เฟรเดอริค เอ็ม. ริชาร์ดส์
เฟรเดอริก มิดเดิลบรูค ริชาร์ดส์ | |
|---|---|
| เกิด | 19 สิงหาคม พ.ศ. 2468 |
| เสียชีวิต | 11 มกราคม 2552 (อายุ 83 ปี) กิลฟอร์ด รัฐคอนเนตทิคัตสหรัฐอเมริกา[ 1 ] |
| อัลมา มัธยฐาน | สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ ( ปริญญาตรี ) มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด ( ปริญญาเอก ) |
| เป็นที่รู้จัก ในด้าน | การไขโครงสร้างผลึกของโปรตีนครั้งที่ 3 ในประวัติศาสตร์ – ไรโบเอนไซม์เอส เอส ; การกำหนดพื้นผิวที่ตัวทำละลายสามารถเข้าถึงได้ |
| คู่สมรส | ไฮดี คลาร์ก ริชาร์ดส์; ซาราห์ (แซลลี) วีทแลนด์ ริชาร์ดส์ |
| รางวัล | สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติสถาบันศิลปะและวิทยาศาสตร์แห่งอเมริกา ทุนกูเกนไฮม์ |
| เส้นทางอาชีพด้านวิทยาศาสตร์ | |
| ฟิลด์ | ชีวฟิสิกส์ , ชีวเคมี |
| สถาบันต่างๆ | มหาวิทยาลัยเยล |
| วิทยานิพนธ์ | การศึกษาเกี่ยวกับความหนาแน่นและองค์ประกอบของผลึกโปรตีนบางชนิด รวมถึงการตรวจสอบเบื้องต้นเกี่ยวกับโครงสร้างผลึกของซิงค์ไดไกลซิเนตโมโนไฮเดรต[ 2 ] (1952) |
| บาร์บารา โลว์[ 3 ] | |
ที่ปรึกษาทางวิชาการท่านอื่นๆ | เอ็ดวิน โจเซฟ โคห์นคัจ อุลริก ลินเดอร์สตรอม-แลง[ 3 ] |
นักศึกษาปริญญาเอก | Jorge Allende [ 3 ] Kuan Wang |
นักเรียนที่โดดเด่นคนอื่นๆ | ไซรัส โชเทีย หลุยส์ จอห์นสัน เวนเดลล์ ลิม[ 3 ] |
เฟรเดอริก มิดเดิลบรูค ริชาร์ดส์ (19 สิงหาคม 1925 – 11 มกราคม 2009) หรือที่รู้จักกันทั่วไปว่าเฟรด ริชาร์ดส์เป็นนักชีวเคมีและนักชีวฟิสิกส์ ชาวอเมริกัน ผู้มีชื่อเสียงจากการไขโครงสร้างผลึกของเอนไซม์ไรโบเอนไซม์เอส เอส ในปี 1967 และจากการกำหนดแนวคิดของพื้นผิวที่เข้าถึงตัวทำละลายได้เขาได้สร้างผลการทดลองและทฤษฎีที่สำคัญมากมาย และพัฒนาวิธีการใหม่ๆ จนได้รับการอ้างอิงในวารสารมากกว่า 20,000 ครั้งในหลายสาขาการวิจัยที่แตกต่างกัน นอกเหนือจากผลึกศาสตร์โปรตีนและชีวเคมีของไรโบเอนไซม์เอส เอส แล้ว ยังรวมถึงการเข้าถึงตัวทำละลายและการจัดเรียงภายในของโปรตีน ห้องสมุด โรตาเม อร์ของหมู่ข้างเคียงชุดแรก ผลึกศาสตร์ความดันสูง แท็กทางเคมีชนิดใหม่ เช่นไบโอติน / อะวิดิน ดัชนี การเปลี่ยนแปลงทางเคมีของนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์ (NMR) และลักษณะโครงสร้างและชีวฟิสิกส์ของผลกระทบจาก การ กลายพันธุ์
ริชาร์ดส์ใช้เวลาตลอดอาชีพการวิจัยทางวิชาการของเขาที่มหาวิทยาลัยเยลซึ่งเขากลายเป็นศาสตราจารย์สเตอร์ลิงด้านชีวฟิสิกส์และชีวเคมีระดับโมเลกุลในภาควิชาที่เขาก่อตั้งและเป็นประธาน ซึ่งถือเป็น "หนึ่งในศูนย์กลางสำคัญของโลกสำหรับการศึกษาชีวฟิสิกส์และชีววิทยาเชิงโครงสร้าง" [ 4 ]เขาได้รับเลือกให้เป็นสมาชิกของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติสหรัฐอเมริกาและสถาบันศิลปะและวิทยาศาสตร์แห่งอเมริกาและได้รับรางวัลทางวิทยาศาสตร์อื่นๆ อีกมากมาย เขาดำรงตำแหน่งหัวหน้ากองทุนอนุสรณ์เจน คอฟฟิน ไชลด์สเพื่อการวิจัยทางการแพทย์และได้รับเลือกเป็นประธานทั้งสมาคมชีวเคมีและชีววิทยาระดับโมเลกุลแห่งอเมริกา (ASBMB) และสมาคมชีวฟิสิกส์

ประวัติส่วนตัว
