ЭНЦИКЛОПЕДИЯ " BRUMA.RU "

Наука и техника: Биология

УИЛКИНС, МОРИС ХЬЮ ФРЕДЕРИК (Wilkins, Maurice Hugh Frederick) (1916–2004) (Великобритания). Нобелевская премия по физиологии и медицине 1962 (вместе с Ф.Криком и Дж.Уотсоном).

Родился 15 декабря 1916 в Понгароа, Новая Зеландия. Его родители школьный доктор Эдгар Генри Уилкинс и Эвелин Констанс Джейн Уиттекер были переселенцами из Ирландии. В 6 лет переехал в Англию. Получил образование в Школе короля Эдуарда в Бирмингеме. Изучал физику в Колледже Св. Джона в Кембридже и в 1938 получил первую ученую степень. Отправился в Бирмингемский университет, где стал ассистентом на кафедре физики и изучал люминесценцию твердых тел. Докторскую степень получил в 1940 за диссертацию по температурной стабильности пойманных электронов в люминофорах и по теории фосфоресценции. Его идеи нашли применение в различных военных задачах, в частности, в усовершенствовании катодных трубок для радаров. Позднее Уилкинс работал над задачей масс-спектрографического разделения изотопов урана для использования в бомбах, а затем переехал из Бирмингема в Беркли (Калифорния) для участия в Манхэттэнском проекте.

В 1945 после окончания войны был лектором по физике в университете Cв. Эндрю в Шотландии, где был организован курс биофизики. Биофизические исследования привели Уилкинса в 1946 в Кингс-колледж в Лондоне. Там он вошел в группу биофизики, организованную Советом по научным исследованиям. Сначала занимался генетическими эффектами ультразвука, но через два года перешел к разработке зеркальных ультрафиолетовых микроскопов для микроспектрофотометрии нуклеиновых кислот в клетках. Изучал также ориентацию пуринов и пиримидинов в вирусе табачной мозаики. Тогда же начал изучать дифракцию рентгеновского излучения в ДНК спермы. Это привело его к решению проблемы строения нуклеиновых кислот.

Еще в 1868 швейцарский патологоанатом Иоган Фридрих Мишер (Johan Friedrich Miescher, 1811–1887) выделил из клеточного ядра новое вещество, которое он назвал нуклеином (лат. nucleus – ядро), о чем сообщил в 1869 (подробные данные были опубликованы в 1890, уже после смерти Мишера).

Термин «нуклеиновые кислоты» был предложен немцем Рихардом Альтманом (Richard Altmann, 1852–1901) в 1889, он же разработал первый удобный и общий способ выделения нуклеиновых кислот, свободных от белковых примесей.

В 1891 Альбрехт Коссель (лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине, (1910), сообщил, что в продуктах кислотного гидролиза нуклеиновой кислоты находятся фосфорная кислота, аденин, гуанин и некие углеводы. Природа этих углеводов, рибозы и дезоксирибозы, была выяснена лишь к 1929.

Ф.А.Т.Левин (Ph.A.Th.Levene) в 1909 показал, что в состав нуклеиновых кислот входят гуанин, аденин, урацил и цитозин.

Первый нуклеотид, входящий в состав рибонуклеиновых кислот, был выделен в 1893 О.Хаммарстеном (O.Hammarsten), а первые нуклеозиды, (соединения углеводов с нуклеиновыми основаниями), были обнаружены в природе Левином и У.A.Джейкобсом (W.A.Jacobs) в начале 20 в.

Нуклеиновые кислоты не привлекали внимание исследователей до тех пор, пока в 1940 Торнбьёрн Касперссон (Tornbjörn Caspersson) (Швеция) и Ж.Л.Браше (J.L.Brachet) (Бельгия) не предположили, что рибонуклеиновые кислоты необходимы для синтеза белка в клетке. В 1944 Освальд Теодор Эйвери (Oswald Theodore Avery, 1877–1955) с сотрудниками (США) показали, что генетический материал состоит из ДНК.

