William Astbury - William Astbury

William Astbury

FRS
William Astbury ; FRS
Nació	William Thomas Astbury ; 25 de febrero de 1898; Longton , Inglaterra
Murió	4 de junio de 1961 (63 años); Leeds , Inglaterra
Ciudadanía	británico
alma mater	Universidad de Cambridge
Premios	Miembro de la Royal Society
	Carrera científica
Los campos	Física , Biología molecular
Instituciones	University College London ; Royal Institution ; Universidad de Leeds
Asesor de doctorado	William Henry Bragg

William Thomas Astbury FRS (25 febrero 1898-4 junio 1961) fue un Inglés físico y biólogo molecular que hizo pionero de difracción de rayos X estudios de moléculas biológicas . Su trabajo sobre la queratina sentó las bases para el descubrimiento de la hélice alfa por Linus Pauling . También estudió la estructura del ADN en 1937 y dio el primer paso en la elucidación de su estructura .

Vida temprana

Astbury era el cuarto hijo de siete, nacido en Longton, Stoke-on-Trent . Su padre, William Edwin Astbury, era alfarero y mantenía cómodamente a su familia. Astbury también tenía un hermano menor, Norman, con quien compartía el amor por la música.

Astbury bien podría haberse convertido en alfarero pero, afortunadamente, ganó una beca para Longton High School , donde sus intereses fueron moldeados por el director y el segundo maestro, ambos químicos . Después de convertirse en director y de ganar la medalla de oro del Duque de Sutherland , Astbury ganó la única beca local disponible y ascendió al Jesus College de Cambridge .

Después de dos mandatos en Cambridge, sus estudios se vieron interrumpidos por el servicio durante la Primera Guerra Mundial . Una mala calificación médica después de la apendicectomía resultó en su destino en 1917 a Cork , Irlanda , con el Royal Army Medical Corps . Más tarde regresó a Cambridge y terminó su último año con una especialización en física .

Carrera académica

Después de graduarse en Cambridge, Astbury trabajó con William Bragg , primero en el University College London y luego, en 1923, en el Laboratorio Davy-Faraday de la Royal Institution de Londres . Los compañeros de estudios incluyeron a muchos científicos eminentes, incluidos Kathleen Lonsdale y JD Bernal y otros. Astbury mostró un gran entusiasmo por sus estudios y publicó artículos en la revista "Classic Crystallography ", como sobre la estructura del ácido tartárico .

En 1928, Astbury fue nombrado profesor de física textil en la Universidad de Leeds . Permaneció en Leeds durante el resto de su carrera, siendo nombrado Lector de Física Textil en 1937 y Profesor de Estructura Biomolecular en 1946. Ocupó la presidencia hasta su muerte en 1961. Fue elegido miembro de la Royal Society (FRS) en 1940. Es conmemorado por el Centro Astbury de Biología Molecular Estructural en Leeds .

Más tarde, recibió numerosos premios y títulos honoríficos.

Estudios de difracción de rayos X de proteínas fibrosas.

En Leeds, Astbury estudió las propiedades de sustancias fibrosas como la queratina y el colágeno con financiación de la industria textil . (La lana se compone de queratina). Estas sustancias no produjeron patrones nítidos de manchas como cristales , pero los patrones proporcionaron límites físicos a las estructuras propuestas. A principios de la década de 1930, Astbury demostró que se producían cambios drásticos en la difracción de la lana húmeda o las fibras del cabello a medida que se estiraban significativamente (100%). Los datos sugirieron que las fibras no estiradas tenían una estructura molecular enrollada con una repetición característica de 5,1 Å (= 0,51 nm). Astbury propuso que (1) las moléculas de proteína sin estirar formaban una hélice (a la que llamó forma α); y (2) el estiramiento hizo que la hélice se desenrollara, formando un estado extendido (al que llamó forma β). Aunque incorrectos en sus detalles, los modelos de Astbury eran correctos en esencia y corresponden a elementos modernos de estructura secundaria , la hélice α y la hebra β (se mantuvo la nomenclatura de Astbury), que fueron desarrollados veinte años después por Linus Pauling y Robert Corey en 1951. Hans Neurath fue el primero en demostrar que los modelos de Astbury no podían ser correctos en detalle porque implicaban choques de átomos. El artículo de Neurath y los datos de Astbury inspiraron a HS Taylor (1941, 1942) y Maurice Huggins (1943) a proponer modelos de queratina muy cercanos a la hélice α moderna.

