Уильямс, Дадли Ховард

Дадли Ховард Уильямс
Дадли Ховард Уильямс
	англ. Dudley Howard Williams
Дата рождения	25 мая 1937
Место рождения	Фарсли, Великобритания
Дата смерти	3 ноября 2010 (73 года)
Место смерти	Кембридж, Великобритания
Страна	Великобритания
Род деятельности	химик, биохимик, преподаватель университета
Научная сфера	химия
Место работы	Стэнфордский университет, Кембриджский университет
Альма-матер	Лидсский университет;
Учёная степень	доктор философии (PhD)
Учёное звание	профессор
Награды и премии	член Лондонского королевского общества (17 марта 1983) премия Корде – Моргана[вд] (1968) премия и медаль Мелдолы[вд] (1966) премия Тильдена[вд] (1983) премия Бадера[вд] (1990)

Дадли Ховард Уильямс (англ. Dudley Howard Williams; 25 мая 1937, Фарсли, Йоркшир — 3 ноября 2010, Кембридж) — английский биохимик, один из основоположников методов ядерного магнитного резонанса (ЯМР), масс-спектрометрии (МС) и молекулярного распознавания. Установил структуру и механизм действия семейства ванкомициновых антибиотиков. Профессор Кембриджского университета (1996), член Лондонского королевского общества (1983), лауреат премий Бадера (1991) и Лео Френда (1996).

Биография

Дадли Ховард Уильямс родился 25 мая 1937 года в деревне Фарсли, Йоркшир. Уже в школьные годы Уильямс проявлял интерес к физике и химии, увлекался спортом: любил играть в футбол и крикет, был капитаном школьной команды.

В 1958 году в Лидском университете Уильямс получил первую степень бакалавра по химии. Вскоре в 1961 году защитил докторскую диссертацию по синтезу витамина D и родственных ему соединений.

В 1961 году перешёл в Стэнфордский университет (США), где изучал применение ЯМР и МС на структурах стероидных соединений, изучал влияние структуры и природы функциональных групп на положение сигналов химических сдвигов, величины констант спин-спинового взаимодействия в ЯМР и характер фрагментации в масс-спектрах.

В 1964 году Уильямс возвращается в Великобританию, получает младшую должность в Кембриджском университете, в колледже Черчилль, в котором он остаётся работать вплоть до пенсии. В том же году он пишет свой первый учебник «Спектроскопические методы в органической химии», ставший впоследствии очень популярным и переведённым на семь языков. В 1983 году становится членом Лондонского королевского общества. В 1996 году получает звание профессора биологической химии.

В 2004 году Уильямс ушёл на пенсию, стал проводить много времени с семьёй и писать книгу, начатую ещё в середине 1980-х годах, «Проверка истины», которая была опубликована в 2013 году после его кончины.

Летом 2010 года у Уильямса была диагностирована агрессивная карцинома печени. Вскоре, 3 ноября, Дадли Уильямс умер в хосписе Кембриджа^[1].

Научные исследования

ЯМР-спектроскопия

В начале 1960-х годов метод ЯМР-спектроскопии находился на стадии разработки. Большинство химиков-органиков не знали о данном виде анализа и потенциале его использования, использовали альтернативные методы для установления структур соединений.

Во время работы в Стэнфордском университете, Уильямс изучал применимость данного метода для анализа стероидных структур, влияние электронных факторов и геометрии соединений на положение химических сдвигов, величины констант спин-спинового взаимодействия. Им было установлено, что различные ароматические растворители могут образовывать временные комплексы с молекулами стероидов, что приводит к изменению позиции ЯМР сигнала. В результате было показано, что таким образом возможно разрешить накладывающиеся друг на друга сигналы, увеличить информативность ЯМР спектра^[2]^[3].

В 1969 году, во время работы в Кембриджском университете, Д.Уильямс обнаружил, что использование различных комплексов лантаноидов, названных впоследствии реагентами сдвига, приводит к изменению позиций ЯМР сигналов. Эффект таких реагентов аналогичен замене растворителей, однако смещение сигналов происходит намного сильнее, что приводит к ещё большему разрешению и большей информативности ЯМР спектра^[4]^[5]. В последующие два года Уильямс использовал данный реагент для установления структуры антибиотика эхиномицина^[6].

Масс-спектрометрия

Начиная с 1961 года Уильямс начал изучать масс-спектрометрию. В своих работах он хотел установить взаимосвязь между структурой соединения и получаемой в результате эксперимента фрагментацией. Уильямс использовал обширную коллекцию стероидов, содержащих разные функциональные группы. Для изучения механизмов фрагментации в исследуемых молекулах были заменены в определённых местах атомы водорода на атом дейтерия. В полученных фрагментах дейтерий выступал в качестве метки, однозначно указывая на положение фрагмента в исходной молекуле^[7]^[8].

