Кіріспе
Уильям Томас Астбери (William Thomas Astbury) – 25 ақпан 1898 жылы дүниеге келген, 4 маусым 1961 жылы қайтыс болған ағылшын биохимигі, физигі және молекулалық биолог. Ол биологиялық молекулалардың рентгендік сәулелермен дифракциялық зерттеулерін жасаудағы пионер болды. Лидстегі Астберидің құрылымдық молекулалық биология орталығы оның есімін мәңгі есте сақтайды. Өмірінің соңғы жылдары ол көптеген сыйлықтар мен құрметті ғылым докторлары атағына ие болды.
William Thomas Astbury FRS (25 February 1898 – 4 June 1961) was an English physicist and molecular biologist who made pioneering X ray diffraction studies of biological molecules. He is commemorated by the Astbury Centre for Structural Molecular Biology at Leeds. In later life he was given many awards and honorary degrees.
Тiрi протеиндердiң рентген сәулелерiмен дифракциялық зерттеулерi
Лидсте Астбери тоқыма өнеркәсібінің қаржысымен кератин және коллаген сияқты талшықты заттардың қасиеттерін зерттеді. (Жүн кератиннен тұрады.) Бұл заттар кристалл сияқты дақтардың өткір үлгілерін шығарған жоқ, бірақ үлгілер кез келген ұсынылған құрылымдарға физикалық шектер берді. 1930 жылдардың басында Астбери ылғалды жүн немесе шашты талшықтар айтарлықтай созылып кеткенде (100%) олардың дифракциясында күрт өзгерістер болғанын көрсетті. Деректер созылмаған талшықтарда 5,1 Å (=0,51 нм) қайталануы бар қайырылған молекулалық құрылым бар екенін көрсетті. Астбери (1) созылмаған ақуыз молекулалары спиральді (ол α формасы деп атады) құрады; және (2) созылу спиральді бұрып, кеңейтілген күйді (ол β формасы деп атады) құрады деп ұсынды. Деректерінде дұрыс болмаса да, Астберидің модельдері мәні жағынан дұрыс болды және олар қазіргі заманғы екінші реттік құрылым элементтеріне сәйкес келеді, α спираль және β жіп (Астберидің номенклатурасы сақталды), олар жиырма жылдан кейін 1951 жылы Линус Паулинг пен Роберт Кори әзірледі. Ханс Нейрат алғаш рет Астберидің модельдері нақты дұрыс бола алмайтынын көрсетті, өйткені олар атомдардың соқтығысуына қатысты. Нейраттың еңбегі мен Астберидің деректері Х. С. Тейлорды (1941, 1942) және Морис Хэггинсті (1943) кератиннің қазіргі α спиральға өте жақын модельдерін ұсынуға талпындырды. 1931 жылы Астбери бірінші болып негізгі тізбектегі сутекті байланыстар (яғни, тіректегі амид топтары арасындағы сутекті байланыстар) ақуыз құрылыстарын тұрақтандыруға ықпал еткенін ұсынды. Оның алғашқы түсінігін Лайнус Полинг сияқты бірнеше зерттеуші ынта-жігермен қабылдады. Астбери көптеген белоктарды (мыозин, эпидермин және фибринді қоса алғанда) рентгендік зерттеулерді қамтитын жұмыс жасады және олардың дифракциялық үлгілерінен осы заттардың молекулалары оралып, бүктелетінін анықтады. Бұл жұмыс оны тірі ағзалардың күрделілігін зерттеудің ең жақсы жолы - олардың құрамына кіретін алып макромолекулалардың пішінін зерттеу дегенге жеткізді. Оның басқа үлкен құмарлығы - классикалық музыка және бірде жүндегі кератин сияқты ақуыз талшықтары "табиғат көптеген теңдесі жоқ тақырыптарды ойнаған, сансыз вариациялар мен үйлесімділіктерді таңдаған аспаптар" деп айтқан. Бұл екі құмарлық 1960 жылы ол өзінің ғылыми көмекшісі Элвин Бейтонның шаштағы кератин ақуыз талшығының рентгендік суретін ұсынғанда жиналды. Бірақ ақуыздар Астбери зерттеген жалғыз биологиялық талшық емес еді. 1937 жылы швед Торбьёрн Касперсон оған бұзаудың тимусынан алынған жақсы дайындалған ДНК үлгілерін жіберді. ДНҚ-ның дифракциялық үлгісін жасағаны оның да тұрақты құрылымы бар екенін және оны анықтау мүмкін екенін көрсетті. Астбери сыртқы қаржыны ала алды және кристаллограф Флоренс Беллді жұмысқа алды. Ол "өмірдің пайда болуы ақуыздар мен нуклеин қышқылдарының өзара әрекеттесуімен байланысты" екенін мойындады. Белл мен Астбери 1938 жылы ДНК-ның рентгендік зерттеуін жариялап, нуклеотидтерді "пенни үймесі" деп сипаттады. Астбери мен Белл ДНК құрылымы әр 2,7 нанометр сайын қайталанатынын және негіздер бір-біріне 0,34 нанометр қашықтықта жазық, үйілген болып орналасқанын хабарлады. 