En 1931, Astbury también fue el primero en proponer que los enlaces de hidrógeno de la cadena principal a la cadena principal (es decir, los enlaces de hidrógeno entre los grupos amida de la cadena principal ) contribuían a estabilizar las estructuras de las proteínas . Su percepción inicial fue tomada con entusiasmo por varios investigadores, incluido Linus Pauling .

El trabajo de Astbury pasó a incluir estudios de rayos X de muchas proteínas (incluidas la miosina , la epidermina y la fibrina ) y pudo deducir de sus patrones de difracción que las moléculas de estas sustancias estaban enrolladas y plegadas . Este trabajo lo llevó a la convicción de que la mejor manera de comprender la complejidad de los sistemas vivos era mediante el estudio de la forma de las macromoléculas gigantes de las que están hechos, un enfoque que popularizó con pasión como 'biología molecular'. Su otra gran pasión era la música clásica y una vez dijo que las fibras proteicas como la queratina en la lana eran 'los instrumentos elegidos en los que la naturaleza ha tocado tantos temas incomparables, e innumerables variaciones y armonías' Estas dos pasiones convergieron cuando en 1960 presentó una X -imagen de rayos tomada por su asistente de investigación Elwyn Beighton de una fibra de proteína de queratina en un mechón de cabello que se dice que proviene de Mozart, quien fue uno de los compositores favoritos de Astbury.

Pero las proteínas no fueron la única fibra biológica que estudió Astbury. En 1937, Torbjörn Caspersson de Suecia le envió muestras bien preparadas de ADN del timo de ternera. El hecho de que el ADN produjera un patrón de difracción indicaba que también tenía una estructura regular y podría ser factible deducirlo. Astbury pudo obtener algunos fondos externos y contrató a la cristalógrafa Florence Bell . Reconoció que "los comienzos de la vida [estaban] claramente asociados con la interacción de proteínas y ácidos nucleicos". Bell y Astbury publicaron un estudio de rayos X sobre el ADN en 1938, describiendo los nucleótidos como un "montón de centavos".

Astbury y Bell informaron que la estructura del ADN se repetía cada 2,7 nanómetros y que las bases estaban planas, apiladas, separadas por 0,34 nanómetros. En un simposio en 1938 en Cold Spring Harbor , Astbury señaló que el espaciado de 0,34 nanómetros era el mismo que el de los aminoácidos en las cadenas polipeptídicas. (El valor actualmente aceptado para el espaciado de las bases en la forma B del ADN es de 0,332 nm).

En 1946, Astbury presentó un artículo en un simposio en Cambridge en el que dijo: "La biosíntesis es supremamente una cuestión de ajustar moléculas o partes de moléculas contra otras, y uno de los grandes desarrollos biológicos de nuestro tiempo es la comprensión de que probablemente la más fundamental la interacción de todos es la que existe entre las proteínas y los ácidos nucleicos ". También dijo que el espaciamiento entre los nucleótidos y el espaciamiento de los aminoácidos en las proteínas "no fue un accidente aritmético".

El trabajo de Astbury y Bell fue significativo por dos razones. En primer lugar, demostraron que la cristalografía de rayos X podría usarse para revelar la estructura ordenada y regular del ADN, una idea que sentó las bases para el trabajo posterior de Maurice Wilkins y Rosalind Franklin , después de lo cual Francis Crick y Francis Crick identificaron la estructura del ADN. James D. Watson en 1953. En segundo lugar, hicieron este trabajo en un momento en que la mayoría de los científicos pensaban que las proteínas eran portadoras de información hereditaria y que el ADN era una molécula monótona y aburrida de poco interés, salvo quizás como componente estructural. En 1944, Astbury fue uno de los pocos científicos en reconocer la importancia del trabajo realizado por el microbiólogo Oswald Avery y sus colegas de Rockefeller Maclyn McCarty y Colin Macleod. Avery y su equipo habían demostrado que el ácido nucleico podía transmitir la propiedad de la virulencia en el neumococo y, por lo tanto, ofrecieron la primera evidencia sólida de que el ADN podría ser el material hereditario.

Astbury describió el trabajo de Avery como `` uno de los descubrimientos más notables de nuestro tiempo '' y lo inspiró con la visión de que, después de la Segunda Guerra Mundial, establecería un nuevo departamento en Leeds que se convertiría en un centro nacional para encender el fuego. camino de la nueva ciencia de la biología molecular. Escribiendo al vicerrector de la Universidad de Leeds en 1945, declaró que `` toda la biología está pasando ahora a la fase estructural molecular ... En todas las ramas de la biología y en todas las universidades esto debe suceder y sugiero que Leeds debería ser valiente y ayudar a marcar el camino '.

