化学家与x射线视力

1939年至1945年间,许多英国科学家们积极参与战时项目。虽然他们的专业知识能够在关键时刻是至关重要的,他们的日常工作负载常常是主要的管理。在查尔斯·珀西(C P)雪的小说新的男人,可能讲了许多真实的虚构的科学家宣称和平回来时他会把我的收文篮放在我的发文盘和回到值得做的。

然而学术界的海归,找到值得做的是有问题的,因为执行职业生涯打破了他们重新审视自己的目标,寻找令人兴奋的新挑战。约翰•Kendrew生于100年前的这个月,是一个这样的冒险家。当战争开始时,他是一个物理化学家刚刚开始他的研究生对反应动力学的研究。结束时他想使用x射线晶体学研究重要的生物分子。然而,正如他在1962年的诺贝尔演讲后来回忆道:“我自己的这个方法很幸运,几乎完全无知,它从我隐藏的程度当代x射线晶体技术没有达到需要解决分子包含成千上万的原子的结构;这确实是无知是福。”

为了补救这种无知,Kendrew去了剑桥大学卡文迪许实验室的,支持的ICI研究奖学金。劳伦斯布拉格和马克斯·佩鲁茨氏追求类似的询盘,和弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森后来开始调查DNA。在这个知识温室Kendrew的事业发展。但那时他已经走了很长的路。

早期

约翰Cowdery Kendrew出生于1917年3月24日在牛津大学,他的父亲,一个读者在大学气候学,负责他的成长环境。(他的母亲,一个艺术历史学家,她职业生涯的大部分时间都在佛罗伦萨)。Kendrew剑桥大学学习物理、化学、生物化学和数学在某种程度上他的一个学位,化学专业两个部分,并在1939年获得了一级荣誉。1940年2月。他是空军部——最初的雷达工作,但很快与更广泛的短暂。

英国的新雷达空中防御系统需要一个高效的信息流动的命令链,并组织更好的通信网络的革命性方法数据分析被称为运筹学。它被证明有更广泛的应用和Kendrew成为许多科学家使用紧急后勤和战略问题。

他遇到了李纳斯鲍林曾尝试在蛋白质x射线衍射在1930年代

这项工作花了Kendrew世界各地,导致两个遭遇战后影响他的职业生涯。在斯里兰卡,他和约翰·德斯蒙德·伯纳尔政府高级科学家但是以前一位著名的x射线晶体。和我们的军事任务他遇到了化学家李纳斯鲍林目前——也参与战争的工作——他曾在蛋白质x射线衍射在1930年代,尽管有限的成功。

Kendrew结束战争作为一种荣誉在英国皇家空军中校,并可能仍在政府服务。相反,他回到剑桥,但不是他战前的博士项目。造成这一结果的部分原因是他与伯纳尔和鲍林的对话,他选择了一个新鲜的研究的指导下佩鲁茨氏。

佩鲁茨氏是犹太血统的奥地利化学家开始研究蛋白质在剑桥在1930年代,政治发展后,仍然有危险他回国。1939年他被囚禁,以及成千上万的其他敌人的外星人,但后来公布的英国军事秘密项目。

战争结束后他回到剑桥大学和英国医学研究理事会的资助建立了分子生物学,Kendrew加入。完成了他的博士学位,与佩鲁茨氏Kendrew继续工作,并于1962年与他分享了诺贝尔化学奖。但是,尽管他们的研究是高度创新,它取决于他人已经打下了基础。

站在巨人的肩膀上

1912年,德国物理学家马克斯·冯·劳厄(由保罗Knipping和沃尔特·弗里德里希•协助)表明,有序的原子在晶体可能产生干涉图样在一束x射线——就像更稀疏正则结构生成类似的模式与可见光的长波浪交互。一年后,在英国,劳伦斯和威廉·布拉格应用这种技术表明,原子在晶体中食盐的立方体结构,类似的外部形状晶体本身。

二元化合物如氯化钠晶体的内部组织提供明显的线索。即使有更复杂的分子如萘,物理和化学数据可以缩小可能的结构之前,试图解释x射线结果。但探索分子生物学上重要的(更大的)被证明是极其困难的。

成功常常取决于研究者的能力形成的心理图像三维结构

在那些接受这一挑战两次世界大战期间被剑桥大学伯纳尔,和他的前研究在牛津学生多萝西何杰金氏病。他们的第一个问题是准备使用水晶这些微妙的(通常是非常不合作的)物质。当一个水晶终于获得,单色x射线指向它,它的衍射模式记录在照相底片。此操作重复了一遍又一遍,每一次的水晶在一个不同的角度。

每点在生成的照片记录的转移的一部分,x射线晶体的原子。每个点的强度和位置的强度表示,部分的光线和角度通过它被转移。首先,分析产生这些数字很少超过一个大纲的一个分子的结构,尽管它可能支持(或消除)结构在化学方面已经提出。

两个数学工具(傅里叶合成和帕特森函数)是有用的在这个努力,但是得到的结果仍可能需要几个月,甚至几年的努力。成功常常取决于研究者的能力形成的心理图像兼容的3 d结构的衍射数据,和物质的化学性质。

何杰金氏病尤其擅长这个。1942年,她生产的第一个完整结构生物学上重要的分子(胆固醇、分子量约385)。另一个突破之后在1945年,当她用机械计算机,编程与穿孔卡片,为了便于计算的结构导致她青霉素(分子量约330)。但直到电子计算机变得可用的十年后,佩鲁茨氏Kendrew的成功和更大的分子成为可能。

