صفحه تمرین ۶ مصطفی

از این صفحه تمرین می‌توانید استفاده کنید. جدید است.

جان ای. واکر
متولد	۷ ژانویه ۱۹۴۱
ملیت	بریتانیایی

سر جان ارنست واکر (John Ernest Walker؛ زادهٔ ۷ ژانویهٔ ۱۹۴۱) زیست‌شیمیدان و پژوهشگر بریتانیایی است که بخش عمدهٔ فعالیت علمی خود را در دانشگاه کمبریج و آزمایشگاه زیست‌شناسی مولکولی شورای تحقیقات پزشکی بریتانیا انجام داده است. او به‌سبب پژوهش‌هایش دربارهٔ سازوکار تولید آدنوزین تری‌فسفات (ATP) و آنزیم ATP سنتاز شناخته می‌شود. واکر در سال ۱۹۹۷ به‌طور مشترک با پل دی. بایر نیمی از جایزه نوبل شیمی را دریافت کرد؛ نیمهٔ دیگر جایزه به‌طور جداگانه به ینس کریستین اسکو تعلق گرفت. عنوان رسمی جایزه برای واکر و بایر «برای روشن‌کردن سازوکار آنزیمی زیربنای سنتز آدنوزین تری‌فسفات (ATP)» بود.

زندگی و تحصیلات

جان ارنست واکر در ۷ ژانویهٔ ۱۹۴۱ در هالیفاکس در یورک‌شر انگلستان، در خانوادهٔ توماس ارنست واکر و السی واکر (با نام خانوادگی پیش از ازدواج لاوتن) به دنیا آمد.

واکر در سال ۱۹۶۰ وارد کالج سنت کاترین در دانشگاه آکسفورد شد و در سال ۱۹۶۴ مدرک کارشناسی خود را در شیمی دریافت کرد. او سپس در آکسفورد به پژوهش ادامه داد و در سال ۱۹۶۹ مدرک DPhil خود را گرفت.

پس از پایان دورهٔ دکتری، واکر در فاصلهٔ ۱۹۶۹ تا ۱۹۷۱ به‌عنوان پژوهشگر پسادکتری در دانشگاه ویسکانسین در مدیسن ایالات متحده فعالیت کرد. سپس در سال‌های ۱۹۷۱ تا ۱۹۷۲ به‌عنوان پژوهشگر بنیاد ناتو در مرکز ملی پژوهش‌های علمی فرانسه (CNRS) در ژیف-سور-ایوت و در سال‌های ۱۹۷۲ تا ۱۹۷۴ به‌عنوان پژوهشگر EMBO در انستیتو پاستور پاریس فعالیت داشت.

فعالیت پژوهشی در کمبریج

در سال ۱۹۷۴ واکر به آزمایشگاه زیست‌شناسی مولکولی شورای تحقیقات پزشکی در کمبریج پیوست. او ابتدا در زمینهٔ تعیین توالی پروتئین‌ها و بررسی پروتئین‌های مرتبط با غشا فعالیت کرد. پژوهش‌های او در این دوره به مطالعهٔ ژنوم میتوکندری و ویژگی‌های رمز ژنتیکی میتوکندری نیز انجامید.

یکی از نقاط عطف زندگی علمی واکر آشنایی او با فردریک سنگر بود. سنگر، برندهٔ دو جایزهٔ نوبل، در شکل‌گیری مسیر پژوهشی واکر در کمبریج نقش داشت. واکر بعدها تمرکز خود را به مسئلهٔ تبدیل انرژی شیمیایی مواد غذایی به ATP معطوف کرد؛ مولکولی که یکی از مهم‌ترین حامل‌های انرژی در سلول‌های زنده است.

پژوهش دربارهٔ ATP سنتاز

ATP سنتاز یک دستگاه مولکولی پیچیده است که در میتوکندری، باکتری‌ها و کلروپلاست‌ها یافت می‌شود و در تولید ATP نقش دارد. این آنزیم انرژی حاصل از نیروی محرکهٔ پروتون در غشا را به سنتز ATP از ADP و فسفات پیوند می‌دهد.