1938 жылы Колд-Спринг-Харбордағы симпозиумда Астбери 0,34 нанометр арақашықтық полипептидтік тізбектердегі амин қышқылдарымен бірдей екенін атап өтті. (ДНҚ-ның В формасындағы негіздердің арақашықтығы үшін қазіргі таңда қабылданған мән 0,332 нм.) 1946 жылы Кэмбриджде өткен симпозиумда Астбери: "Биосинтез - бұл молекулалардың немесе молекулалардың бір бөлігінің екіншісіне сәйкес келуінің мәселесі, ал біздің заманымыздың ең үлкен биологиялық дамуының бірі - бұл, мүмкін, ең негізгі өзара әрекеттесудің ақуыздар мен нуклеин қышқылдары арасындағы әрекеттесу екенін түсіну" деген болатын. Сондай-ақ, ол нуклеотидтер мен ақуыздардағы амин қышқылдарының арақашықтығы "арифметикалық кездейсоқтықтан туындамаған" деген. Астбери мен Беллдің еңбегі екі себеппен маңызды болды. Біріншіден, олар рентген кристаллографиясын ДНҚ-ның тұрақты, реттелген құрылымын ашу үшін қолдануға болатынын көрсетті. Бұл түсінік Морис Уилкинс пен Розалинд Франклиннің кейінгі жұмысының негізін қалады. Астбери Эверидің жұмысын "заманымыздың ең керемет ашылуларының бірі" деп сипаттады және оны 2-дүниежүзілік соғыстан кейін Лидсте жаңа бөлім құрып, молекулалық биология ғылымының жаңа жолын ашатын ұлттық орталыққа айналдыру туралы көзқарасқа бөленді. 1945 жылы Лидс университетінің вице-канцлерына жазған хатында ол "барлық биология қазір молекулалық-құрылымдық фазаға өтуде. Биологияның барлық салаларында және барлық университеттерде бұл нәрсе орын алуы керек және Лидс батыл болуы керек және жол көрсетуге көмектесуі керек" деп мәлімдеді. Өкінішке орай, барлығы оның арманымен бөліспеді. Университет Сенаты оған жаңа бөлім құруға рұқсат берді, бірақ ақуыздық-құрылымдық білімдермен айналысатын физик Астбери өздерінің заңды құқығындағы интеллектуалдық аумаққа басып кіргеніне наразылық білдірген аға біологтардың қарсылығына байланысты атауын "молекулалық биология" деп қоюға рұқсат бермеді. Сенат сондай-ақ оған ғимарат берді, бірақ ол оның үміттенгендей болмады. Оның жаңа бөлімі әлдеқандай жөндеулерді қажет ететін викториялық қабатты үйдің ішінде орналасқан, нәзік ғылыми жабдықтарды шайқататын тегіс емес едендер, нашар электрмен жабдықталу және кейде су тасқынына әкелетін сенімсіз сантехникасы болды. Бақытсыздықтарына қоса, Медициналық зерттеу кеңесі оның қаржыландыруға берген өтінімін қабылдамады. Бұл қиындықтарға қарамастан, Астберидің жаңа бөлімінде екі маңызды оқиға орын алды. Біріншісі - Ласло Лоранд жасаған тромбиннің қан ұюының негізгі құрауышы - еритін емес ақуыз фибриннің пайда болуын катализдеу үшін протеаза ретінде әрекет ету механизмін анықтау болды. Лорандтың жұмысы қан ұю процесін түсінуде маңызды жаңалық болды. Екінші оқиға - 1951 жылы Астберидің ғылыми көмекшісі Элвин Бейтон түсірген B формалы ДНК-ның жаңа рентгендік суреттері болды, оны ғылым тарихшысы, профессор Роберт Олби "Розалинд Франклин мен Р. Гослинг тапқан әйгілі B үлгісі" деп атады. Олби Розалинд Франклин және оның докторанты Рэймонд Гослинг бір жылдан кейін Кінгс-Колледжде түсірген B формалы ДНК-ның рентгендік суретіне сілтеме жасады, ол "Фото 51" деп белгілі болды. Атауы қарапайым болғанына қарамастан, бұл сурет ДНК тарихында маңызды рөл атқарды және Лондонның Кінгс-Колледжінің қабырғасындағы тақта оны "әлемдегі ең маңызды суреттердің бірі" деп жариялайды. Себебі сурет ДНК талшығынан шашыраған рентген сәулелерінен туған қара дақтардың көзге түсетін крест тәрізді үлгісін көрсетеді және Джеймс Уотсон алғаш рет Франклин мен Гослингтің суретін көргенде, оның аузы ашылып, пульсі шапшаңдады, өйткені оның ойынша, тек спиральді пішіндегі молекула ғана осы үлгіні беру үшін рентген сәулелерін шашырата алады. Франклин мен Гослингтің "Фото 51" Уотсон мен Крикке бірнеше маңызды түйсіктер берді, бірақ Астберидің Бейтонның ДНК-ның өте ұқсас рентгендік суреттеріне жауабы мүлдем басқаша болды. Ол оларды журналда жариялаған жоқ немесе ғылыми жиынға ұсынбады. Астбери рентгендік зерттеулердегі шебер репутациясы бар екенін ескерсек, осы маңызды түйсіктің көзге түспеуі таңқаларлық көрінеді. Бір түсіндірмесі - Астбери ДНК-ның маңыздылығын мойындағанымен, оның биологиялық ақпаратты...
