Войти
| Фредерик Миддлбрук Ричардс | |
|---|---|
 Фред Ричардс | |
| Родился | (1925-08-19) 19 августа 1925 г.. Нью-Йорк, Нью-Йорк |
| Умер | 11 января 2009 г. (2009-01-11) (83 года). Гилфорд, Коннектикут |
| Гражданство | США |
| Alma mater | MIT (BS) 1948. Гарвардский университет (PhD) 1952 |
| Известен как | Решение третьей в истории кристаллической структуры белка - рибонуклеазы S ; определение поверхности, доступной для растворителей |
| Супруга (-и) | Хайди Кларк Ричардс; Сара (Салли) Уитленд Ричардс |
| Награды | Национальная академия наук. Американская академия искусств и наук. Стипендия Гуггенхайма |
| Научная карьера | |
| Филдс | Биофизика, Биохимия |
| Учреждения | Йельский университет |
| Диссертация | Исследования плотности и состава некоторых кристаллов белка, включая предварительное исследование кристаллической структуры моногидрата диглицината цинка (1952) |
| Советник докторантуры | Барбара Лоу |
| Другие научные консультанты | Эдвин Джозеф Кон. Кай Ульрик Линдерстрём-Ланг |
| Докторанты | Хорхе Альенде |
| Другие известные студенты | Сайрус Чотия. Луиза Джонсон. Венделл Лим |
| Влияет | Кристиан Б. Анфинсен, Ханс Т. Кларк |
| Влияет | Томас А. Стейтц, Джейн С. Ричардсон |
Фредерик Миддлбрук Ричардс (19 августа 1925 - 11 января 2009), обычно называемый Фред Ричардс, был американским биохимиком и биофизиком известен решение новаторской кристаллической структуры фермента рибонуклеазы S фермента в 1967 году и определение концепции доступной для растворителя поверхности. Он внес много ключевых экспериментальных и теоретических результатов и разработал новые методы, получив более 20 000 ссылок в журналах в нескольких совершенно разных областях исследований. Помимо кристаллографии белков и биохимии рибонуклеазы S, они включали доступность растворителя и внутреннюю упаковку белков, первую библиотеку боковых цепей ротамеров, кристаллографию высокого давления, новые типы химических меток, такие как биотин / авидин, индекс ядерного магнитного резонанса (ЯМР) химический сдвиг, а также структурные и биофизические характеристики эффектов мутаций.
Ричардс провел всю свою академическую исследовательскую карьеру в Йельском университете, где он стал Стерлинг-профессором молекулярной биофизики и биохимии на кафедре, которую он создал и возглавлял, «одной из основных центры в мире по изучению биофизики и структурной биологии ». Он был избран членом Национальной академии наук США и Американской академии искусств и наук и получил множество других научных наград. Он был главой Мемориального фонда медицинских исследований Джейн Коффин Чайлдс и был избран президентом Американского общества биохимии и молекулярной биологии (ASBMB) и Биофизического общества.
3D. структура рибонуклеазы S, изображенная в качестве обложки для раннего обзора структуры белка Ричардс родился 19 августа 1925 года в Нью-Йорке в семье Джорджа. Х. Ричардс и Марианна Миддлбрук Ричардс. Оба родителя были из старых семей Новой Англии, которые поселились в Фэрфилде и Нью-Лондоне, Коннектикут в 1600-х годах. Семья обычно проводила лето в Коннектикуте, что дало Ричардсу раннюю близость к этой области, которая продолжалась на протяжении его карьеры в Йельском университете. У него было две старшие сестры, Марианна и Сара. Марианна стала биохимиком и была важным образцом для подражания для Фреда, который восхищался запахами и взрывами, производимыми химическими наборами того времени. Он учился в средней школе в Академии Филлипса в Эксетере, а позже вспоминал, что «отличный научный факультет даже разрешал некоторым студентам бесконтрольно работать в лабораториях вне уроков. Такое отношение сыграло важную роль... наша приверженность научной карьере ". Там он изучил выдувание стекла и электронику и попытался измерить универсальную гравитационную постоянную с помощью 100-фунтовых ядер.