发现生活的基石

血红蛋白作为血液的氧载体的作用使它的首要目标的调查。先前的工作已经证明,这种分子包括四个含铁血红素单元和四个蛋白质链。但是它的规模(其分子量超过64000)残疾佩鲁茨氏的追求其结构,仍持续当Kendrew完成博士学位——羊成人和胎儿血红蛋白的比较研究——1949年。

在1959年佩鲁茨氏终于实现了他的目标,但与此同时Kendrew集中在肌红蛋白,商店氧气在肌肉组织,分子量约为17000。他从鲸鱼肉的,潜水哺乳动物的肌肉特别丰富的肌红蛋白,但努力准备晶体足够大,足够稳定,x射线分析。

Kendrew成功的一个至关重要的因素是他的强大,但在技术上具有挑战性的晶体技术的部署——同形替换。伯纳尔,何杰金氏病和其他人获得了有价值的数据对生物重要的分子通过比较两种晶体所产生的x射线衍射模式略有不同成分。差异可以揭示重要的信息分子的结构的晶体。一般来说,单是一个天然的物质,和其他合成是通过用一个重原子取代它的一个原子从同一组,或通过添加一个重原子在结晶母液。佩鲁茨氏精制技术,最终Kendrew进一步发展,但首先,他必须找到一个元素,可以代替,原子的原子,肌红蛋白分子,然后说服新的化合物形成可用的晶体。这不是一项容易的任务。

在他的诺贝尔演讲,Kendrew解释说,他和他的助手多次试图重原子插入肌红蛋白分子,在网站理论预测将是合适的。当这些努力失败后,他们被扔回更实证的方法,外界认为肌红蛋白的金属离子,然后看是否有x射线模式的变化可以被探测到。进一步分析然后决定是否替换发生在一个地点,。在缺乏任何坚实的基础理论,有必要检查数百个可能的配体在两个或三个合适的被发现。

在他的诺贝尔演讲,Kendrew解释说,他和他的助手多次试图重原子插入肌红蛋白分子,在网站理论预测将是合适的。当这些努力失败后,他们被扔回更实证的方法,外界认为肌红蛋白的金属离子,然后看是否有x射线模式的变化可以被探测到。进一步分析然后决定是否替换发生在一个地点,。在缺乏任何坚实的基础理论,有必要检查数百个可能的配体在两个或三个合适的被发现。

肌红蛋白分析许多x射线衍射的照片自然和修改最终让他开始映射分子的三维结构。这需要处理大量的数据。完整的肌红蛋白晶体的衍射图样,合成许多独立的观察,是由至少25000个人点(称为反射)。1955年,当团队开始将这些数据转换成一个分子的3 d地图不存在电脑足够快的速度来计算傅里叶合成包含很多方面,Kendrew解释道。

1957年,数字从400年反射进入Edsac I -为数不多的电子计算机在存在。它生成一个电子密度图的肌红蛋白6的决议。尽管分子的结构不规则和不对称的,它的大纲是相当清楚。

一个更详细的图片出现在1959年从9600年的分析思考。处理这个质量的数据推动现有技术的极限,但幸运的是两位同事(乌尔里希阿恩特和大卫·菲利普斯)开发了一个自动衍射仪进行引入任务。从其读数记录直接在穿孔纸带和美联储更快的计算机,Edsac II。

2的决议,先前出现的棒状部分肌红蛋白的多肽链现在证明是螺旋形式,类似鲍林已经检测到其他蛋白质的结构。通过这些数据,Kendrew和他的同事终于能够映射肌红蛋白的复杂三维结构,定位其官能团(和四分之三的单个原子)与相当的精度。(在1960年代他们进一步提高分辨率1.4,通过处理数据从25000年反思大计算机如IBM 7090。)

Kendrew一起的肌红蛋白结构的解体——佩鲁茨氏与血红蛋白的成功,和沃森的平行发展,克里克,罗莎琳德富兰克林和莫里斯·威尔金斯与核酸-帮助启动一个生物学的革命。生命的基石和汇编指令终于变得平易近人。

以后的生活

多年Kendrew仍积极参与这一快速发展的领域。直到1987年,他被主编分子生物学杂志(他成立于1959年),后来他成为主编的1997年百科全书的分子生物学。一位皇家学会从1960年开始,他在1965年得到了皇家勋章和许多其他荣誉之后,包括在1974年被封为骑士。

Kendrew学术界的影响力远远超出了界限。他1964年BBC电视连续剧生命的线程使分子生物学的最新进展,对人类的未来及其重大影响——向公众访问。他还向历届英国政府提供专家建议,首先作为科学政策委员会的一员,然后作为国防科学顾问委员会的主席,与此同时他鼓励国际科技合作、旅行广泛游说自己的专长(流利的法语、德语和意大利语)。欧洲分子生物学实验室(EMBL)打开时,在1975年的海德堡,他成为了第一个总干事。

Kendrew的个人生活,就不必说。1948年,他娶了玛丽Jarvie寡妇后合格的医生。他们的婚姻在1956年被解散。从1947年到1975年他在剑桥大学的研究员彼得学院,但退休后EMBL的他在1982年迁移到牛津大学,圣约翰学院担任总统直到1987年。Kendrew长期与联合国协会,在1997年他死他的庄园去了基金支持来自发展中国家的学生。