Astbury described Avery's work as 'one of the most remarkable discoveries of our time' and it inspired him with the vision that, in the aftermath of World War 2, he would established a new department at Leeds that would become a national centre to blaze the trail for the new science of molecular biology. Writing to the Vice Chancellor of the University of Leeds in 1945 he declared that 'all biology, is now passing over into the molecular structural phase In all branches of biology and all universities this thing must come to pass and I suggest that Leeds should be bold and help to lead the way.' Sadly, not everyone shared his dream. The University Senate allowed him to establish a new department but would not allow him to use the phrase 'molecular biology' in the title due to opposition from senior biologists who felt that, as a physicist, Astbury was encroaching without invitation on intellectual territory that they rightfully considered to be their own. The Senate also granted him premises but these were a far cry from what he had hoped for. His new department was housed in a Victorian terraced house that required substantial conversion, with uneven floors that made delicate scientific equipment wobble, a faulty electrical supply and unreliable plumbing that sometimes led to flooding. To add to his woes, the Medical Research Council rejected his application for funding. Despite these set backs, two important developments took place in Astbury's new department. The first was the elucidation of the mechanism by which thrombin acts as a protease to catalyse the formation of the major component of blood clots, the insoluble protein fibrin, from its soluble precursor fibrinogen by Laszlo Lorand, a young PhD student who had fled his native Hungary to join Astbury. Lorand's work was a major discovery in our understanding of the process by which blood clots form. The second development was a series of new X ray photographs of B form DNA taken in 1951 by Astbury's research assistant Elwyn Beighton which the historian of science, Professor Robert Olby has since said was 'clearly the famous B pattern found by Rosalind Franklin and R. Gosling'. Olby was referring to an X ray image of B form DNA that was taken a year later by Rosalind Franklin and her PhD student Raymond Gosling at King's College a year later which came to be known as 'Photo 51' Despite its modest name this image was to play an important role in the story of DNA and a plaque on the wall outside King's College, London hails it as 'one of the most important photographs in the world'. This is because the image shows a striking cross shaped pattern of black spots made by X rays as they are scattered by the DNA fibre and when James Watson was first shown Franklin and Gosling's picture, this cross shaped pattern made him so excited that he said 'my mouth fell open and my pulse began to race', because he knew that only a molecule coiled into a helical shape could scatter X rays to give this particular pattern. Franklin and Gosling's 'Photo 51' provided one of several important clues to Watson and Crick but Astbury's response to Beighton's very similar X ray images of DNA could not have been more different. He never published them in a journal or presented them at a scientific meeting. Given that Astbury was such a renowned expert in X ray studies of biological molecules