پژوهش‌های واکر به‌ویژه بر تعیین ساختار و سازوکار این آنزیم متمرکز شد. او و همکارانش در سال ۱۹۹۴ ساختار با وضوح اتمی بخش کاتالیزوری F1 از ATP سنتاز میتوکندری قلب گاو را با استفاده از بلورشناسی پرتو ایکس تعیین کردند. این ساختار نشان داد که بخش مرکزی آنزیم دارای سازوکاری چرخشی است و شواهد ساختاری مهمی برای مدل کاتالیز چرخشی فراهم کرد.

در این مدل، جریان پروتون از بخش غشایی آنزیم موجب چرخش بخش‌هایی از دستگاه مولکولی می‌شود. این حرکت مکانیکی به تغییر شکل بخش‌های کاتالیزوری و در نهایت تولید ATP منجر می‌شود. پژوهش‌های واکر به تبدیل ایدهٔ یک «ماشین مولکولی» به مدلی مبتنی بر شواهد ساختاری کمک کرد.

بر اساس توضیح واحد زیست‌شناسی میتوکندری شورای تحقیقات پزشکی، روتور مرکزی ATP سنتاز هنگام سنتز ATP می‌تواند حدود ۱۵۰ بار در ثانیه بچرخد. این فرایند در مقیاس زیستی، یکی از نمونه‌های مهم تبدیل انرژی شیمیایی و الکتروشیمیایی به حرکت و سپس به انرژی شیمیایی ذخیره‌شده در ATP است.

جایزه نوبل شیمی ۱۹۹۷

در سال ۱۹۹۷ جایزهٔ نوبل شیمی به‌صورت مشترک به جان واکر و پل دی. بایر برای روشن‌کردن سازوکار آنزیمی زیربنای سنتز ATP و به ینس کریستین اسکو برای کشف نخستین آنزیم انتقال‌دهندهٔ یون، یعنی Na⁺/K⁺-ATPase، اعطا شد.

اهمیت کار واکر در این زمینه در آن بود که پژوهش ساختاری او شواهد مستقیمی دربارهٔ معماری مولکولی ATP سنتاز فراهم کرد. نتایج او با سازوکار «تغییر حالت اتصال» که پل بایر برای توضیح تولید ATP پیشنهاد کرده بود، سازگار بود و به درک سازوکار چرخشی این آنزیم کمک کرد.

این کشف اهمیت بنیادی داشت، زیرا ATP در بسیاری از فرایندهای زیستی به‌عنوان حامل انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین پژوهش واکر فقط دربارهٔ یک آنزیم خاص نبود، بلکه به یکی از پرسش‌های اساسی زیست‌شیمی مربوط می‌شد: سلول‌ها چگونه انرژی موجود در مواد غذایی را به شکلی قابل استفاده برای فرایندهای زیستی تبدیل می‌کنند؟

فعالیت‌های علمی پس از نوبل

واکر پس از دریافت نوبل نیز پژوهش دربارهٔ ATP سنتاز را ادامه داد. در سال ۱۹۹۸ به‌عنوان مدیر واحد تغذیهٔ انسانی MRC Dunn در کمبریج منصوب شد؛ این واحد بعدها با تمرکز بر پژوهش‌های میتوکندریایی به واحد زیست‌شناسی میتوکندری شورای تحقیقات پزشکی تبدیل شد. واکر تا سال ۲۰۱۳ مدیر این واحد بود و پس از آن به‌عنوان مدیر بازنشسته و رهبر گروه پژوهشی به فعالیت علمی ادامه داد.

پژوهش‌های بعدی گروه واکر شامل بررسی ساختار و عملکرد ATP سنتاز، چگونگی ساخته‌شدن و سرهم‌بندی این مجموعهٔ پروتئینی در میتوکندری انسان و نقش احتمالی آن در فرایندهای مرتبط با مرگ سلولی بوده است.

یکی از جهت‌گیری‌های پژوهشی مهم این گروه، مقایسهٔ ATP سنتاز انسان و باکتری‌ها بوده است. هدف این پژوهش‌ها، از جمله، شناسایی تفاوت‌هایی است که بتوان از آنها برای طراحی داروهایی علیه باکتری‌های بیماری‌زا استفاده کرد، بدون آنکه ATP سنتاز انسانی به همان شکل هدف قرار گیرد.

