Robert Joseph Payton Williams MBE FRS ( 25. února 1926 – 21. března 2015 ) [1] byl anglický chemik, čestný člen na Wadham College v Oxfordu a emeritní profesor na Oxfordské univerzitě [2] .
| Robert Joseph Payton Williams | |
|---|---|
| Robert Joseph Paton Williams | |
| Jméno při narození | Angličtina Robert Joseph Paton Williams |
| Datum narození | 25. února 1926 |
| Místo narození | Wallasey, Cheshire, Spojené království |
| Datum úmrtí | 21. března 2015 (89 let) |
| Místo smrti | Nemocnice Johna Radcliffa v Oxfordu |
| Státní občanství | britský |
| obsazení | vědec, chemik |
| Otec | Ernest Ivor Williams |
| Matka | Alice Williamsová |
| Manžel | Jelly Beukley |
| Děti |
Tim Williams John Williams |
| Ocenění a ceny |
Člen Řádu britského impéria. (MBE) |
Robert Joseph Payton Williams se narodil ve Wallasey, Cheshire , syn celníka. Bob byl druhým ze čtyř dětí. Od roku 1931 do roku 1937 Bob navštěvoval St. George's School ve Wallasey. Potom rodiče platili školné na gymnáziu. Tehdy začal projevovat velký zájem o chemii. Ke konci školní docházky byl Bob povzbuzen, aby se přihlásil do Cambridge a Oxfordu. Protože se mu nepodařilo získat místo v Cambridge, odešel do Oxfordu. Bob Williams vstoupil na Merton College v říjnu 1944 [3] . Robert chtěl studovat chemické prvky v biologických systémech, ale nevěděl, kde začít v počáteční fázi výcviku. Na konci prvního semestru měl Bob pochybnosti o své volbě a dokonce uvažoval o přestupu na univerzitu v Liverpoolu. Ale nakonec jsem se rozhodl, že neodejdu.
Jeho instruktorem ve třetím ročníku byl analytický chemik, Dr. Harry M. N. Irving. Tématem výzkumu v laboratoři byla organická činidla, která dokázala oddělit kovové ionty z roztoku ve formě barevných komplexů. Toto téma Boba zaujalo. Během šesti měsíců od zahájení práce, do Velikonoc 1948, stanovil pořadí selektivity pro vazbu organického činidla dithizonu na kovové ionty, tedy:
Mg 2+ < Mn 2+ < Fe 2+ < Co 2+ < Ni 2+ < Zn 2+ < Cu 2+Tento řád stability se stal běžně známým jako série Irving-Williams. Tuto studii publikovali Irving a Williams v časopise Nature v roce 1948. Jednalo se o první vysoce postavenou práci ve vědecké komunitě, kterou sám oznámil ve vědeckém světě. Během následujících dvou let spolupráce s Irvingem dokázal Robert potvrdit shodnost jejich série. [4] [1] Studie jeho doktorské práce byly zahrnuty do velkého článku publikovaného v roce 1953.
Během studií William navštívil laboratoř na Uppsalské univerzitě profesora Arne Tiseliuse, známého biochemika a laureáta Nobelovy ceny. Tam se také setkal s profesorem Stigem Claesonem. Oba byli zaneprázdněni vývojem chromatografických metod pro separaci proteinů. Bob byl ohromen vybavením laboratoře ve srovnání s Oxfordem. Po obdržení doktorátu začal William v roce 1950 v těchto laboratořích pracovat. Tam se naučil hodně o čištění bílkovin. Velmi rychle vyvinul novou metodu separace molekul pomocí chromatografie, nyní nazývanou gradientová eluční analýza. [1] Bob publikoval své myšlenky ve Švédsku ve formě recenze s názvem „Metal Ions in Biological Systems“ v časopise Biological Reviews v roce 1953. To přitáhlo pozornost mnoha biologů, kteří se později stali jeho spolupracovníky. [5]
V roce 1955 nastoupil Bob Williams na Wadham College jako učitel chemie. Zde on a jeho tým pokračovali ve výzkumu stability kov-iontových komplexů. Williams podrobně popisuje stabilitu komplexů tvořených organickými ligandy a ionty první řady přechodných prvků (od Mn po Zn). Jeho práce potvrdila, že sekvence je nezávislá na chemické povaze ligandu (ale ukázala se důležitost nestability ligandu). Článek také pojednával o elektronických faktorech řídících stabilitu kovových iontů, které jsou základem této sekvence, z hlediska Paulingovy teorie iontových a kovalentních vazeb pomocí hybridizace orbitalů d, p a s. Došlo se k závěru, že interakce musí zahrnovat zvýšení kovalence v sérii. Od roku 1956 až do poloviny 60. let 20. století prováděl Bob Williams výzkum v laboratoři anorganické chemie se skupinami studentů a výzkumnými asistenty. Další výzkum se zaměřil na chemické vlastnosti komplexních iontů přechodných kovů, o kterých je pak známo, že hrají roli při zachycování biologické energie prostřednictvím transportu elektronů. Přenos elektronů závisí na změně oxidačního stavu kovového iontu. Klíčovou vlastností je zde relativní stabilita oxidačního stavu v daném prostředí, charakterizovaná redoxními potenciály. Bob analyzoval redoxní potenciály Fe(III) a Fe(II) [6] a Cu(II) a Cu(I) [7] , dvou biologicky významných kovů. On a jeho studenti ukázali, jak kovalence, velikost a náboj kovových iontů ovlivňují redoxní potenciály.
