 ele apresentou um X Imagem de raio tirada por seu assistente de pesquisa Elwyn Beighton de uma fibra de proteína de queratina em uma mecha de cabelo que se dizia ter vindo de Mozart - que era um dos compositores favoritos de Astbury.

Mas as proteínas não foram a única fibra biológica que Astbury estudou. Em 1937, Torbjörn Caspersson, da Suécia, enviou-lhe amostras bem preparadas de DNA de timo de bezerro. O fato de o DNA produzir um padrão de difração indicava que ele também tinha uma estrutura regular e poderia ser viável deduzi-la. Astbury conseguiu obter algum financiamento externo e contratou a cristalógrafa Florence Bell . Ela reconheceu que "o início da vida [estavam] claramente associados à interação de proteínas e ácidos nucléicos". Bell e Astbury publicaram um estudo de raios-X sobre o DNA em 1938, descrevendo os nucleotídeos como uma "pilha de moedas de um centavo".

Astbury e Bell relataram que a estrutura do DNA se repetia a cada 2,7 nanômetros e que as bases ficavam planas, empilhadas, separadas por 0,34 nanômetros. Em um simpósio em 1938 em Cold Spring Harbor , Astbury apontou que o espaçamento de 0,34 nanômetro era o mesmo que os aminoácidos nas cadeias polipeptídicas. (O valor atualmente aceito para o espaçamento das bases na forma B do DNA é 0,332 nm.)

Em 1946 Astbury apresentou um artigo em um simpósio em Cambridge no qual disse: "A biossíntese é supremamente uma questão de encaixar moléculas ou partes de moléculas umas contra as outras, e um dos grandes desenvolvimentos biológicos de nosso tempo é a compreensão de que provavelmente o mais fundamental a interação de todas é aquela entre as proteínas e os ácidos nucléicos. " Ele também disse que o espaçamento entre os nucleotídeos e o espaçamento dos aminoácidos nas proteínas "não foi um acidente aritmético".

O trabalho de Astbury e Bell foi significativo por duas razões. Em primeiro lugar, eles mostraram que a cristalografia de raios-X poderia ser usada para revelar a estrutura regular e ordenada do DNA - um insight que lançou as bases para o trabalho posterior de Maurice Wilkins e Rosalind Franklin , após o qual a estrutura do DNA foi identificada por Francis Crick e James D. Watson em 1953. Em segundo lugar, eles fizeram esse trabalho em uma época em que a maioria dos cientistas pensava que as proteínas eram o portador da informação hereditária e que o DNA era uma molécula monótona maçante de pouco interesse, exceto talvez como um componente estrutural. Em 1944, Astbury foi um dos poucos cientistas a reconhecer a importância do trabalho feito pelo microbiologista Oswald Avery e seus colegas Rockefeller, Maclyn McCarty e Colin Macleod. Avery e sua equipe mostraram que o ácido nucléico pode transmitir a propriedade de virulência no pneumococo e, assim, ofereceram a primeira evidência forte de que o DNA pode ser o material hereditário.

Astbury descreveu o trabalho de Avery como "uma das descobertas mais notáveis ​​de nosso tempo" e isso o inspirou com a visão de que, após a 2ª Guerra Mundial, ele estabeleceria um novo departamento em Leeds que se tornaria um centro nacional para incendiar o trilha para a nova ciência da biologia molecular. Escrevendo ao vice-reitor da Universidade de Leeds em 1945, ele declarou que 'toda biologia está agora passando para a fase estrutural molecular ... Em todos os ramos da biologia e em todas as universidades isso deve acontecer e eu sugiro que Leeds deve ser ousado e ajudar a liderar o caminho. '

Infelizmente, nem todos compartilharam seu sonho. O Senado da Universidade permitiu que ele estabelecesse um novo departamento, mas não permitiu que ele usasse a frase 'biologia molecular' no título devido à oposição de biólogos seniores que sentiam que, como físico, Astbury estava invadindo sem convite o território intelectual que eles considerados legitimamente como sendo seus. O Senado também concedeu-lhe instalações, mas estas estavam muito longe do que ele esperava. Seu novo departamento ficava em uma casa geminada vitoriana que exigia uma conversão substancial, com pisos irregulares que faziam os equipamentos científicos delicados balançarem, um suprimento elétrico defeituoso e encanamentos não confiáveis ​​que às vezes levavam a inundações. Para piorar sua situação, o Conselho de Pesquisa Médica rejeitou seu pedido de financiamento.