Имея сильные научные интересы, Ричардс не оправдал ожиданий своей семьи, выбрав Массачусетский технологический институт (Массачусетский технологический институт ) вместо Йельского университета для поступления в колледж в 1943 году по специальности химия. Его студенческое время было прервано двумя годами службы в армии, которые он описал как «без происшествий». Затем он присоединился к отделению биохимии Гарвардской медицинской школы и лаборатории Барбары Лоу. Она работала с Дороти Кроуфут Ходжкин, чтобы решить рентгеновскую кристаллическую структуру пенициллина, а позже активно занималась кристаллографией белков. Фазовая проблема еще не была решена для определения структуры белка, поэтому его докторская степень. В своей диссертации (завершенной в 1952 г.) изучалась плотность и содержание растворителя в кристаллах, чтобы помочь очень точно определить молекулярную массу белков. В 1954 году он отправился в Лабораторию Карлсберга в Копенгагене, чтобы провести постдокторское исследование с Кай Линдерстрем-Ланг, где он начал свою классическую работу по ферменту рибонуклеазе. Он также впитал научный и наставнический стиль Лэнга, которого Ричардс назвал «восхитительным человеком, полным веселья и шуток, а также науки», примером которого являются «простые, недорогие, гениальные и проницательные эксперименты». В 1955 году Ричардс поступил на факультет Йельского университета, где оставался до конца своей карьеры.
Салли и Фред Ричардс на вершине горы Вашингтон, около 1980 года. Ричардс был заядлым и увлеченным моряком. Помимо плавания на проливе Лонг-Айленд, он несколько раз путешествовал на север вдоль канадского побережья, на юг к Бермудским островам и даже через Атлантику с небольшой командой из семьи и друзей. У него и его жены были парусные лодки (Hekla 1 и 2) и служебное судно с подвесным мотором, известное как «Sally's Baage» (название, вероятно, является комментарием к ее акценту в штате Мэн), которое он построил сам. Крис Анфинсен, Друг Ричардса и его коллега, редакторы журнала Advances in Protein Chemistry и рекомендовавшие ему лабораторию Carlsberg, также были заядлыми моряками, и иногда они объединяли усилия. Венделл Лим писал, что «преданный моряк» С детства Фред каждое лето почти всегда брал отпуск на месяц, чтобы провести большую морскую экскурсию, а затем возвращался в лабораторию отдохнувшим и готовым к работе. Его морские приключения включали несколько трансатлантических путешествий. Кроме того, он был страстным хоккеем с шайбой player. "
Ричардс жил в Гилфорде, Коннектикут, прибрежном городке примерно в 10 милях к востоку от Нью-Хейвена, расположенном между хребтом Метакомет и проливом Лонг-Айленд. Фред был женат дважды: на Хайди Кларк Ричардс, дочери биохимика Ганса Кларка, и в 1959 году на Саре (Салли) Уитленд Ричардс, морском биологе. У него было трое детей - Сара, Рут и Джордж - и четверо внуков. Его дочь Сара описывала его как «пожизненного ученого и моряка... Его главными увлечениями были его научная работа, которую он закончил в Йельском университете, плавание, работа в своей мастерской и помощь в обществе». Фред и Салли активно участвовали в местных усилиях по сохранению земель, как в комитетах, так и в рабочих проектах по земле и воде. Он пожертвовал участок береговой линии площадью 41 акр природным территориям Йельского музея Пибоди, которые они назвали «одной из немногих природных лесных территорий, оставшихся в штате». Теперь собственность находится под долгосрочной защитой для использования в биологических и геологических исследованиях.
2 декабря 1957 года в Йельском университете Университет Ричардса провел простой эксперимент с белком рибонуклеазой A (РНКаза A), который помог изменить взгляд научного сообщества на физическую природу молекул белка. Используя конкретную протеазу (субтилизин ), РНКаза А была преобразована в расщепленный белок (РНКаза S ), который состоит из двух частей, называемых S-пептидом и S-белок (Richards Vithayathil 1959). Ричардс разработал эту систему расщепления в качестве постдока в Лаборатории Карлсберга в Копенгагене, Дания, с использованием очищенного белка рибонуклеазы, подаренного Кристиану Анфинсену компанией Armor и которым Анфинсен поделился с Ричардс и другие исследователи. Ричардс обнаружил, что при разделении S-белок и S-пептид не обладали активностью РНКазы, но ферментативная активность РНКазы восстанавливалась, когда части были рекомбинированы в пробирке. В автобиографической статье Ричардс написал, что «это открытие стало неожиданностью для научного сообщества в то время… Оглядываясь назад, я могу сказать, что это был пик моей карьеры с точки зрения волнения». Этот эксперимент показал, что белки поддерживают трехмерный порядок и плотное связывание между их взаимодействующими частями, и что структурная информация заложена в самом белке, предвещая как более поздние работы Анфинсена, показывающие, что последовательность определяет структуру, так и идею о том, что гормоны или другие небольшие молекулы могут прочно и специфически связываться с белками - концепция, лежащая в основе того, как фармацевтические компании разрабатывают лекарства сегодня. Два года спустя структура белка миоглобина подтвердила такие специфические трехмерные отношения. Позже, с Мэрилин Дошер и Фло Куиочо, Ричардс продемонстрировал, что рибонуклеаза S, а также карбоксипептидаза были ферментативно активными в кристаллах, что является важным доказательством, чтобы заглушить сомнения в том, что конформации белков в кристаллах имеют прямое отношение к их биологической активности в клетках.