در سال ۲۰۲۱، واکر و همکارانش ساختار ATP سنتاز باکتری مایکوباکتریوم را بررسی کردند. این پژوهش جزئیات ساختاری و مکانیکی بیشتری دربارهٔ آنزیم در این باکتری فراهم کرد و ویژگی‌هایی را شناسایی کرد که می‌توانند در طراحی داروهای جدید برای مقابله با سل و سویه‌های مقاوم به درمان مورد توجه قرار گیرند.

سمت‌ها و افتخارات

واکر در سال ۱۹۸۴ به عضویت سازمان زیست‌شناسی مولکولی اروپا (EMBO) درآمد و در سال ۱۹۹۵ به عضویت انجمن سلطنتی بریتانیا (Royal Society) انتخاب شد. او در سال ۱۹۹۷ جایزهٔ نوبل شیمی را دریافت کرد و در سال ۱۹۹۹ به‌دلیل خدماتش به زیست‌شناسی مولکولی به مقام شوالیه رسید.

از دیگر افتخارات او می‌توان به مدال کوپلی انجمن سلطنتی در سال ۲۰۱۲ اشاره کرد. این مدال به‌دلیل فعالیت‌های بنیادی او در زمینهٔ زیست‌انرژی و کشف سازوکار سنتز ATP در میتوکندری به او اعطا شد.

او همچنین عضو یا عضو افتخاری شماری از نهادهای علمی بین‌المللی، از جمله آکادمی علوم پزشکی بریتانیا، فرهنگستان‌های علمی هلند و نیوزیلند و آکادمی ملی علوم ایالات متحده بوده است.

میراث علمی

مهم‌ترین میراث علمی جان واکر روشن‌شدن ساختار و سازوکار یکی از بنیادی‌ترین ماشین‌های مولکولی حیات، یعنی ATP سنتاز، است. پژوهش‌های او نشان داد که تولید ATP را می‌توان بر پایهٔ یک سازوکار مکانیکی-مولکولی توضیح داد که در آن جریان پروتون با حرکت چرخشی اجزای پروتئینی و سپس با سنتز ATP مرتبط می‌شود.

اهمیت این دستاورد تنها به زیست‌شیمی محدود نیست. ATP سنتاز نمونه‌ای برجسته از یک ماشین مولکولی طبیعی است و مطالعهٔ آن درک دانشمندان از تبدیل انرژی، ساختار پروتئین‌ها، زیست‌انرژی و عملکرد میتوکندری را گسترش داده است.

تداوم پژوهش‌های واکر دربارهٔ ساختار ATP سنتاز در انسان و باکتری‌ها همچنین نشان می‌دهد که کار او پس از دریافت نوبل به یک نتیجهٔ تاریخی محدود نماند، بلکه به پژوهش‌های ساختاری و زیست‌پزشکی جدید دربارهٔ بیماری‌های میتوکندریایی و اهداف دارویی باکتریایی نیز پیوند خورد.

آثار و پژوهش‌های شاخص

از مهم‌ترین دستاوردهای پژوهشی مرتبط با گروه واکر می‌توان به تعیین ساختار اتمی بخش F1 از ATP سنتاز میتوکندریایی در سال ۱۹۹۴ اشاره کرد؛ پژوهشی که نقش مهمی در توضیح سازوکار چرخشی این آنزیم داشت.

پژوهش‌های بعدی گروه او به ساختار کامل‌تر ATP سنتاز، ساختار زیرواحدهای مختلف، نحوهٔ سرهم‌بندی ATP سنتاز انسانی و ساختار آنزیم در باکتری‌ها گسترش یافت.

جستارهای وابسته

• جایزه نوبل شیمی
• پل دی. بایر
• ینس کریستین اسکو
• آدنوزین تری‌فسفات
• ATP سنتاز
• میتوکندری
• دانشگاه کمبریج
• دانشگاه آکسفورد
• فردریک سنگر

منابع

• John E. Walker – Biographical، بنیاد نوبل
• Sir John Walker، Royal Society
• John Walker – Further Biographical Details، MRC Mitochondrial Biology Unit
• ATP Synthase، MRC Mitochondrial Biology Unit
• Evolution of the Structure of ATP Synthase، MRC Mitochondrial Biology Unit
• The Biogenesis and Assembly of the Human ATP Synthase، MRC Mitochondrial Biology Unit
• Cambridge Nobel Laureates، University of Cambridge