ริชาร์ดส์เกิดเมื่อวันที่ 19 สิงหาคม พ.ศ. 2468 ในนครนิวยอร์กโดยมีบิดาชื่อ จอร์จ เอช. ริชาร์ดส์ และมารดาชื่อ มาริแอนนา มิดเดิลบรูค ริชาร์ดส์ บิดาและมารดาทั้งสองมาจาก ครอบครัวเก่าแก่ของนิว อิงแลนด์ซึ่งได้ตั้งถิ่นฐานในแฟร์ฟิลด์และนิวลอนดอน รัฐคอนเนตทิคัตในช่วงปี ค.ศ. 1600 ครอบครัวมักจะใช้เวลาช่วงฤดูร้อนในคอนเนตทิคัตทำให้ริชาร์ดส์มีความผูกพันกับพื้นที่นี้ตั้งแต่ยังเด็ก ซึ่งความผูกพันนี้ยังคงดำเนินต่อไปตลอดอาชีพการงานของเขาที่ มหาวิทยาลัย เยล[ 6 ]เขามีพี่สาวสองคนคือ มาริแอนนาและซาราห์ มาริแอนนาเป็นนักชีวเคมี และเป็นแบบอย่างที่สำคัญสำหรับเฟร็ด ผู้ซึ่งชื่นชอบกลิ่นและการระเบิดที่เกิดจากชุดอุปกรณ์เคมีในยุคนั้น[ 7 ]เขาเข้าเรียนมัธยมปลายที่Phillips Exeter Academyและต่อมาได้เล่าว่า "แผนกวิทยาศาสตร์ที่ยอดเยี่ยมยังอนุญาตให้นักเรียนบางคนเข้าใช้ห้องปฏิบัติการได้โดยไม่มีผู้ดูแลนอกเวลาเรียน ทัศนคตินี้มีบทบาทสำคัญ...ในการเสริมสร้างความมุ่งมั่นของเราต่ออาชีพด้านวิทยาศาสตร์" [ 6 ]เขาได้เรียนรู้การเป่าแก้วและอิเล็กทรอนิกส์ที่นั่น และพยายามวัดค่าคงที่แรงโน้มถ่วงสากลโดยใช้ลูกปืนใหญ่หนัก 100 ปอนด์[ 6 ]
ด้วยความสนใจในวิทยาศาสตร์อย่างแรงกล้า ริชาร์ดส์จึงทำลายความคาดหวังของครอบครัวด้วยการเลือกเรียนที่ MIT ( สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ ) แทนที่จะเป็นเยลในปี 1943 โดยเลือกเรียนวิชาเอกเคมี ช่วงเวลาเรียนระดับปริญญาตรีของเขาถูกขัดจังหวะด้วยการรับราชการทหารเป็นเวลาสองปี ซึ่งเขาบรรยายว่าเป็น "ช่วงเวลาที่ไม่มีอะไรเกิดขึ้น" [ 6 ]จากนั้นเขาได้เข้าร่วมแผนกชีวเคมีที่โรงเรียนแพทย์ฮา ร์วาร์ด และห้องปฏิบัติการของบาร์บารา โลว์ เธอเคยทำงานร่วมกับโดโรธี โครว์ฟุต ฮอดจ์กินเพื่อไขโครงสร้างผลึกเอ็กซ์เรย์ของเพนิซิลลินและต่อมาก็มีบทบาทในด้านผลึกศาสตร์โปรตีนปัญหาเฟสยังไม่ได้รับการแก้ไขเพื่อให้สามารถกำหนดโครงสร้างโปรตีนได้ ดังนั้นวิทยานิพนธ์ปริญญาเอกของเขา (สำเร็จในปี 1952) จึงศึกษาความหนาแน่นและปริมาณตัวทำละลายในผลึกเพื่อช่วยกำหนดน้ำหนักโมเลกุล ที่แม่นยำมาก สำหรับโปรตีน ในปี 1954 เขาไปที่ห้องปฏิบัติการคาร์ลสเบิร์กในโคเปนเฮเกนเพื่อทำการวิจัยหลังปริญญาเอกกับคาจ ลินเดอร์สตรอม-แลงซึ่งเป็นที่ที่เขาเริ่มงานคลาสสิกเกี่ยวกับเอนไซม์ไรโบนิวคลีเอ ส [ 7 ]เขายังซึมซับรูปแบบทางวิทยาศาสตร์และการให้คำปรึกษาของ Lang ซึ่ง Richards เรียกเขาว่า "บุคคลที่น่ารัก เต็มไปด้วยความสนุกสนานและเรื่องตลก รวมถึงความรู้ทางวิทยาศาสตร์" ซึ่งเป็นตัวอย่างของ "การทดลองที่เรียบง่าย ราคาไม่แพง ชาญฉลาด และลึกซึ้ง" [ 8 ]ในปี พ.ศ. 2498 Richards ได้เข้าร่วมคณะที่มหาวิทยาลัยเยล ซึ่งเขาอยู่ที่นั่นตลอดอาชีพการงานของเขา

ริชาร์ดเป็นนักเดินเรือตัวยงและกระตือรือร้น นอกจากการแล่นเรือในลองไอส์แลนด์ซาวด์แล้ว เขายังเดินทางขึ้นเหนือไปตามชายฝั่งแคนาดา ลงใต้ไปยังเบอร์มูดา และข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกหลายครั้งพร้อมกับลูกเรือเล็กๆ ที่เป็นครอบครัวและเพื่อนๆ[ 4 ] [ 9 ]เขาและภรรยามีเรือใบ (เฮคลา 1 และ 2) และเรืออเนกประสงค์ติดเครื่องยนต์นอกเรือที่รู้จักกันในชื่อ "แซลลี่ส์ บาจ" [ 10 ] (การสะกดคำน่าจะเป็นความคิดเห็นเกี่ยวกับสำเนียงเมนของเธอ) ซึ่งเขาเป็นคนสร้างเอง[ 9 ]คริส