William Astbury: Pioner i røntgenkrystallografi og DNA-struktur
William Astbury – pioner i røntgenkrystallografi, banede vejen for DNA-strukturens opdagelse og inspirerede alfa-helix-opdagelsen. Historie om tidlige molekylære gennembrud.
William Thomas Astbury FRS (Bill Astbury, 25. februar 1898, Longton - 4. juni 1961, Leeds) var en engelsk fysiker og molekylærbiolog.
Astbury foretog tidlige røntgendiffraktionsundersøgelser af biologiske molekyler. Hans arbejde med keratin hjalp Linus Pauling med at opdage alfa-helixen. Han studerede også DNA's struktur i 1937 og tog det første skridt til at finde frem til dets struktur.
Tidlige år og karriere
William T. Astbury var uddannet inden for naturvidenskab og valgte tidligt at anvende fysikkens metoder på biologiske problemer. Han etablerede sig som en af de første forskere, der systematisk brugte røntgendiffraktion på fibre og proteiner, og han byggede et forskningsmiljø ved University of Leeds, hvor tværfaglighed mellem fysik, kemi og biologi blev fremmet.
Forskning og metoder
Astbury var pioner i brugen af røntgenfibre-diffraktion til biologiske materialer. I stedet for at undersøge enkeltkrystaller udviklede han metoder til at fremstille, strække og fotografere fibre af proteiner og nukleinsyrer. Hans tekniske arbejde omfatter forbedringer i prøveforberedelse og fortolkning af diffraktionsbilleder, hvilket muliggjorde påvisning af regelmæssige gentagelsesmønstre i makromolekyler. Den tilgang banede vej for senere højt opløselige strukturbestemmelser, selv om teknologien dengang endnu ikke kunne fastslå atomære detaljer.
Keratin, DNA og stakningsmodellen
Gennem studier af keratin observerede Astbury karakteristiske diffraktionsmønstre, der viste gentagne længdeskalaer i proteinfibre. Disse data bidrog til forståelsen af regelmæssige sekundærstrukturer i proteiner og var en af inspirationskilderne for Linus Pauling, da han senere foreslog alfa-helixen som en stabil proteinstruktur.
Astbury undersøgte også DNA tidligt i 1930'erne og 1937. Hans røntgenbilleder af DNA-fibre viste klart, at nukleinsyren havde en regelmæssig, gentaget struktur langs sin længde. Han foreslog en simpel model, hvor baserne ligger stakket oven på hinanden – ofte omtalt som et "staknings"- eller "mønter-på-en-stak"-billede. Modellen var ikke fuldstændig og manglede detaljer om den tredimensionelle helixstruktur, men den var et vigtigt første skridt, fordi den demonstrerede, at DNA ikke var en uordnet kæde, men havde en veldefineret geometrisk organisation.
Arv og betydning
Astburys vigtigste bidrag ligger i at have bragt krystallografiske teknikker ind i studiet af biologiske makromolekyler og i at have dokumenteret, at både proteiner og nukleinsyrer har gentagne, ordnede strukturer. Hans arbejde gjorde det både metodisk og konceptuelt muligt for senere forskere — herunder dem, der beskrev alfa-helixen og senere DNA-helixen — at bygge videre på en række eksperimentelle observationer.
Han var en ledende skikkelse i udviklingen af en tidlig form for molekylærbiologi, som kombinerede fysik, kemi og biologi. Som anerkendelse af sine bidrag blev han valgt til FRS, og hans navn lever videre blandt andet i forskningsmiljøer ved University of Leeds (Astbury-navngivne centre og initiativer bærer hans arv videre).
Senere liv og minde
Astbury døde i 1961 i Leeds. Efter hans død er hans arbejde fortsat med at blive anerkendt som banebrydende inden for strukturel biologi: de metoder og den videnskabelige indstilling, han introducerede, blev fundamentet for den eksplosive udvikling i vores forståelse af biomolekylers struktur i midten af det 20. århundrede.
Yderligere læsning
- Gennemgangsartikler om tidlig røntgenfibre-diffraktion og Astburys arbejde.
- Historiske oversigter over opdagelsen af alfa-helix og DNA-struktur, hvor Astburys bidrag ofte omtales som et vigtigt foreløbigt skridt.
Vejen til DNA
I 1937 sendte Torbjörn Caspersson fra Sverige ham velforberedte DNA-prøver fra kalve-thymus. Det faktum, at DNA producerede et diffraktionsmønster, viste, at det havde en regelmæssig struktur. Astbury rapporterede, at DNA's struktur gentog sig hver 2,7 nanometer, og at baserne lå fladt på hinanden med 0,34 nanometers mellemrum. På et symposium i 1938 i Cold Spring Harbor påpegede Astbury, at afstanden på 0,34 nanometer var den samme som aminosyrer i polypeptidkæder. I virkeligheden er afstanden mellem baserne i B-formen af DNA 0,332 nm.
I 1946 fremlagde Astbury et indlæg på et symposium i Cambridge, hvor han sagde: "En af de store biologiske udviklinger i vores tid er erkendelsen af, at den mest grundlæggende interaktion af alle sandsynligvis er den mellem proteiner og nukleinsyrer". Han sagde også, at afstanden mellem nukleotiderne og afstanden mellem aminosyrerne i proteinerne "ikke var et aritmetisk uheld".
Astbury var ikke i stand til at foreslå den korrekte struktur af DNA ud fra sine data. I 1952 brugte Linus Pauling imidlertid Astburys utilstrækkelige data til at foreslå en struktur for DNA, som også var ukorrekt. Ikke desto mindre tilskyndede Astburys arbejde Maurice Wilkins, Raymond Gosling og Rosalind Franklin på Kings College i London. Deres røntgenkrystallografiske resultater blev brugt af Francis Crick og James D. Watson til at identificere DNA's struktur i 1953.
Søge