Это определило интерес к нуклеиновым кислотам А.Тодда (Нобелевский лауреат по химии, 1957), который вместе с другим английским химиком Д.М.Брауном (D.M.Brown) предложил основную схему строения рибонуклеиновых кислот, согласно которой нуклеозидные единицы соединены повторяющимися фосфодиэфирными связями между 3" и 5"-гидроксильными группами соседних нуклеозидов. Руководствуясь предложенной схемой, он осуществил в 1957 первый синтез динуклеотида.

Далее была сформулирована концепция «один ген – один белок» (Джордж Уэллс Бидл – George Wells Beadle, 1903–1989 и Эдуард Лаури Тейтем – Edward Lawrie Tatum, 1909–1975) (Нобелевская премия по физиологии и медицине,1958), и был расшифрован генетический код (Роберт У.Холли – Robert W.Holley, 1922–1993), Корана и Ниренберг (Нобелевская премия, 1968).

В 1938 Уильям Т.Астбери (William Т.Astbury) известный тем, что ввел в научный обиход термин «молекулярная биология» и Флориан Белл (Florian Bell) поняли, что в молекуле ДНК плоскости азотистых оснований должны располагаться параллельно друг другу, одно основание над другим. В 1950 американец Э.Чаргафф (E.Chargaff) показал, что количество аденина в молекуле ДНК равно количеству тимина, а количество гуанина – количеству цитозина. Таким образом, были известны все компоненты молекулы ДНК и многое об их взаимоотношениях, оставалось свести эти детали воедино, чтобы получилась структурная формула ДНК.

Наибольшими шансами на успех обладал американец Л.Полинг (Нобелевская премия по химии, 1954, и Нобелевская премия мира, 1962. В начале 1950-х Полинг сосредоточил свое внимание на дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК) и опубликовал статью, в которой представил ее структуру в виде тройной спирали. Возможно, для правильного решения проблемы ему не хватало высококачественных рентгенограмм молекулы ДНК. Еще в 1913–1914 англичане отец и сын Уильям Генри Брэгг и Уильям Лоренс Брэгг (оба – Нобелевская премия по физике, 1915) создали метод рентгеноструктурного анализа, суть которого состояла в том, что любое вещество в кристаллической форме может быть подвергнуто воздействию рентгеновскиех лучей (под определенным углом) – полученная рентгенограмма позволяет судить о структуре молекулы.

Такие рентгенограммы для молекулы ДНК были получены Р.Франклин (R.Franklin, 1921–1958) в Кингс-колледже Лондонского университета. Анализируя их, руководитель работ Уилкинс представлял себе молекулу ДНК в виде двойной или тройной спирали, состоящей из молекул сахара (дезоксирибозы) и остатков фосфорной кислоты. Однако они не укладывались в спираль, поэтому структурную формулу ДНК никак не удавалось построить.

Полинг просил Уилкинса поделиться рентгенограммами для совместной работы, но тот не спешил соглашаться, надеясь решить проблему самостоятельно. Третьим заинтересованным в решении был физик Крик из Кавендишской лаборатории в Кембридже, знакомый с Уилкинсом и его работой. К ним присоединился биолог – американец Дж. Уотсон.

Наладив сотрудничество, Уотсон и Крик в течение 1951–1953 упорно искали решение. Построив из проволоки двойную спираль выше человеческого роста, они пытались уложить в нее азотистые основания, скрепленные водородными связями. Решение пришло, когда американский кристаллограф, работавший в той же лаборатории, подсказал Уотсону, что он напрасно верит учебникам и пытается оперировать азотистыми основаниями в енольной, а не в кетонной форме.

Входящие в состав ДНК гуанин, цитозин и тимин (но не аденин) имеют на периферии их циклов атомы кислорода и ряд двойных связей. Эти двойные связи могут перемещаться в молекуле так, что периферийные атомы кислорода будут связаны двойной или простой связью. Форма с двойной связью при кислороде – кетонная, а с простой – енольная. Обычно раньше рассматривалась только вторая, но она не могла реализовать

комплементарную структуру с водородными связями в парах аденин – тимин и гуанин – цитозин. Эти 3 нуклеиновых основания существуют в кетонной форме, с двойными связями у атомов кислорода, но именно такие формы и могут давать комплементарные пары за счет водородных связей между ними. Как только это стало ясно, им удалось получить желаемый результат.