Apesar desses contratempos, dois desenvolvimentos importantes ocorreram no novo departamento de Astbury. O primeiro foi a elucidação do mecanismo pelo qual a trombina atua como uma protease para catalisar a formação do principal componente dos coágulos sanguíneos, a proteína insolúvel fibrina, de seu precursor solúvel fibrinogênio por Laszlo Lorand, um jovem estudante de doutorado que havia fugido de sua terra natal Hungria se junta a Astbury. O trabalho de Lorand foi uma descoberta importante em nossa compreensão do processo pelo qual os coágulos sanguíneos se formam.

O segundo desenvolvimento foi uma série de novas fotografias de raios-X do DNA da forma B tiradas em 1951 pelo assistente de pesquisa de Astbury, Elwyn Beighton, que o historiador da ciência, Professor Robert Olby, disse ser 'claramente o famoso padrão B encontrado por Rosalind Franklin e R. Gosling '. Olby estava se referindo a uma imagem de raios-X do DNA da forma B que foi tirada um ano depois por Rosalind Franklin e seu aluno de doutorado Raymond Gosling no King's College um ano depois, que veio a ser conhecida como 'Foto 51' Apesar de seu nome modesto, a imagem iria desempenhar um papel importante na história do DNA e uma placa na parede do lado de fora do King's College, Londres a considera "uma das fotografias mais importantes do mundo". Isso ocorre porque a imagem mostra um impressionante padrão em forma de cruz de manchas pretas feitas por raios X à medida que são espalhadas pela fibra de DNA e quando James Watson viu pela primeira vez a foto de Franklin e Gosling, esse padrão em forma de cruz o deixou tão animado que ele disse 'meu queixo caiu e meu pulso começou a acelerar', porque ele sabia que apenas uma molécula enrolada em uma forma helicoidal poderia espalhar os raios X para dar esse padrão específico.

A 'Foto 51' de Franklin e Gosling forneceu uma das várias pistas importantes para Watson e Crick - mas a resposta de Astbury às imagens muito semelhantes de raios-X de DNA de Beighton não poderia ter sido mais diferente. Ele nunca os publicou em um jornal ou os apresentou em um encontro científico. Dado que Astbury era um especialista tão renomado em estudos de raios-X de moléculas biológicas, essa aparente negligência de uma pista tão importante pode parecer surpreendente. Uma explicação é que, embora Astbury reconhecesse a importância do DNA, ele não entendia que a informação biológica era carregada na sequência unidimensional de bases dentro da molécula, mas sim que residia em variações sutis e elaboradas em sua estrutura tridimensional. . Longe de fazer seu queixo cair e seu pulso disparar, a revelação de que o DNA era uma simples hélice em torção teria sido uma decepção, mas é intrigante especular sobre o quão diferente a história poderia ter se desenrolado se Astbury tivesse mostrado a imagem de Beighton a seu amigo e colega o eminente químico americano e ganhador do Nobel, Linus Pauling, quando visitou Astbury em sua casa em Headingley, Leeds, em 1952. Pauling era, naquela época, o maior rival de Watson e Crick na tentativa de resolver a estrutura do DNA e estava desesperado para obter um imagem de difração de raios-X de boa qualidade de DNA. Em 1952, ele já havia proposto um modelo incorreto de DNA baseado nos primeiros trabalhos de Astbury e Bell, mas se Astbury tivesse mostrado a Pauling essas novas imagens tiradas por Beighton, poderia muito bem ter sido Caltech, Pasadena e não Cambridge, Reino Unido, que hoje é lembrado pelo descoberta da dupla hélice. Apesar da oportunidade perdida, Astbury, junto com Florence Bell, deu uma grande contribuição ao mostrar que os métodos de cristalografia de raios X podiam ser usados ​​para revelar a estrutura regular e ordenada do DNA.