แอนฟินเซนเพื่อนและเพื่อนร่วมงานของริชาร์ดในฐานะบรรณาธิการของ Advances in Protein Chemistry [ 9 ]และผู้แนะนำห้องปฏิบัติการคาร์ลสเบิร์กให้เขา[ 6 ]ก็เป็นนักเดินเรือตัวยงเช่นกัน และบางครั้งพวกเขาก็ร่วมมือกัน[ 9 ]เวนเดลล์ ลิมเขียนว่า "เฟรดเป็นนักเดินเรือที่ทุ่มเทมาตั้งแต่เด็ก เขามักจะหยุดพักหนึ่งเดือนในแต่ละฤดูร้อนเพื่อไปเป็นกัปตันเรือในการเดินทางท่องเที่ยวทางเรือครั้งใหญ่ และกลับมาที่ห้องแล็บด้วยความสดชื่นและพร้อมที่จะทำงาน การผจญภัยทางเรือของเขารวมถึงการเดินทางข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกหลายครั้ง นอกจากนี้เขายังเป็น นักเล่น ฮอกกี้น้ำแข็ง ตัวยงอีกด้วย " [ 7 ]
ริชาร์ดส์อาศัยอยู่ในกิลฟอร์ด รัฐคอนเนตทิคัตเมืองชายฝั่งทะเลที่อยู่ห่างจากนิวเฮเวน ไปทางตะวันออกประมาณ 10 ไมล์ ตั้งอยู่ระหว่างสันเขาเมตาโคเมตและอ่าวลองไอส์แลนด์ เฟรดแต่งงานสองครั้ง ครั้งแรกกับไฮดี คลาร์ก ริชาร์ดส์ ลูกสาวของฮันส์คลาร์ก นักชีวเคมี [ 11 ] [ 12 ]และในปี 1959 กับซาราห์ (แซลลี) วีทแลนด์ ริชาร์ดส์ นักชีววิทยาทางทะเล[ 10 ]เขามีลูกสามคน คือ ซาราห์ รูธ และจอร์จ และมีหลานสี่คน[ 10 ] ซาราห์ ลูกสาวของเขาอธิบายว่าเขาเป็น "นักวิทยาศาสตร์และนักเดินเรือตลอดชีวิต... สิ่งที่เขารักมากที่สุดคืองานวิทยาศาสตร์ที่เขาทำสำเร็จที่มหาวิทยาลัยเยล การแล่นเรือ การทำงานในร้านของเขา และการช่วยเหลือชุมชน" [ 11 ]เฟรดและแซลลีมีบทบาทสำคัญในความพยายามอนุรักษ์ที่ดินในท้องถิ่น ทั้งในคณะกรรมการและในการทำงานโครงการต่างๆ บนบกและในน้ำ[ 10 ] [ 13 ]เขาบริจาคที่ดินริมชายฝั่งขนาด 41 เอเคอร์ให้กับพิพิธภัณฑ์ธรรมชาติเยลพีบอดี ซึ่งพวกเขาอธิบายว่าเป็น "หนึ่งในพื้นที่ป่าธรรมชาติไม่กี่แห่งที่เหลืออยู่ในรัฐ" ปัจจุบันที่ดินดังกล่าวได้รับการคุ้มครองในระยะยาวเพื่อใช้ในการวิจัยทางชีววิทยาและธรณีวิทยา[ 14 ]
เส้นทางอาชีพด้านการวิจัย
ระบบไรโบเอนไซม์เอสแบบสององค์ประกอบ
เมื่อวันที่ 2 ธันวาคม พ.ศ. 2490 ณ มหาวิทยาลัยเยล ริชาร์ดส์ได้ทำการทดลองง่ายๆ เกี่ยวกับโปรตีนไรโบเอนไซม์เอ (RNase A) ซึ่งช่วยเปลี่ยนมุมมองของชุมชนวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับธรรมชาติทางกายภาพของโมเลกุลโปรตีน[ 6 ] โดยใช้ โปรตีเอสชนิดหนึ่ง( ซับทิลิซิน ) RNase A ถูกแปลงเป็นโปรตีนที่แยกออก ( RNase S ) ซึ่งประกอบด้วยสองส่วนที่เรียกว่า S-peptide และ S-protein ( ริชาร์ดส์และวิธายาธิล พ.ศ. 2492 ) ริชาร์ดส์ได้พัฒนาระบบการแยกส่วนนี้ในขณะที่เป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ห้องปฏิบัติการคาร์ลสเบิร์ก ในโคเปนเฮเกน ประเทศเดนมาร์ก โดยใช้โปรตีนไรโบเอนไซม์บริสุทธิ์ ที่บริษัทอาร์มัวร์บริจาคให้แก่คริสเตียน แอนฟินเซน และแอนฟินเซนได้แบ่งปันกับริชาร์ดส์และนักวิจัยคนอื่นๆ [ 4 ] [ 8 ]ริชาร์ดส์พบว่า เมื่อแยก S-protein และ S-peptide ออกจากกันแล้ว จะไม่มีกิจกรรมของ RNase แต่กิจกรรมของเอนไซม์ RNase จะกลับคืนมาเมื่อนำส่วนต่างๆ มารวมกันอีกครั้งในหลอดทดลอง[ 15 ]ในบทความอัตชีวประวัติ ริชาร์ดส์เขียนว่า "การค้นพบนี้สร้างความประหลาดใจให้กับชุมชนวิทยาศาสตร์ในเวลานั้น... เมื่อมองย้อนกลับไป นี่อาจเป็นจุดสูงสุดในอาชีพการงานของผมในแง่ของความตื่นเต้น" [ 6 ]การทดลองนี้แสดงให้เห็นว่าโปรตีนรักษาระเบียบแบบ 3 มิติและการยึดเกาะ ที่แน่นหนา ระหว่างส่วนที่โต้ตอบกัน และข้อมูลโครงสร้างนั้นมีอยู่ในตัวโปรตีนเอง ซึ่งเป็นการบอกล่วงหน้าถึงงานในภายหลังของแอนฟินเซนที่แสดงให้เห็นว่าลำดับกำหนดโครงสร้าง[ 16 ]และแนวคิดที่ว่าฮอร์โมนหรือโมเลกุลขนาดเล็กอื่นๆ สามารถจับกับโปรตีนได้อย่างแน่นหนาและเฉพาะเจาะจง[ 6 ]ซึ่งเป็นแนวคิดพื้นฐานที่บริษัทเภสัชกรรมใช้ในการออกแบบยาในปัจจุบัน สองปีต่อมา โครงสร้างโปรตีนของไมโอโกลบินได้ยืนยันความสัมพันธ์แบบ 3 มิติที่เฉพาะเจาะจงดังกล่าว[ 17 ] ต่อมา ริชาร์ดส์ร่วมกับมาริลีน ดอสเชอร์และฟลอ ควิโอโช ได้แสดงให้เห็นว่าไรโบเอนไซม์เอส เอส เช่นเดียวกับคาร์บอกซีเปปติเดส มีฤทธิ์ทางเอนไซม์ในผลึก ซึ่งเป็นหลักฐานสำคัญในการยุติข้อสงสัยว่าโครงสร้างของโปรตีนในผลึกมีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับกิจกรรมทางชีวภาพในเซลล์[ 7 ] [ 18 ] [ 19 ]
โครงสร้างผลึกของไรโบเอนไซม์

ริชาร์ดส์ร่วมกับเพื่อนร่วมงาน ฮาโรลด์ ดับเบิลยู. ไวคอฟฟ์ ผู้ซึ่งทำงานวิจัยเบื้องต้นเกี่ยวกับโครงสร้างของไมโอโกลบิน[ 20 ] ได้ริเริ่มความพยายามในการหาโครงสร้างสามมิติของ RNase S โดยการวิเคราะห์ RNase S [ 21 ]และ RNase A [ 22 ] ซึ่งดำเนินการในปี 1966 และตีพิมพ์ในปี 1967 ทำให้ไรโบเอนไซม์เป็นโครงสร้างโปรตีนที่แตกต่างกันลำดับที่สามที่ได้รับการกำหนดโดยการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ของผลึก ต่อจากไมโอโกลบิน / ฮีโมโกลบิน และ ไลโซไซม์จากไข่ไก่[ 23 ]และเป็นครั้งแรกที่ทำในสหรัฐอเมริกา ต่อมา กลุ่มวิจัยจากเยลได้รวบรวมข้อมูลการเลี้ยวเบนเพิ่มเติม และในปี 1970 ได้ตีพิมพ์โครงสร้าง RNase S อย่างละเอียดครบถ้วนที่ความละเอียด 2.0 Å ( ไวคอฟฟ์และคณะ, 1970 ) พิกัดของไรโบเอนไซม์ S ถูกฝากไว้ในฐานข้อมูลโปรตีน ระหว่างประเทศ ในปี พ.ศ. 2516 ในชื่อPDB : 1RNS ซึ่ง เป็นหนึ่งในชุดโครงสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ชุดแรกๆ[ 24 ]
ภาพวาดริบบิ้นขาวดำ ด้านบนแสดงให้เห็น แผ่นเบต้าขนาดใหญ่ที่บิดเบี้ยว(ลูกศร) ของไรโบเอนไซม์ ซึ่งขนาบข้างด้วยอัลฟาเฮลิกซ์ หลายอัน (เกลียว) ชิ้นส่วน S-peptide ที่สั้นกว่าอยู่ด้านหลัง เริ่มต้นที่มุมบนซ้ายด้วยเฮลิกซ์และสิ้นสุดด้วยการแตกของโซ่ (ระหว่างเรซิเดิว 20-21) ที่มุมล่างขวา[ 5 ]ตำแหน่งที่ใช้งานสำหรับการตัด RNA (ในร่องตรงกลางด้านหน้าในภาพวาดนี้) เกี่ยวข้องกับ โซ่ข้าง ฮิสติดีน หนึ่งอัน จากชิ้นส่วน S-peptide และอีกอันจากส่วน S-protein [ 21 ]ภาพคอมพิวเตอร์แสดงโครงสร้างที่ซ้อนทับกันของไรโบเอนไซม์ S และ A โดย S-peptide เป็นสีทองและฮิสติดีนในตำแหน่งที่ใช้งานเป็นสีชมพูเข้ม การจับคู่ที่ใกล้เคียงของโครงสร้าง 3 มิติแสดงให้เห็นว่าระบบ S 2 ชิ้นส่วนนั้นพับตัวเป็นรูปแบบที่ใช้งานได้จริง ( Wyckoff et al., 1970 )
"กล่องของริชาร์ดส์"