Изготовив из картона модели в нужной форме, Уотсон складывал их на столе в различных сочетаниях и неожиданно для себя обнаружил, что пара аденин – тимин имеет такую же форму и размеры, что и пара гуанин – цитозин. Это позволяло уложить пары внутрь двойной спирали подобно ступенькам винтовой лестницы. После нескольких консультаций и проверки некоторых деталей Уотсон и Крик в начале 1953 отправили статью в журнал «Nature». Перед тем, как отправить, они показали статью Уилкинсу и Франклин, и те одновременно послали свою статью с описанием собственного вклада в решение проблемы. В 1958 Розалинд Франклин умерла от рака в возрасте 37 лет.

В 1962 Уилкинсу вместе с Ф.Криком и Дж. Уотсоном была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине «за открытие ими молекулярной структуры нуклеиновых кислот и ее значения в передаче информации в живой материи».

Открытие структуры нуклеиновых кислот сразу же подтолкнуло химиков-синтетиков к попытке создать их «в пробирке». Уже в 1955 это удалось С.Очоа в отношении РНК и в 1957-м – А.Корнбергу в отношении ДНК. Нобелевскую премию они получили даже раньше (1959), чем Крик, Уотсон и Уилкинс.

Работы Уотсона, Крика и Уилкинса стали первым толчком к созданию новой области науки – генной инженерии, которая разрабатывала способы направленного воздействия на генетический код, восстановления его поврежденных участков или создания новых сочетаний для синтеза белков заданной структуры. Достижения этой науки используются и для синтеза необходимых гормонов (например, инсулина), ферментов и пищевых белков.

Расшифровка структуры ДНК стала одним из самых крупных открытий в истории науки. Теперь, в начале 21 в., развитие биологии видится отчетливо делящимся на два периода – до и после двойной спирали. Она стала водоразделом, после которого молекулярный подход быстро проник во все области биологии. Это открытие позволило лучше понять такие проблемы, как взаимодействие наследственности и внешней среды, мутации и их последствия для синтеза белка, и, главное, приблизило человечество к пониманию самого происхождения жизни.

Прочтение кода, которым в молекуле ДНК записана последовательность аминокислотных остатков в будущей белковой молекуле, стало возможным после того, как в 1961 М.Ниренберг (Нобелевская премия, 1968 и Г.Матеи (H.Matei) синтезировали не встречающуюся в природе РНК, содержащую из всех азотистых оснований только урацил. Синтезированный по ней белок представлял собой цепочку из остатков одной только аминокислоты – фенилаланина. Вскоре лаборатории Ниренберга и Очоа прочли весь «алфавит», содержащийся в ДНК.

В 1950 Уилкинс – помощник директора Медицинского исследовательского совета при Кингс-колледже, а с 1955 по 1980 – директор.

В том же Кингс-коледже Уилкинс был сначала профессором молекулярной биологии (1970–1981), затем биофизики и, наконец, заслуженным профессором. Он публиковал статьи по технике микроскопии и цитохимическим исследованиям.

Коллекционировал скульптуры и любил работать в саду.

Pаботы: Crystallinity in sperm heads: Molecular structure of nucleoprotein in vivo // Biochim. Biophys. Act. 1953. V. 10. P. 192-193 (with J. T. Randall); The molecular configuration of deoxyribonucleic acid. I. X-ray diffraction study of a crystalline form of the lithium salts // J. Mol. Biol. 1960; The molecule structure of deoxyribonucleic acid (DNA) // J. Chim. Phys. 1961. V. 58.

Умер 6 октября 2004 в Лондоне.

МОРИС ХЬЮ ФРЕДЕРИК УИЛКИНС МОРИС ХЬЮ ФРЕДЕРИК УИЛКИНС

Кирилл Зеленин

ЛИТЕРАТУРА

Ноздрачев А.Д., Марьянович А.Т., Поляков Е.Л. Сибаров Д.А., Хавинсон В.Х. Нобелевские премии по физиологии или медицине за 100 лет. СПб, «Гуманистика», 2002

Яндекс.Метрика