После переезда в Кембридж Уильямс занялся изучением механизмов медленных мономолекулярных газофазных реакций, происходящих в результате фрагментации метастабильных ионов. В результате данных исследований был опубликован ряд работ о механизмах перециклических реакций, запрещенных по симметрии^[9]^[10].

В начале 1970-х годов Уильямс начинает изучение механизма активации витамина D. Меченный тритием в позиции C₁ витамин D скармливался крысам, больным рахитом. После выделения метаболитов и проведения МС анализа ученый обнаружил, что в фрагментах молекулы отсутствует тритиевая метка. В результате работы Уильямс установил, что неактивная форма витамина D дважды гидроксилируется в организме: сначала в печени, а затем в почках до 1,25-дигидрокси формы. Как оказалось, именно этот метаболит отвечает за всасывание кальция в кровоток и необходим для формирования здоровых костей. Это открытие стало первым шагом на пути к созданию лекарства от почечной недостаточности.

В 1979 году Уильямс собирает прототип масс-спектрометра с новым методом ионизации: масс-спектрометр с бомбардировкой быстрыми атомами. В результате стал возможен анализ крайне сложных соединений: полярных антибиотиков, нуклеозидов и пептидов. Данный метод оказался крайне полезен при секвенировании биологически активных пептидов. Результатом данных работ стал ряд крайне цитируемых статей^[11]^[12]^[13].

Дальнейшее развитие методов ионизации МС позволило Уильямсу изучить взаимодействия, возникающие в процессе связывания белков с лигандами. Используя водородно-дейтериевый обмен, ученый показал, что в результате связывания происходит «структурное сжатие», повышается плотность упаковки белка. На основании данных экспериментов Уильямс объяснил высокое сродство белков к лигандам^[14].

Ванкомициновые антибиотики и молекулярное распознавание

В 1969 году Уильямс начинает работу по исследованию структуры ванкомицина — мощного природного антибиотика. После сорока лет работы он смог собрать многочисленные данные (кристаллографические и термодинамические данные, ЯМР и МС спектры), что позволило ему не только однозначно установить структуру ванкомицина и родственных ему соединений, но и установить взаимодействия, ведущие к молекулярному распознаванию и антибиотической активности^[15].

Семья и дети

Уильямс женился 9 марта 1963 года на Лорне Патриции Филлис (Пэт) Бедфорд. Они познакомились в 1960 году в Лидском университете, где Пэт работала секретарем химического факультета.

В 1966 году у них родился Марк, а позднее, в 1969 второй сын Саймон. Уильямс часто путешествовал вместе с женой и детьми. Они очень любили катание на лыжах, кемпинг и скалолазание; часто играли в своем саду в снукер, крикет и сквош.

После выхода на пенсию у Уильямса появилась возможность гораздо больше времени проводить с семьей. Он часто играл с тремя внучками, а также устраивал вечерние концерты на фортепиано^[1].

Личные качества, увлечения

Уильямс был крайне увлеченным ученым: его беседы всегда касались тем его научных работ. Несмотря на это, он часто любил шутить со своими учениками и коллегами, писал насмешливые, но всегда добрые стихи о них.

В своей педагогической деятельности Д.Уильямс всегда стремился выработать у своих учеников нестандартное мышление. Он считал, что не бывает глупых вопросов, всегда подчеркивал, что важно уметь правильно задавать вопросы и отвечать на них^[1].

Отец Уильямса часто играл на фортепиано, также обучил игре своего сына. Впоследствии Уильямс стал опытным пианистом, сохранил свою любовь к игре на протяжении всей своей жизни.

Почести и награды

1966 Медаль Мельдолы, Королевский химический институт.
1968 Медаль Корде-Моргана, Химическое общество.
1983 член Королевского общества, медаль Тилдена, Королевское химическое общество.
1984 Премия в области структурной химии, Королевское химическое общество.
1990 Academia Europaea.
1991 Премия Бадера, Королевское химическое общество.
1996 Премия Лео Френда, Американское химическое общество.