ในปี พ.ศ. 2511 ระหว่างลาพักงานกับเดวิด ฟิลลิปส์ที่ออกซ์ฟอร์ด ริชาร์ดส์ได้พัฒนา อุปกรณ์ เปรียบเทียบเชิงแสง ขนาดใหญ่ ที่เรียกว่า "กล่องของริชาร์ดส์" (หรือ "ความบ้าคลั่งของเฟรด") ซึ่งช่วยให้นักผลึกศาสตร์สามารถสร้างแบบจำลองทางกายภาพของโครงสร้างโปรตีนได้โดยการมองแผ่นความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่ซ้อนกันผ่านกระจกสะท้อนแสงครึ่งหนึ่ง (ดูรูป) [ 25 ] [ 26 ]เมื่อสร้างความบ้าคลั่งเสร็จแล้ว เขาก็สร้างแบบจำลองอะตอมทั้งหมดของ RNase S จากทองเหลืองได้อย่างรวดเร็ว[ 6 ]นี่เป็นวิธีการที่นิยมใช้ในการสร้างแบบจำลองผลึกศาสตร์ของโปรตีนลงในความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจนถึงปลายทศวรรษ พ.ศ. 2513 เมื่อถูกแทนที่ด้วย โปรแกรม กราฟิกคอมพิวเตอร์ระดับโมเลกุลเช่น Grip-75 [ 27 ]และ Frodo [ 28 ]
ริชาร์ดส์แสดงอารมณ์ขันของเขาในการทบทวนพัฒนาการในการใช้และการสร้างกล่องริชาร์ดส์ในภายหลัง[ 29 ]เขาให้ "การแก้ไขการอ้างอิงบรรณานุกรมต้นฉบับ" พร้อมด้วยแผนภาพ สำหรับเทคนิคบนเวทีละครที่ใช้การส่องสว่างแบบเลือกและแผ่นกระจกเอียง 45° เพื่อสร้างภาพลวงตาของนางไม้แอมฟิไทรต์ที่ผุดขึ้นจากทะเลและลอยอยู่ในอากาศ หรือของอาสาสมัครผู้ชมที่สลายตัวเป็นโครงกระดูกแล้วกลับมาอีกครั้ง ริชาร์ดส์ปิดท้ายส่วนนั้นด้วยการกล่าวว่า "หากผู้เขียนทราบถึงการอ้างอิงนี้ในปี 1968 ก็คงไม่จำเป็นต้องมีคำอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับ 'ความไร้สาระ' นี้อีกต่อไป" [ 29 ]
พื้นผิวที่ตัวทำละลายสามารถเข้าถึงได้และการจัดเรียงโมเลกุล
ความสนใจทางวิทยาศาสตร์ที่ยั่งยืนที่สุดของริชาร์ดส์ในระยะยาวคือการพับและการจัดเรียงโปรตีนซึ่งศึกษาทั้งในเชิงทดลองและเชิงทฤษฎี และส่วนใหญ่มาจากมุมมองทางเรขาคณิต ดังที่จอร์จ โรสสรุปไว้ว่า "นักพับโปรตีนสามารถแบ่งออกเป็น 'ผู้ลดพลังงาน' และ 'ผู้จัดเรียง' กลุ่มแรกพยายามลดพลังงานปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมหรือกลุ่มอะตอม ในขณะที่กลุ่มหลังมุ่งเน้นไปที่เรขาคณิตที่เป็นไปได้ โดยได้รับคำแนะนำจากทั้งข้อจำกัดของปริมาตรที่ถูกกีดกันและรูปแบบโครงสร้างที่พบในโปรตีนที่มีโครงสร้างที่ทราบ" เฟรดเป็นผู้มีอิทธิพลสำคัญสำหรับกลุ่มผู้จัดเรียง ซึ่งสร้างต่อยอดจากการสังเกตของเขาเกี่ยวกับความหนาแน่น พื้นที่ และปริมาตรของการจัดเรียง[ 9 ]

ในปี พ.ศ. 2514 ริชาร์ดส์ร่วมกับบยองกุก ลี นำเสนอแนวคิดและการวัดเชิงปริมาณสำหรับพื้นผิวที่เข้าถึงตัวทำละลาย (SAS) ของกรดอะมิโนในโครงสร้างโปรตีนที่พับตัว ( Lee & Richards 1971 ) พื้นผิวนี้สร้างขึ้นโดยการลากเส้นตามจุดศูนย์กลางของลูกบอลสมมติ ซึ่งมีรัศมีเท่ากับโมเลกุลของน้ำ (กำหนดให้เป็น 1.4 Å) ขณะที่มันกลิ้งไปบนพื้นผิวแวนเดอร์วาลส์ของโปรตีน เมื่อกำหนดเช่นนี้ พื้นผิวจะต่อเนื่อง และแต่ละจุดบนพื้นผิวจะเชื่อมโยงกับอะตอมของโปรตีนที่เฉพาะเจาะจง (อะตอมที่ใกล้ที่สุด) อย่างชัดเจน คำจำกัดความของลีและริชาร์ดส์ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นมาตรฐานการวัดการเข้าถึงตัวทำละลาย ตัวอย่างเช่น เพื่อประเมินการสัมผัสต่อหน่วยย่อยเป็นเปอร์เซ็นต์ของพื้นที่ผิวที่เข้าถึงได้เทียบกับพื้นที่ผิวทั้งหมด[ 30 ]และเป็นพื้นฐานของวิธีการพื้นที่ผิวที่ถูกฝังไว้สำหรับการประมาณพลังงานของการสัมผัสระหว่างโปรตีนกับโปรตีน[ 31 ]