Рибонуклеаза S, наложенная на нерасщепленную рибонуклеазу A, демонстрируя совпадение общей складки и His 12 и His 119 (горячий розовый) на активном сайте Вместе с коллегой Гарольдом У. Вайкофф, который работал над ранними исследованиями структуры миоглобина, попытки решить трехмерную структуру РНКазы S были инициированы Ричардсом. Проведенный в 1966 году и опубликованный в 1967 году, анализ РНКазы S и РНКазы A совместно сделал рибонуклеазу третьей отдельной структурой белка, которая должна быть определена с помощью дифракции рентгеновских лучей кристаллов после миоглобина / гемоглобин и лизоцим куриного яйца , и первое, что было сделано в США. Позже группа Йельского университета собрала больше дифракционных данных и в 1970 г. опубликовала детальную структуру РНКазы S с разрешением 2,0 Å (Wyckoff et al., 1970). Координаты рибонуклеазы S были внесены в международный банк данных по белкам в 1973 году как PDB : 1RNS, среди первого небольшого набора макромолекулярных структур.
Черно-белый рисунок ленты выше показывает большой скрученный бета-лист (стрелки) рибонуклеазы, окруженный несколькими альфа-спиралями ( спирали). Более короткий фрагмент S-пептида находится сзади, начиная со спирали вверху слева и заканчивая разрывом цепи (между остатками 20-21) внизу справа. Активный сайт расщепления РНК (в бороздке в центре спереди на этом чертеже) включает одну боковую цепь гистидина из фрагмента S-пептида, а другую - из части S-белка. На компьютерном изображении показаны наложенные друг на друга структуры рибонуклеазы S и A, причем S-пептид выделен золотом, а гистидины активного центра - ярко-розовым. Тесное совпадение трехмерных структур показывает, что S-система из 2 фрагментов действительно сворачивается в активную форму (Wyckoff et al., 1970).
Оригинальная коробка Ричардса, построенная Ричардсом в 1968 году в Оксфорде. Фотография Ричардса, переданная Эрику Марцу с целью бесплатного публичного доступа. В 1968 году, во время творческого отпуска с Дэвидом Филлипсом в Оксфорде Ричардс разработал большой оптический компаратор, названный «ящик Ричардса» (или «безумие Фреда»), который позволил кристаллографам строить физические модели белковых структур, просматривая сложенные листы электронной плотности через полупрозрачное зеркало (см. фото). Как только «Безумие» было построено, он довольно быстро построил полностью атомную латунную модель РНКазы S. Этот метод был выбран для построения кристаллографических моделей белков в электронной плотности до конца 1970-х годов, когда его вытеснили программы молекулярной компьютерной графики, такие как Grip-75, а затем Frodo.
Richards. показал свое чувство юмора в более позднем обзоре разработок в использовании и конструкции ящиков Ричардса. Он представил «поправку к оригинальным библиографическим цитатам» вместе со схемами для техники театральной сцены, в которой использовалось избирательное освещение и лист пластинчатого стекла, наклоненный под 45 °, чтобы создать иллюзию восходящей нимфы Амфитрита из моря и парящий в воздухе, или о том, как доброволец из аудитории растворяется в скелете и обратно. Ричардс закончил этот раздел, отметив, что «если бы эта ссылка была известна автору в 1968 году, не потребовалось бы никакого дальнейшего описания« глупости »».
Самый устойчивый долгосрочный научный интерес Ричардса был связан с сворачиванием и упаковкой белков, которые изучались как экспериментально, так и теоретически, и в основном с геометрической точки зрения. Как резюмировал Джордж Роуз, «белковые папки можно разделить на« минимизаторы »и« упаковщики ». Первые стремятся минимизировать энергию взаимодействия между атомами или группами атомов, тогда как вторые концентрируются на вероятной геометрии, руководствуясь обоими исключенными ограничениями объема. и структурные мотивы, наблюдаемые в белках известной структуры ». Фред оказал большое влияние на упаковщиков, которые основывались на своих наблюдениях относительно плотности упаковки, площадей и объемов.
