亚历山大·托德:构建DNA骨架的化学家
1949年,在剑桥大学的一个实验室里,亚历山大·托德合成了三磷酸腺苷(ATP),这是一种在每个活细胞内携带可用能量的分子。两年后,他确定了DNA骨架是如何缝合在一起的,即糖环的3位和5位碳原子通过磷酸连接。当沃森和克里克在1953年揭示双螺旋结构时,托德的化学研究正是其赖以支撑的脚手架。他在31岁时就已成为自弗兰克兰以来英国最年轻的化学教授。
格拉斯哥的起点
亚历山大·罗伯图斯·托德于1907年10月2日出生在格拉斯哥郊外的卡斯卡特,是格拉斯哥地铁职员亚历山大·托德与简·洛里的长子。他曾就读于艾伦格伦学校,随后进入格拉斯哥大学,于1928年获得化学学士学位。
随后,他做了当时极少数英国化学家会做的事:他离开了。他在法兰克福歌德大学获得了1931年的博士学位,论文主题是胆汁酸化学,从源头上吸收了德国结构有机化学的传统。回到英国后,凭借1851年研究奖学金,他于1933年在牛津大学奥里尔学院获得了第二个博士学位(DPhil)。26岁时,他已在世界上最强大的两个化学文化中接受了双重训练。
快速崛起
托德于1934年加入爱丁堡大学任职。1937年,他与诺贝尔奖得主亨利·哈利特·戴尔的女儿艾莉森·莎拉·戴尔结婚;他们育有三个孩子:亚历山大·亨利、海伦·简和希拉里·艾莉森。1938年,曼彻斯特大学授予他塞缪尔·霍尔化学讲座教授职位。他当时31岁,是自爱德华·弗兰克兰以来担任英国化学讲座教授最年轻的人。同年,他在加州理工学院担任了六个月的客座教授,并拒绝了该校提供的终身教职。他要在英国建立自己的学派。
1944年,剑桥大学选举他担任1702年设立的化学讲座教授,他担任该职长达27年,直至1971年退休。重要的工作就是在那里完成的。
研究工作
托德选择了当时最不引人注目但影响最深远的目标:核苷酸、核苷和核苷酸辅酶——这是组装DNA和RNA的单个化学单元,也是细胞移动能量的分子。在20世纪40年代,没有人能纯净地制造它们,而除非你能构建一个分子,否则你不能声称理解它。
1949年,他的团队合成了三磷酸腺苷和黄素腺嘌呤二核苷酸。ATP是生物学中通用的能量货币;FAD是细胞呼吸核心的载体。在实验室中生产出这两种物质,无可辩驳地确定了它们的结构,并为生物化学提供了纯净、明确的材料进行研究。
1951年,结构研究成果出炉。托德的团队通过化学手段展示了DNA骨架是如何连接的:一个糖的3位碳原子与下一个糖的5位碳原子通过磷酸桥连接。两年后,沃森和克里克基于X射线的双螺旋模型出现,并得到了该化学研究的证实。螺旋只是一种形状;托德提供了使这种形状成为可能的共价语法。
他继续前进。1955年,他协助阐明了维生素B12的结构,这是已知结构最复杂的维生素,尽管最终公式是由多萝西·霍奇金通过晶体学确定的。他研究了维生素B1和维生素E、花朵和果实颜色的花青素色素以及大麻生物碱;1940年,他成为第一个通过氢化大麻二酚制造出H4-CBD和H2-CBD的人。
荣誉
皇家学会于1942年选举他为院士。他于1954年被封为爵士,同年他还在麻省理工学院担任阿瑟·D·利特尔客座教授,此前他曾于1948年在圣母大学担任纽兰讲师。美国国家科学院于1955年接纳他为成员,美国艺术与科学学院于1957年接纳他为成员——那一年,他因“在核苷酸和核苷酸辅酶方面的工作”获得了诺贝尔化学奖。美国哲学学会于1965年接纳他。1977年,女王任命他为功绩勋章获得者,这是英国最受限制的荣誉。四十多所大学授予他荣誉学位。
公共化学家
托德的第二职业是机构管理。从1952年到1964年,他担任英国政府科学政策咨询委员会主席,这是战后英国决定资助哪些科学研究的机构。1962年,他被封为终身贵族,即特兰平顿的托德男爵。他曾于1963年至1978年担任剑桥大学基督学院院长,从1965年起担任斯特拉斯克莱德大学首任校长,并于1975年至1980年担任皇家学会会长——这在英国科学界的指挥岗位中是罕见的。他是1981年世界文化理事会的创始成员,并于1978年至1986年在哈特菲尔德理工学院担任客座教授,年过七旬仍在授课。
晚年
他的妻子艾莉森于1987年去世。托德于1997年1月10日在剑桥因心脏病发作去世,享年89岁。皇家化学学会后来在他工作过的剑桥化学系放置了一块蓝色牌匾。
为什么托德很重要
分子生物学的革命通常是通过物理学家和晶体学家的视角来叙述的。如果没有能够拆解遗传分子并将其重新组装起来的化学家,这一切就不可能发生。托德是其中最伟大的一位。他制造了ATP。他定义了贯穿每条染色体长度的连接方式。他领导的部门为该领域提供了人才和方法。他通过一个键一个键地构建,正确地掌握了生命信息的化学本质。