ในปี 1974 Richardsได้นำ การสร้าง โพลีเฮดรา Voronoiมาใช้ในเคมีโปรตีน ซึ่งเป็นผลงานที่ได้รับการทบทวนอีกครั้งโดย Gerstein และ Richards เมื่อไม่นานมานี้[ 32 ]แนวทางนี้ได้รับการนำไปใช้โดยผู้อื่นอีกมากมาย[ 33 ] [ 34 ]และได้รับการวางรากฐานทางคณิตศาสตร์อย่างมั่นคงโดยผลงานของHerbert Edelsbrunner [ 35 ] ใน ปี 1987 ร่วมกับ Jay Ponder ในฐานะส่วนหนึ่งของการสำรวจการใช้การจัดเรียงภายในของหมู่ข้างเคียงเพื่อแจกแจงลำดับที่เป็นไปได้ที่เข้ากันได้กับโครงสร้างกระดูกสันหลังของโปรตีนที่กำหนด (ซึ่งเป็นลางบอกเหตุของการวิศวกรรมและการออกแบบโปรตีน) Richards ได้พัฒนา ไลบรารี โรตา เมอร์ของหมู่ข้างเคียงเป็นครั้งแรก ( Ponder & Richards 1987 ) นับตั้งแต่นั้นมา ไลบรารีโรตาเมอร์ที่มีรายละเอียดมากขึ้น เช่นไลบรารีโรตาเมอร์ที่ขึ้นอยู่กับกระดูกสันหลัง ได้ ถูกสร้างขึ้นโดยกลุ่มวิจัยอื่นๆ โดยบางส่วนใช้สำหรับ การตรวจสอบโครงสร้างเป็นหลัก[ 36 ]และบางส่วนใช้สำหรับการสร้างแบบจำลองความคล้ายคลึงหรือ การ ออกแบบโปรตีน[ 37 ] ริชาร์ดส์ร่วมกับเครก คุนดรอต ตรวจสอบผลกระทบของความดันสูง (1,000 บรรยากาศ ) ต่อโครงสร้างโปรตีน โดยใช้ ผลึกไลโซไซม์จากไข่ไก่[ 38 ]พบว่าโครงสร้างมีความแข็งแรงต่อความดันดังกล่าว ยกเว้นการหดตัวเล็กน้อยในขนาด ในช่วงทศวรรษ 1990 ริชาร์ดส์และผู้ร่วมงานได้ใช้การผสมผสานระหว่างทฤษฎีและการทดลองเพื่อตรวจสอบว่าภายในที่อัดแน่นของโปรตีนสามารถรองรับการกลายพันธุ์ได้ อย่างไร [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]
สาขาการวิจัยอื่นๆ
ในช่วงทศวรรษ 1970 ห้องปฏิบัติการได้พัฒนาชุดฉลากทางเคมี[ 42 ]ทางเคมีแสง [43] และฉลากเชื่อมโยงข้ามสำหรับการกำหนดตำแหน่งและความสัมพันธ์ของโปรตีนในเยื่อชีวภาพ (Peters & Richards 1977) โดยมีนักศึกษาและนักวิจัยหลังปริญญาเอกหลายคนร่วมกันพัฒนา รวมถึงกลูตารัลดีไฮด์ [ 44 ]และหนึ่งในสองการใช้งานทั่วไปครั้งแรกของการโต้ตอบที่แน่นหนาเป็นพิเศษของไบโอตินกับอะวิดิน [ 6 ]ที่ยึดติดกับเฟอร์ริตินเพื่อใช้ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] ระบบ ไบโอติน-อะวิดินกลายเป็นวิธีการหลักในชีววิทยาของเซลล์ ภูมิคุ้มกันวิทยา และวิศวกรรมโปรตีน ตลอดจนกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนอย่างรวดเร็ว[ 48 ]
ร่วมกับ David Wishart และ Brian Sykes เขาได้พัฒนา ดัชนี การเปลี่ยนแปลงทางเคมี สำหรับการกำหนด โครงสร้างทุติยภูมิของโปรตีนด้วย NMR ( Wishart, Sykes & Richards 1991และWishart, Sykes & Richards 1992 ) ซึ่งยังคงถือเป็นเครื่องมือมาตรฐานในสาขา NMR [ 49 ] นอกจากนี้ ในช่วงประมาณปี 1990 Homme Hellinga ร่วมกับ Richards ได้พัฒนาเครื่องมือคำนวณเพื่อออกแบบตำแหน่งการจับโลหะในโปรตีน[ 50 ]และใช้เครื่องมือเหล่านั้นในการสร้างตำแหน่งโลหะใหม่ในthioredoxin [ 51 ]
ริชาร์ดส์ได้รับการระบุชื่อในฐานะผู้ฝากข้อมูลโครงสร้างผลึก 27 รายการในฐานข้อมูลโปรตีน (Protein Data Bank ) ซึ่งรวมถึงไรโบเอนไซม์เอส เอส ( PDB : 1RNS ) ที่ปัจจุบันเลิกใช้แล้วไลโซไซม์จาก ไข่ไก่( PDB : 2LYM )โดเมน SH3 ( PDB : 1SEM ) อะ ลาเม ทิซินที่สร้างช่องไอออน ( PDB : 1AMT ) ( Fox & Richards 1982 ) และตัวกลายพันธุ์ของไรโบเอนไซม์เอส เอส (เช่นPDB : 1RBD ;PDB : 1RBI ) ของนิวคลี เอสจากเชื้อส แตฟิโลค็อกคัส (เช่นPDB : 1NUC ;PDB : 1A2T ) และของแลมบ์ดา รีเพรสเซอร์ในเชิงซ้อนกับดีเอ็นเอ ( PDB : 1LLI )
การบริหาร การให้คำปรึกษา และกิจกรรมนอกสถานที่