Souběžně se svým výzkumem v Laboratoři anorganické chemie o chemii iontů přechodných kovů začal Bob Williams ve spolupráci s biology studovat jejich roli v biologii. Zároveň neměl ani zkušenosti s experimenty s proteiny, ani přístup do vhodných laboratoří, kde by s nimi pracoval. Po zveřejnění své původní recenze z roku 1953 začal William spolupracovat s Bertem Vallim, harvardským lékařem, který analyzoval hladiny zinku v různých biologických buňkách pomocí dithizonového kolorimetrického činidla, které Bob sám studoval u Irvinga. Valli si všiml, že červené krvinky obsahovaly relativně vysokou koncentraci železa díky přítomnosti hemoglobinu, ale velmi nízkou koncentraci zinku, a že bílé krvinky měly málo železa, ale velké množství zinku. Uvažoval, zda má pozorování širší význam, protože o zinku se v té době nevědělo, že má biologický význam. Valli a Williams spolupracovali asi 15 let. Stali se průkopníky nové předmětové oblasti. Vyvinuli metody pro studium vazby kovů pomocí spektroskopických metod a vazebné afinity nahrazením iontů neželezných kovů, jako je kobalt, bezbarvým zinkem (metoda izomorfní substituce). V roce 1968 Valli a Williams předložili obecnou koncepci reaktivity metaloproteinů a navrhli, že protein způsobuje neobvyklé koordinační číslo a geometrii v kovových iontech, což způsobuje zvýšenou chemickou reaktivitu pro katalytickou funkci nebo rychlý přenos elektronů. [osm]
Bob Williams navštěvoval vědecké konference o dýchání a poslouchal diskuse o tvorbě ATP, univerzálního biopaliva generovaného v chloroplastech fotony a v mitochondriích redukcí kyslíku na vodu současně s oxidací cukrů. Poslední proces, glykolýza, je známý tím, že zahrnuje fosforylované sloučeniny, což vede k tvorbě ATP. Předpokládalo se, že prekurzory ATP byly aktivovány fosforylovanými organickými sloučeninami. Při studiu literatury si Bob všiml, že generování jednoho meziproduktu spolu s přenosem elektronů bylo společné všem organelovým reakcím. Navrhl, že mezičlánek musí být proton a že tvorba ATP v každém kroku znamená migraci protonů zpět na negativní náboj na organických molekulách. V roce 1959 podal Bob první popis této zcela nové myšlenky. Williams popsal způsob, jakým se tok elektronů, stimulovaný světlem nebo chemickými přeměnami, přeměňuje na protonový gradient, který je následně využit k tvorbě ATP. [9] Téměř okamžitě Williams obdržel dopis od Dr. Petera Mitchella, který ho žádal, aby vysvětlil svou hypotézu. Williams pak zjistil, že Mitchell zahrnul některá ze svých vysvětlení do svých spisů bez odkazu na jejich korespondenci. V roce 1978 byla Mitchellovi udělena Nobelova cena za chemii za teorii chemiosmózy, publikovanou v roce 1961, definovanou jako syntéza ATP prostřednictvím proteinového gradientu přes membránu, která vede ke kondenzaci fosfátu za vzniku ATP. Tyto události vedly k neobvykle dlouhé diskusi v literatuře, umocněné Nobelovou cenou, o prioritě myšlenky syntézy ATP prostřednictvím protonové elektrochemické vazby.