Mas talvez o maior legado científico de Astbury tenha sido seu sobretudo incomum. No final da década de 1930, Astbury e seus colaboradores AC Chibnall e Kennet Bailey mostraram que, por tratamento químico, as cadeias moleculares das proteínas solúveis das sementes podiam ser redobradas para transformá-las em fibras insolúveis. A empresa ICI estava tão interessada nesta ideia que construiu uma fábrica de produção piloto na Escócia para uma nova fibra têxtil chamada 'Ardil' que foi produzida alterando deliberadamente a estrutura molecular do principal componente de proteína solúvel de monkeynuts para redobrá-lo em um insolúvel fibra na esperança de usá-la como um substituto barato e abundante da lã como matéria-prima na indústria têxtil. Para demonstrar a viabilidade dessa ideia, a ICI fez um sobretudo de Ardil, que Astbury usava regularmente para palestras e, no final, embora Ardil não tenha se mostrado a salvação da indústria têxtil britânica, ele serviu como uma ilustração poderosa de Astbury. convicção de que não apenas poderíamos resolver a estrutura de biomoléculas gigantes, como proteínas e DNA, usando raios X, mas também poderíamos manipular deliberadamente essas estruturas para nossos próprios fins práticos.

Esta foi uma ideia que realmente atingiu a maioridade em meados da década de 1970 com o surgimento da tecnologia de DNA recombinante, quando Astbury estava morto, mas como seu amigo e colega, JDBernal escreveu em um obituário para ele, 'Seu monumento será encontrado em toda a biologia molecular '.

Qualidades pessoais e história

Astbury era conhecido por sua alegria infalível , idealismo , imaginação e entusiasmo . Ele previu corretamente o tremendo impacto da biologia molecular e transmitiu sua visão aos seus alunos, “seu eufórico zelo evangelizador transformando a rotina do laboratório em uma grande aventura”. O entusiasmo de Astbury também pode ser responsável por uma falta ocasional de cautela científica observada em seu trabalho; Astbury poderia fazer interpretações especulativas parecerem plausíveis.

Astbury foi um excelente escritor e conferencista; suas obras são caracterizadas por uma clareza notável e uma maneira descontraída e natural. Ele também gostava de música, tocando piano e violino.

Astbury conheceu Frances Gould quando ele estava estacionado em Cork, Irlanda, com o Royal Army Medical Corps durante a Primeira Guerra Mundial . Eles se casaram em 1922 e tiveram um filho, Bill, e uma filha, Maureen.

Referências

  • Astbury WT e Woods HJ. (1931) "The Molecular Weights of Proteins", Nature , 127 , 663-665.
  • Astbury WT e Street A. (1931) "Estudos de raios X das estruturas de cabelo, lã e fibras relacionadas. I. General", Trans. R. Soc. Lond. , A230 , 75–101.
  • Astbury WT. (1933) "Some Problems in the X-ray Analysis of the Structure of Animal Hairs and Other Protein Fibers", Trans. Faraday Soc. , 29 , 193–211.
  • Astbury WT e Woods HJ. (1934) "Estudos de raios X das estruturas do cabelo, lã e fibras relacionadas. II. A estrutura molecular e propriedades elásticas da queratina do cabelo", Trans. R. Soc. Lond. , A232 , 333–394.
  • Astbury WT e Sisson WA. (1935) "Estudos de raios X das estruturas do cabelo, lã e fibras relacionadas. III. A configuração da molécula de queratina e sua orientação na célula biológica", Proc. R. Soc. Lond. , A150 , 533–551.
  • Neurath H. (1940) "Intramolecular dobrando de cadeias polipeptídicas em relação à estrutura da proteína", J. Phys. Chem. , 44 , 296-305.
  • Taylor HS. (1942) "Large moléculas através de óculos atômicos", Proc. Sou. Philos. Soc. , 85 , 1-12.
  • Huggins M. (1943) "The structure of fibous protein", Chem. Rev. , 32 , 195-218.

Leitura adicional

  • Hall, Kersten T (2014). O Homem com o Casaco Monkeynut: William Astbury e a Estrada Esquecida para a Hélice Dupla . Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-870459-1.

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