ภาควิชาชีวฟิสิกส์และชีวเคมีระดับโมเลกุล (“MB&B”) [ 52 ]ที่ริชาร์ดส์ก่อตั้งและดำรงตำแหน่งประธานที่เยล ซึ่งรวมภาควิชาชีวเคมีของคณะแพทยศาสตร์และภาควิชาชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุลของมหาวิทยาลัยเข้าด้วยกัน ถือว่า “ได้รับสถานะที่โดดเด่นอย่างรวดเร็ว” [ 9 ]คณาจารย์หลายคนได้เป็นสมาชิกของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติ[ 4 ] [ 9 ] และทอมสไตทซ์ ได้รับ รางวัลโนเบลร่วมกันในปี 2009 จากโครงสร้างผลึกของไรโบโซม[ 53 ]ริชาร์ดส์เป็นที่รู้จักในฐานะที่ปรึกษาและเพื่อนที่ได้รับการยกย่องอย่างสูงจากนักศึกษา คณาจารย์ และเพื่อนร่วมงาน รวมถึงแนวทางที่ให้การสนับสนุนอย่างมากต่อผู้หญิงและชาวแอฟริกัน-อเมริกัน ตามที่นอร์มา อัลเลเวลล์ อ้างถึงในความทรงจำของจิม สตารอส[ 12 ]จอร์จ ดี. โรส เพื่อนร่วมงานของเขาเขียนว่า การบรรยายของริชาร์ดส์นั้นลึกซึ้ง ถ่ายทอดด้วยความชัดเจนและอารมณ์ขัน และมักจะกระตุ้นความคิดอย่างจงใจ และริชาร์ดส์ทำงานเพื่อพัฒนาชุมชนวิทยาศาสตร์โดยทั่วไป[ 9 ]ตัวอย่างเช่น ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 เขาเป็นผู้เขียนหลักและเป็นผู้ลงนามคนแรกในจดหมายที่เผยแพร่อย่างกว้างขวางซึ่งประสบความสำเร็จในการผลักดันนโยบายการฝากพิกัดอะตอม 3 มิติไว้ในวารสารทางวิทยาศาสตร์สถาบันสุขภาพแห่งชาติ (NIH ) และนักผลึกศาสตร์แต่ละคน[ 6 ] [ 54 ]เขายังล็อบบี้ แต่ไม่ประสบความสำเร็จมากนัก เพื่อให้ลดแรงกดดันในการตีพิมพ์โดยรวม แต่เน้นที่บทความชั้นเยี่ยมเพียงไม่กี่ฉบับ โดยให้คณะกรรมการพิจารณาเลื่อนตำแหน่งพิจารณาเฉพาะบทความสำคัญ 12 ฉบับเท่านั้น[ 6 ]
สรุปกิจกรรมด้านอาชีพ
- พ.ศ. 2497 นักวิจัยหลังปริญญาเอก NRC ห้องปฏิบัติการคาร์ลสเบิร์กประเทศเดนมาร์ก[ 8 ]
- พ.ศ. 2498 เข้าร่วม คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยเยลสาขาชีวเคมี[ 12 ]
- พ.ศ. 2506 ศาสตราจารย์และประธานภาควิชาชีวฟิสิกส์โมเลกุลที่มหาวิทยาลัยเยล[ 6 ]
- ปี 1965 บริษัทไฟเซอร์ ได้รับรางวัลพอล - ลูอิส สาขาเคมีเอนไซม์
- พ.ศ. 2511 สมาชิกสถาบันศิลปะและวิทยาศาสตร์แห่งอเมริกา[ 55 ]
- พ.ศ. 2512–2516 ดำรงตำแหน่งประธานผู้ก่อตั้งภาควิชาชีวฟิสิกส์และชีวเคมีระดับโมเลกุลที่เยล[ 6 ]
- พ.ศ. 2514 สมาชิกสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติ[ 56 ]
- พ.ศ. 2515 ประธานสมาคมชีวฟิสิกส์[ 57 ]
- พ.ศ. 2519–2534 ดำรงตำแหน่งผู้อำนวยการกองทุนวิจัยทางการแพทย์ Jane Coffin Childs [ 6 ]
- พ.ศ. 2521 รางวัล Kaj Linderstrøm-Lang สาขาเคมีโปรตีน
- พ.ศ. 2522 ประธานของASBMB [ 12 ]
- 1988 สมาคมชีวเคมีและชีววิทยาโมเลกุลแห่งอเมริกา – รางวัลเมอร์ค[ 58 ]
- 1988, Protein Society – รางวัล Stein และ Moore [ 59 ]
- 1992 สมาชิกสมาคมปรัชญาอเมริกัน[ 60 ]
- 1995 เหรียญวิทยาศาสตร์แห่งรัฐคอนเนตทิคัต[ 4 ]
บทความวิจัยที่มีการอ้างอิงสูง
บทความที่มีการอ้างอิงมากกว่า 500 ครั้ง ตามข้อมูลจาก Web of Science ณ วันที่ 18 มิถุนายน 2555: [ 61 ]
- Lee, B.; Richards, FM (1971). "การตีความโครงสร้างโปรตีน: การประมาณค่าการเข้าถึงแบบคงที่". Journal of Molecular Biology . 55 (3): 379– 400. doi : 10.1016/0022-2836(71)90324-X . PMID 5551392 .