Lamentablemente, no todos compartieron su sueño. El Senado de la Universidad le permitió establecer un nuevo departamento, pero no le permitió usar la frase 'biología molecular' en el título debido a la oposición de los biólogos experimentados que sentían que, como físico, Astbury estaba invadiendo sin invitación el territorio intelectual que ellos tenían. legítimamente considerados como propios. El Senado también le otorgó locales, pero estos estaban muy lejos de lo que esperaba. Su nuevo departamento estaba ubicado en una casa victoriana adosada que requería una conversión sustancial, con pisos desiguales que hacían que el delicado equipo científico se tambaleara, un suministro eléctrico defectuoso y una plomería poco confiable que a veces provocaba inundaciones. Para aumentar sus problemas, el Consejo de Investigación Médica rechazó su solicitud de financiación.

A pesar de estos contratiempos, se produjeron dos desarrollos importantes en el nuevo departamento de Astbury. El primero fue el esclarecimiento del mecanismo por el cual la trombina actúa como una proteasa para catalizar la formación del principal componente de los coágulos sanguíneos, la proteína insoluble fibrina, a partir de su fibrinógeno precursor soluble por Laszlo Lorand, un joven estudiante de doctorado que había huido de su país natal. Hungría para unirse a Astbury. El trabajo de Lorand fue un descubrimiento importante en nuestra comprensión del proceso por el cual se forman los coágulos de sangre.

El segundo desarrollo fue una serie de nuevas fotografías de rayos X de ADN en forma B tomadas en 1951 por el asistente de investigación de Astbury, Elwyn Beighton, que el historiador de la ciencia, el profesor Robert Olby ha dicho desde entonces que era 'claramente el famoso patrón B encontrado por Rosalind Franklin y R. Gosling ». Olby se refería a una imagen de rayos X de ADN en forma B que fue tomada un año después por Rosalind Franklin y su estudiante de doctorado Raymond Gosling en King's College un año después, que llegó a conocerse como 'Foto 51'. La imagen iba a desempeñar un papel importante en la historia del ADN y una placa en la pared exterior del King's College, Londres la aclama como "una de las fotografías más importantes del mundo". Esto se debe a que la imagen muestra un patrón llamativo en forma de cruz de puntos negros creados por rayos X a medida que son dispersados por la fibra de ADN y cuando a James Watson se le mostró por primera vez la imagen de Franklin y Gosling, este patrón en forma de cruz lo emocionó tanto que dijo 'mi boca se abrió y mi pulso comenzó a acelerarse', porque sabía que solo una molécula enrollada en forma helicoidal podría dispersar los rayos X para dar este patrón en particular.

La 'Foto 51' de Franklin y Gosling proporcionó una de varias pistas importantes sobre Watson y Crick, pero la respuesta de Astbury a las imágenes de rayos X de ADN muy similares de Beighton no podría haber sido más diferente. Nunca los publicó en una revista ni los presentó en una reunión científica. Dado que Astbury era un experto tan renombrado en estudios de rayos X de moléculas biológicas, este aparente descuido de una pista tan importante puede parecer sorprendente. Una explicación es que, aunque Astbury reconoció la importancia del ADN, no entendió que la información biológica se transportaba en la secuencia unidimensional de bases dentro de la molécula, sino que residía en variaciones sutiles y elaboradas en su estructura tridimensional. . Lejos de hacer que se le cayera la mandíbula y se le acelerara el pulso, la revelación de que el ADN era una simple hélice retorcida habría sido una decepción, pero es intrigante especular sobre cuán diferente podría haberse desarrollado la historia si Astbury hubiera mostrado la imagen de Beighton a su amigo y colega. el eminente químico estadounidense y premio Nobel Linus Pauling cuando visitó Astbury en su casa en Headingley, Leeds en 1952. Pauling era, en ese momento, el mayor rival de Watson y Crick en el intento de resolver la estructura del ADN y estaba desesperado por obtener una Imagen de difracción de rayos X de buena calidad del ADN. En 1952, ya había propuesto un modelo incorrecto de ADN basado en los primeros trabajos de Astbury y Bell, pero si Astbury le hubiera mostrado a Pauling estas nuevas imágenes tomadas por Beighton, bien podría haber sido Caltech, Pasadena y no Cambridge, Reino Unido, lo que hoy se recuerda por la descubrimiento de la doble hélice. A pesar de esta oportunidad perdida, Astbury, junto con Florence Bell, habían hecho una contribución importante al demostrar que los métodos de cristalografía de rayos X podían usarse para revelar la estructura ordenada y regular del ADN.