Tento rok byl ve Williamsově vědeckém životě zlomový. Předchozí spolupráce s Vallim a dalšími biology mu dala jistotu, že by mohl v biologii uspět. S proteiny je ale potřeba pracovat přímo. V letech 1965-66 strávil Bob akademický rok na Harvard Medical School. Bob přednášel v kurzu biochemie pro postgraduální studenty medicíny. Také hodně četl v knihovně a začal bádat u profesora Gene Kennedyho. [10] Bob odmítl stipendium v oboru chemie a požádal o stipendium v oboru biochemie. Vedení Wadhamu neochotně souhlasilo, ale pouze pod podmínkou, že sníží mzdy. Od roku 1966 se Bob Williams stal biochemikem ve výuce a výzkumu. Své nápady aktivně realizoval v Oxford Enzyme Group, která byla oficiálně založena v říjnu 1969. Bob Williams použil NMR technologii ke studiu struktury a dynamiky metaloproteinů. V roce 1972 byl zvolen do stipendia Royal Society a v roce 1974 byl jmenován profesorem na Royal Napier Society, což ho zbavilo všech učitelských povinností a poskytlo mu potřebný čas na výzkum. Se svým týmem vyvinul metody pro navázání NMR píku na specifické zbytky pomocí paramagnetismu endogenních kovových kofaktorů, včetně hemu v cytochromu, a také lanthanoidových iontů jako exogenních posunových a expanzních činidel. Signály z aromatických zbytků umožnily změřit stupeň rotační mobility jak na povrchu proteinu, tak uvnitř, a poskytly první důkaz o relativním pohybu proteinových α-helixů. Pomocí lysozymu jako modelu s technikami pulzní NMR k měření pomalých metabolických rychlostí, pohybů místních skupin a malých segmentů demonstroval aplikaci těchto technik pro rychlé rozpoznání a vazbu substrátu. Byly také studovány přechody uspořádanosti v reakci na vazbu iontů vápníku a zinku v kalmodulinu, osteokalcinu a metalothioneinu. [11] [12]
Další oblastí zájmu Williamse od roku 1970 byly biologické minerály. Začal studovat biologickou mineralizaci uhličitanu vápenatého, oxidu křemičitého a oxidů železa, mezi jinými.Počáteční experimenty ukázaly, že bylo docela snadné pěstovat krystaly, jako jsou stříbrné soli, uvnitř malých oddílů, včetně lipozomů. Bobova skupina studovala Acantharii, organismy, které produkují exoskeletony z částic síranu strontnatého, a zelené řasy, desmidy, které používají síran barnatý. Exoskeleton Acantharia se skládá z 20 trnů, z nichž každý je jeden krystal síranu strontnatého, které vyzařují z jednoho bodu směrem k povrchu koule. Bylo známo, že křemík, jeden z nejrozšířenějších prvků na Zemi, má jen malé využití pro zvířata nebo širokolisté rostliny, ale pro byliny. Bob dospěl k závěru, že rostliny používají oxid křemičitý jako stavební materiál [13] ke zpevnění svých struktur, protože kyselá šťáva rostliny má kyselost asi 5 ve srovnání s cirkulujícími tekutinami zvířat, což je asi 7,5. Při nízkém pH ve šťávě jsou uhličitany vápenaté (skořápka) a fosforečnany (kosti) příliš rozpustné na to, aby se vysrážely, zatímco rozpustnost oxidu křemičitého je nezávislá na pH v tomto rozmezí. Bob odešel v roce 1991 do důchodu, rezignoval na funkci profesora v Royal Napier Society a ukončil výzkum v laboratoři.
Během většiny své vědecké práce Williams učil vysokoškolské studenty v anorganické chemii ve Wadhamu. [14] Poznatky získané výzkumem mu umožnily začít předmět v průběhu času systematizovat. Společně s kolegyní Courtney Phillipsovou se Bob zavázal napsat solidní učebnici. Kniha vznikala několik let a vycházela z ročních přednášek pro studenty Oxfordu. Jeho průběh přednášek si udržoval velmi vysokou návštěvnost a oba přednášející, kteří se každé přednášky zúčastnili, byli často odměněni potleskem. Dva svazky byly publikovány v roce 1965 a 1966 Oxford University Press. Tyto knihy byly široce uznávány jak studenty, tak učiteli.
Williams byl nominován na jedno z nejvyšších ocenění – Řád britského impéria v roce 2010 za zásluhy o společnost v severním Oxfordu [1] . V roce 1972 byl zvolen členem Královské společnosti. Zvolen jako zahraniční člen Švédské, portugalské, československé a belgické akademie věd. Dvakrát byl oceněn medailí Biochemical Society, Royal Society (dvakrát), Royal Society of Chemistry (třikrát), European Biochemical Society (dvakrát). [patnáct]
Během svého pobytu v Uppsale v roce 1950 se Bob setkal s Jelly Beukley, studentkou jazyků. Vzali se v červenci 1952. Brzy se Jelly usadil v Oxfordu s Robertem. Na konci studií porodila Jelly svého prvního syna Tima. O dva roky později měl Bob druhého syna Johna. Později se Tim oženil s Nickem, rodinným lékařem. Měli tři děti: Nuala, Kirsten a Jack. Bob opravdu rád trávil čas se svými syny a zejména svými vnoučaty. O různých svátcích vymýšlel pro svá vnoučata různé aktivní zábavy a také vlastnoručně vyráběl dárky, které dodnes uchovává jeho rodina.
Robert Williams byl energický a otevřený člověk. Vždy jasně hájil své myšlenky, a to i přes soupeřovy regálie. A dělal to dokonce od velmi mladého věku. Práce v laboratoři ho moc nebavily, raději přemýšlel samostatně nebo s vědci mimo svůj obor. Neustále potřeboval sbírat poznatky z různých oblastí chemie a biologických věd, aby našel souvislosti mezi nesourodými fakty. Ale právě v tom byla jeho velká síla - v asimilaci širokého pole znalostí a srovnání nesrovnatelných faktů.