- Richards, FM (1977). "พื้นที่ ปริมาตร การบรรจุ และโครงสร้างโปรตีน". Annual Review of Biophysics and Bioengineering . 6 : 151– 176. doi : 10.1146/annurev.bb.06.060177.001055 . PMID 326146 .
- Wishart, DS; Sykes, BD; Richards, FM (1992). "ดัชนีการเปลี่ยนแปลงทางเคมี: วิธีที่รวดเร็วและง่ายสำหรับการกำหนดโครงสร้างทุติยภูมิของโปรตีนผ่านสเปกโทรสโกปี NMR" ชีวเคมี31 ( 6): 1647– 1651. CiteSeerX 10.1.1.539.2952 . doi : 10.1021/bi00121a010 . PMID 1737021 .
- Wishart, DS; Sykes, BD; Richards, FM (1991). "ความสัมพันธ์ระหว่างค่าการเลื่อนทางเคมีของนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์และโครงสร้างทุติยภูมิของโปรตีน"วารสารชีววิทยาโมเลกุล 222 ( 2): 311– 333. doi : 10.1016/0022-2836(91)90214-Q . PMID 1960729 .
- Ponder, JW; Richards, FM (1987). "แม่แบบตติยภูมิสำหรับโปรตีน การใช้เกณฑ์การบรรจุในการนับลำดับที่อนุญาตสำหรับคลาสโครงสร้างต่างๆ" วารสารชีววิทยาโมเลกุล 193 ( 4): 775– 791. doi : 10.1016/0022-2836(87)90358-5 . PMID 2441069 .
- Richards, FM (1974). "การตีความโครงสร้างโปรตีน: ปริมาตรทั้งหมด การกระจายปริมาตรของกลุ่ม และความหนาแน่นของการบรรจุ" วารสารชีววิทยาโมเลกุล 82 ( 1): 1– 14. doi : 10.1016/0022-2836(74)90570-1 . PMID 4818482 .
- Richards, FM; Vithayathil, PJ (1959). "การเตรียมไรโบเอนไซม์ที่ดัดแปลงด้วยซับทิลิซินและการแยกส่วนประกอบของเปปไทด์และโปรตีน"วารสารเคมีชีวภาพ234 (6): 1459– 1465. doi : 10.1016/S0021-9258(18)70031-8 . PMID 13654398 .
- Fox, RO; Richards, FM (1982). "แบบจำลองช่องไอออนที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าที่อนุมานจากโครงสร้างผลึกของอะลาเมทิซินที่ความละเอียด 1.5 Å" Nature . 300 (5890): 325– 330. Bibcode : 1982Natur.300..325F . doi : 10.1038/300325a0 . PMID 6292726 . S2CID 4278453 .
- Peters, K.; Richards, FM (1977). "การเชื่อมโยงทางเคมี: สารเคมีและปัญหาในการศึกษาโครงสร้างเยื่อหุ้มเซลล์". วารสารชีวเคมีประจำปี . 46 : 523– 551. doi : 10.1146/annurev.bi.46.070177.002515 . PMID 409338 .
- Wyckoff, HW; Tsernoglou, D.; Hanson, AW; Knox, JR; Lee, B.; Richards, FM (1970). "โครงสร้างสามมิติของไรโบเอนไซม์-S การตีความแผนที่ความหนาแน่นอิเล็กตรอนที่ความละเอียดระบุ 2 Å"วารสารเคมีชีวภาพ 245 ( 2): 305– 328. doi : 10.1016/S0021-9258(18)63395-2 . PMID 5460889 .
อ่านเพิ่มเติม
- เบน ลิลลี, "สิ่งที่วิกิพีเดียสอนฉันเกี่ยวกับคุณปู่ของฉัน," เดอะแอตแลนติก, 18 พฤศจิกายน 2014
พอดแคสต์
- เบน ลิลลี, "ความจริงเกี่ยวกับคุณปู่ของผม," "เดอะ สตอรี่ คอลไลเดอร์," 26 สิงหาคม 2016
ลิงก์ภายนอก
- ชีวประวัติของริชาร์ดใน Proteopedia โดย Eric Martz
- ภาควิชาชีวฟิสิกส์และชีวเคมีระดับโมเลกุล มหาวิทยาลัยเยล
- ต้นไม้เคมี
- โรเบิร์ต แอล. บอลด์วิน และ จอร์จ ดี. โรส, "เฟรเดอริก เอ็ม. ริชาร์ดส์", บันทึกชีวประวัติของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (2014)