Диаграмма, показывающая определение доступной для растворителя поверхности (SAS), отмеченной желтыми точками в В 1971 году вместе с Бюнгкуком Ли Ричардс представил концепцию и количественную меру для доступной для растворителя поверхности (SAS) аминокислотных остатков в свернутых белковых структурах (Lee Richards 1971). Поверхность строится путем отслеживания центра воображаемого шара, его радиус равен радиусу молекулы воды (принимаемый равным 1,4 Å), когда он катится по ван-дер-ваальсовым поверхностям белков. Таким образом определенная поверхность является непрерывной, и каждая точка на ней однозначно связана с конкретным атомом белка (ближайшим). Определение Ли и Ричардса было широко принято в качестве стандартной меры доступности растворителей, например, для оценки воздействия на остаток в процентах от доступной площади к общей площади поверхности, а также в качестве основы метода площади погребенной поверхности для оценки энергетических характеристик.
Richards 1974 ввел конструкцию многогранников Вороного в химию белков, и этот вклад был недавно рассмотрен Герштейном и Ричардсом. Этот подход был принят многими другими и получил прочную математическую основу в работах Герберта Эдельсбруннера. Вместе с Джеем Пондером в 1987 году, в рамках исследования использования внутренней упаковки боковых цепей для подсчета возможных последовательностей, совместимых с данной структурой белкового каркаса (предвестник инженерии и дизайна белка), Ричардс разработал первый ротамер боковой цепи. библиотека. (Ponder Richards 1987) С тех пор другие исследовательские группы создали все более подробные библиотеки ротамеров, некоторые из которых использовались в основном для проверки структуры, а другие - для моделирования гомологии или белковая конструкция. Вместе с Крейгом Кундротом Ричардс исследовал влияние высокого давления (1000 атмосфер ) на структуру белка, используя кристаллы лизоцима куриного яйца , и обнаружил, что структура устойчива к такому давлению, за исключением довольно скромное уплотнение по размеру. В 1990-х Ричардс и его сотрудники использовали сочетание теории и эксперимента, чтобы исследовать, как хорошо упакованная внутренняя часть белков может, тем не менее, приспособиться к мутациям.
В 1970-х годах последовательно студентов и постдоков лаборатория разработала серию химических, фотохимических и поперечных меток для определения положения и взаимосвязей белков в биологических мембранах (Peters Richards 1977), включая глутаральдегид и то, что было одним из двух первых общих применений исключительно тесного взаимодействия биотина с авидином, привязанного к ферритин для использования в электронной микроскопии. Система биотин-авидин быстро стала центральным методом в клеточной биологии, иммунологии и инженерии белков, а также в электронной микроскопии.
Вместе с Дэвидом Уишартом и Брайаном Сайксом он разработал химический сдвиг индекс для определения ЯМР белка вторичной структуры (Wishart, Sykes Richards 1991 Wishart, Sykes Richards 1992). Это до сих пор считается стандартным инструментом в области ЯМР. Отдельно около 1990 года Homme Hellinga вместе с Ричардсом разработали вычислительные инструменты для конструирования участков связывания металлов в белках и использовали их для создания нового участка металла в тиоредоксине..
Ричардс назван как депонент 27 записей кристаллической структуры в Protein Data Bank, включая устаревшую рибонуклеазу S (PDB : 1RNS ), куриное яйцо лизоцим (PDB : 2LYM ), домены SH3 (PDB : 1SEM ), образующий канал-ион аламетицин (PDB : 1AMT ) (Fox Richards 1982), и мутанты рибонуклеазы S (например, PDB : 1RBD ; PDB : 1RBI ), из Стафилококковая нуклеаза (например, PDB : 1NUC ; PDB : 1A2T ), и лямбда-репрессора в комплексе с ДНК (PDB : 1LLI ).
Департамент молекулярной биофизики и биохимии («MBB»), который Ричардс основал и возглавил в Йельском университете, который объединил медицинскую школу биохимии и университет молекулярной биофизики считалось, что они «быстро приобрели выдающийся статус». Многие из этих преподавателей стали членами Национальной академии наук, а Том Стейтц разделил Нобелевскую премию в 2009 году за кристаллические структуры рибосомы. По словам Джима Староса, Ричардс был известен как высоко ценимый наставник и друг студентов, преподавателей и коллег, в том числе очень благосклонный подход к женщинам и афроамериканцам. Его коллега Джордж Д. Роуз писал, что лекции Ричардса были содержательными, ясными и юмористическими и часто преднамеренно провокационными, и что Ричардс работал над улучшением научного сообщества в целом. Например, в конце 1980-х он был основным автором и первым из многих подписавших широко распространенное письмо, которое успешно настаивало на политике размещения трехмерных координат атомов в научных журналах, на NIH, и на отдельных кристаллографов. Он также лоббировал, хотя и менее успешно, снижение общего давления со стороны публикаций, но усиление акцента на нескольких первоклассных статьях, заставив комитеты по продвижению рассматривать только список из 12 ключевых статей.
Статьи с более чем 500 цитированием по данным Web of Science на 18 июня 2012 г.:
Подкаст