this apparent neglect of such an important clue may seem surprising. One explanation is that, although Astbury recognised the importance of DNA, he did not understand that biological information was carried in the one dimensional sequence of bases within the molecule but rather, that it resided in subtle and elaborate variations in its three dimensional structure. Far from making his jaw drop and his pulse race, the revelation that DNA was a simple a twisting helix would therefore have been a disappointment but it is intriguing to speculate on how differently history might have unfolded had Astbury shown Beighton's image to his friend and colleague the eminent US chemist and Nobel Laureate, Linus Pauling when he visited Astbury at his home in Headingley, Leeds in 1952. Pauling was, at that time, Watson and Crick's greatest rival in trying to solve the structure of DNA and was desperate to obtain a good quality X ray diffraction image of DNA. In 1952, he had already proposed an incorrect model of DNA based on Astbury and Bell's early work but had Astbury shown Pauling these new images taken by Beighton, it might well have been Caltech, Pasadena and not Cambridge, UK that is today remembered for the discovery of the double helix. Despite this missed opportunity, Astbury, together with Florence Bell, had made a major contribution by showing that the methods of X ray crystallography could be used to reveal the regular, ordered structure of DNA. But perhaps Astbury's greatest scientific legacy was his rather unusual overcoat. In the late 1930s Astbury and his collaborators A. C. Chibnall and Kennet Bailey showed that by chemical treatment, the molecular chains of soluble seed proteins could be refolded to make them into insoluble fibres. The company ICI was so interested in this idea that they built a pilot production plant in Scotland to a new textile fibre called 'Ardil' that was produced by deliberately altering the molecular structure of the main soluble protein component of monkeynuts to refold it into an insoluble fibre in the hope of using this as a cheap and abundant substitute for wool as a raw material in the textile industry. To demonstrate the feasibility of this idea, ICI made an entire overcoat from Ardil which Astbury regularly sported to lectures and in the end, although Ardil did not prove to be the salvation of the British textile industry, it did serve as a powerful illustration of Astbury's conviction that not only could we solve the structure of giant biomolecules such as proteins and DNA using X rays, but that we might also then deliberately manipulate these structures for our own practical purposes. This was an idea which truly came of age in the mid to late 1970s with the rise of recombinant DNA technology by which time Astbury was dead but as his friend and colleague, J. D. Bernal wrote in an obituary to him, 'His monument will be found in the whole of molecular biology'.
Жеке қасиеттері мен тарихы
Астбери өзiнiң шалқаймаған көңiл-күйiмен, идеализмімен, қиялымен және ынтасымен танымал болды. Ол молекулалық биологияның үлкен әсерін дұрыс болжады және өз көзқарасын студенттерiне жеткiздi, "оның қуатты ынтасы зертханадағы күнделiктi жұмысты үлкен оқиғаға айналдырды". Астберидiң ынтасы оның жұмысындағы ғылыми сақтықтың кейде жеткiлiксiз болуына да себеп болуы мүмкiн; Астбери болжамды түсiндiрмелердi сендiрiп айта алатын. Астбери тамаша жазушы және лектор болды; оның еңбектерi ерекше айқындығымен және оңай, табиғи стильмен сипатталады. Ол музыканы да жақсы көрiп, фортепиано мен скрипкада ойнайтын. Астбери Франсис Гулдпен Бiрiншi дүниежүзiлiк соғыс кезінде Корольдiк армияның медициналық корпусында Ирландияның Корк қаласында қызмет еткенде танысты. Олар 1922 жылы үйленiп, Билл атты ұлы мен Морин атты қызы болды.