Pero quizás el mayor legado científico de Astbury fue su abrigo bastante inusual. A finales de la década de 1930, Astbury y sus colaboradores AC Chibnall y Kennet Bailey demostraron que mediante el tratamiento químico, las cadenas moleculares de las proteínas de semillas solubles podían replegarse para convertirlas en fibras insolubles. La empresa ICI estaba tan interesada en esta idea que construyeron una planta de producción piloto en Escocia para una nueva fibra textil llamada 'Ardil' que fue producida alterando deliberadamente la estructura molecular del principal componente de proteína soluble de las nueces para replegarlo en un insoluble. fibra con la esperanza de utilizarla como un sustituto barato y abundante de la lana como materia prima en la industria textil. Para demostrar la viabilidad de esta idea, ICI hizo un abrigo completo de Ardil que Astbury lucía regularmente en las conferencias y, al final, aunque Ardil no demostró ser la salvación de la industria textil británica, sirvió como una poderosa ilustración de Astbury. convicción de que no solo podríamos resolver la estructura de biomoléculas gigantes como proteínas y ADN utilizando rayos X, sino que también podríamos manipular deliberadamente estas estructuras para nuestros propios fines prácticos.

Esta fue una idea que realmente llegó a la mayoría de edad a mediados o finales de la década de 1970 con el surgimiento de la tecnología del ADN recombinante, momento en el que Astbury estaba muerto, pero como su amigo y colega, JDBernal le escribió en un obituario, 'Su monumento será encontrado en el conjunto de la biología molecular ».

Cualidades e historia personales

Astbury era conocido por su infalible alegría , idealismo , imaginación y entusiasmo . Previó acertadamente el tremendo impacto de la biología molecular y transmitió su visión a sus alumnos, "su eufórico celo evangelizador que transforma la rutina del laboratorio en una gran aventura". El entusiasmo de Astbury también puede explicar una falta ocasional de cautela científica observable en su trabajo; Astbury podría hacer que las interpretaciones especulativas parezcan plausibles.

Astbury fue un excelente escritor y conferencista; sus obras se caracterizan por una notable claridad y un estilo natural y desenfadado. También disfrutaba de la música, tocando el piano y el violín.

Astbury conoció a Frances Gould cuando estuvo destinado en Cork, Irlanda, con el Cuerpo Médico del Ejército Real durante la Primera Guerra Mundial . Se casaron en 1922 y tuvieron un hijo, Bill, y una hija, Maureen.

Referencias

Astbury WT y Woods HJ. (1931) "Los pesos moleculares de las proteínas", Nature , 127 , 663–665.
Astbury WT y Street A. (1931) "Estudios de rayos X de las estructuras del cabello, la lana y fibras relacionadas. I. General", Trans. R. Soc. Lond. , A230 , 75-101.
Astbury WT. (1933) "Algunos problemas en el análisis de rayos X de la estructura de los pelos de los animales y otras fibras proteicas", Trans. Faraday Soc. , 29 , 193–211.
Astbury WT y Woods HJ. (1934) "Estudios de rayos X de las estructuras del cabello, la lana y fibras relacionadas. II. La estructura molecular y las propiedades elásticas de la queratina del cabello", Trans. R. Soc. Lond. , A232 , 333–394.
Astbury WT y Sisson WA. (1935) "Estudios de rayos X de las estructuras del cabello, lana y fibras relacionadas. III. La configuración de la molécula de queratina y su orientación en la célula biológica", Proc. R. Soc. Lond. , A150 , 533–551.
Neurath H. (1940) "Plegamiento intramolecular de cadenas polipeptídicas en relación con la estructura de la proteína", J. Phys. Chem. , 44 , 296-305.
Taylor HS. (1942) "Grandes moléculas a través de anteojos atómicos", Proc. Soy. Philos. Soc. , 85 , 1-12.
Huggins M. (1943) "La estructura de las proteínas fibrosas", Chem. Rev. , 32 , 195-218.

Otras lecturas

Olby, Robert (1970). "Astbury, William Thomas". Diccionario de biografía científica . 1 . Nueva York: Charles Scribner's Sons. págs. 319–320. ISBN 978-0-684-10114-9.

Hall, Kersten T (2014). El hombre del abrigo de nuez de mono: William Astbury y el camino olvidado hacia la doble hélice . Oxford: Prensa de la Universidad de Oxford. ISBN 978-0-19-870459-1.

Languages

In other projects