Примечания

↑ ¹ ² ³ ⁴ Sanders J.K.M., Robinson D.C.V. Dudley Howard Williams // Biogr. Mems Fell. R. Soc., 2017, v. 63, p. 567—583.
↑ Williams D.H., Bhacca N.S. Solvent effects in NMR spectroscopy—III: Chemical shifts induced by benzene in ketones // Tetrahedron, 1965, v. 21, p. 2021—2028.
↑ Bhacca N. S., Williams D. H. Applications of NMR Spectroscopy in Organic Chemistry. San Francisco: Holden-Day, 1964.
↑ Sanders J.K.M., Williams D.H. A shift reagent for use in nuclear magnetic resonance spectroscopy. A first-order spectrum of n-hexanol // J. Chem. Soc. Chem. Comm., 1970, v. 7, p. 422—423.
↑ Hinckley C.C. Paramagnetic shifts in solutions of cholesterol and the dipyridine adduct of trisdipivalomethanatoeuropium(III). A Shift Reagent // J. Am. Chem. Soc., 1969, v. 91, p. 5160-5162.
↑ Dell A., Williams D.H., Morris H.R. Structure revision of the antibiotic echinomycin // J. Am. Chem. Soc., 1975, v. 97, p. 2497—2502.
↑ Budzikiewicz H., Djerassi C., Williams D.H. Interpretation of mass spectra of organic compounds. San Francisco: Holden-Day, 1964.
↑ Budzikiewicz H., Djerassi C., Williams D.H. Structural elucidation of natural products by mass spectrometry. San Francisco: Holden-Day, 1964, v.1, 2.
↑ Williams D.H. A transition-state probe // Acc. Chem. Res., 1977, v. 10, p. 280—286.
↑ Bowen R.D., Williams D.H., Schwarz H. The Chemistry of Isolated Cations // Angew. Chem. Int. Edit., 1979, v. 18, p. 451—461.
↑ Williams D.H., Bradley C., Bojesen G. Fast atom bombardment mass spectrometry: a powerful technique for the study of polar molecules // J. Am. Chem. Soc., 1981 v. 103, p. 5700-5702.
↑ Aitken A., Cohen P., Santikarn S., Williams D.H. Identification of the NH2‐terminal blocking group of calcineurin B as myristic acid // FEBS Lett., 1982 v. 150, p. 314—318.
↑ Giovannini M.G., Poulter L., Gibson B.W., Williams D.H.. Biosynthesis and degradation of peptides derived from Xenopus laevis prohormones // Biochem. J., 1987, v. 243, p. 113—120.
↑ Williams D.H. Enzyme catalysis from improved packing in their transition-state structures // Curr. Opin. Chem. Biol., 2010, v. 14, p. 666—670.
↑ Williams D.H., Bardsley B. The Vancomycin Group of Antibiotics and the Fight against Resistant Bacteria // Angew. Chem. Int. Edit., 1999, v. 38, p. 1172—1193.

[a-1] ¹ ² ³ ⁴ Sanders J.K.M., Robinson D.C.V. Dudley Howard Williams // Biogr. Mems Fell. R. Soc., 2017, v. 63, p. 567—583.

[2] Williams D.H., Bhacca N.S. Solvent effects in NMR spectroscopy—III: Chemical shifts induced by benzene in ketones // Tetrahedron, 1965, v. 21, p. 2021—2028.

[3] Bhacca N. S., Williams D. H. Applications of NMR Spectroscopy in Organic Chemistry. San Francisco: Holden-Day, 1964.

[4] Sanders J.K.M., Williams D.H. A shift reagent for use in nuclear magnetic resonance spectroscopy. A first-order spectrum of n-hexanol // J. Chem. Soc. Chem. Comm., 1970, v. 7, p. 422—423.

[5] Hinckley C.C. Paramagnetic shifts in solutions of cholesterol and the dipyridine adduct of trisdipivalomethanatoeuropium(III). A Shift Reagent // J. Am. Chem. Soc., 1969, v. 91, p. 5160-5162.

[6] Dell A., Williams D.H., Morris H.R. Structure revision of the antibiotic echinomycin // J. Am. Chem. Soc., 1975, v. 97, p. 2497—2502.

[7] Budzikiewicz H., Djerassi C., Williams D.H. Interpretation of mass spectra of organic compounds. San Francisco: Holden-Day, 1964.

[8] Budzikiewicz H., Djerassi C., Williams D.H. Structural elucidation of natural products by mass spectrometry. San Francisco: Holden-Day, 1964, v.1, 2.

[9] Williams D.H. A transition-state probe // Acc. Chem. Res., 1977, v. 10, p. 280—286.

[10] Bowen R.D., Williams D.H., Schwarz H. The Chemistry of Isolated Cations // Angew. Chem. Int. Edit., 1979, v. 18, p. 451—461.

[11] Williams D.H., Bradley C., Bojesen G. Fast atom bombardment mass spectrometry: a powerful technique for the study of polar molecules // J. Am. Chem. Soc., 1981 v. 103, p. 5700-5702.

[12] Aitken A., Cohen P., Santikarn S., Williams D.H. Identification of the NH2‐terminal blocking group of calcineurin B as myristic acid // FEBS Lett., 1982 v. 150, p. 314—318.

[13] Giovannini M.G., Poulter L., Gibson B.W., Williams D.H.. Biosynthesis and degradation of peptides derived from Xenopus laevis prohormones // Biochem. J., 1987, v. 243, p. 113—120.

[14] Williams D.H. Enzyme catalysis from improved packing in their transition-state structures // Curr. Opin. Chem. Biol., 2010, v. 14, p. 666—670.

[15] Williams D.H., Bardsley B. The Vancomycin Group of Antibiotics and the Fight against Resistant Bacteria // Angew. Chem. Int. Edit., 1999, v. 38, p. 1172—1193.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]