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Alfred G. Redfield

Alfred G. Redfield (11 de marzo de 1929 - 24 de julio de 2019) fue un físico y bioquímico estadounidense. En 1955 publicó la teoría de relajación de Redfield , trasladando efect...

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Alfred G. Redfield (11 de marzo de 1929 - 24 de julio de 2019) fue un físico y bioquímico estadounidense. En 1955 publicó la teoría de relajación de Redfield , trasladando efectivamente la práctica de la RMN o resonancia magnética nuclear del ámbito de la física clásica al ámbito de la física semiclásica . [2] Continuó encontrando nuevas aplicaciones de resonancia magnética para resolver problemas del mundo real a lo largo de su vida.

Redfield obtuvo su licenciatura en Harvard College (licenciatura en 1950, maestría en 1952) y en la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign (doctorado en 1953). Como posdoctorado trabajó con Nicolaas Bloembergen en Harvard , donde publicó por primera vez la teoría de relajación de Redfield. El Laboratorio de Computación Científica Watson de IBM lo contrató en 1955 y enseñó en Columbia . Allí publicó su trabajo más importante, la ecuación de relajación de Redfield.

En 1971 publicó experimentos que ayudaron a descorrer el velo de las moléculas de H2O de los átomos hasta entonces invisibles en las grandes moléculas biológicas. [3] Continuó innovando técnicas específicas de RMN para ver la estructura molecular de los ácidos nucleicos y las enzimas. A principios de 1996, la comunidad de ciclado de campo de RMN comenzó a darse cuenta de que la RMN lenta tenía una ventaja sobre la cristalografía de rayos X para observar la dinámica de las grandes moléculas biológicas (macromoléculas), [4] que no se pueden capturar mediante RMN de alta energía o cristalografía. En 1996 publicó un artículo que exploraba el ciclado de campo como una forma de estudiar las macromoléculas con más detalle. [5] [6] [7] [8] Publicó su primer artículo utilizando el isótopo de fósforo 31 P para sondear los fosfolípidos en 2004. [9]

Se convirtió en miembro de la Sociedad Estadounidense de Física en 1959, fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias en 1979 y nombrado miembro de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias (AAAS) en 1983. Redfield recibió el Premio Max Delbruck de la Sociedad Estadounidense de Física en 2006. [1] En 2007 fue reconocido con el Premio Russell Varian por contribuir con la teoría de relajación de Redfield al campo de la resonancia magnética nuclear. [10] [11]

Redfield desciende de una familia de científicos pioneros, entre ellos su padre, Alfred C. Redfield , su segundo tatarabuelo, William Charles Redfield , y su bisabuelo, el naturalista John Howard Redfield .

Carrera e investigación

Trabajos iniciales sobre la saturación por resonancia de RMN en sólidos y la teoría de relajación de Redfield

Investigaciones más tempranas

Charles P. Slichter escribió que "en 1955, Redfield demostró que la teoría convencional de la saturación no explicaba adecuadamente los hechos experimentales de la resonancia nuclear en sólidos... [Redfield] demostró que el enfoque convencional desafiaba esencialmente la segunda ley de la termodinámica. [12] " [13]

Redfield estudió RMN con Charles Pence Slichter , colaborando en los primeros experimentos de superconductividad en la Universidad de Illinois, [14] Urbana y publicó la Teoría de Redfield como posdoctorado con Nicolaas Bloembergen en Harvard. [15] Al principio estudió la eliminación de electrones en argón, hidrógeno y criptón, y el movimiento de electrones en fotoconductores, incluida su tesis doctoral sobre el efecto Hall en diamantes y cristales de sal. [16]

Después de su trabajo innovador sobre la teoría de la relajación, continuó produciendo artículos sobre la relajación del espín nuclear. [17]

Descubrimiento de la teoría y ecuación de relajación de Redfield

El artículo original de Redfield publicado en el IBM Journal en 1957 y luego en el primer número de Advanced Magnetic Resonance en 1965, "La teoría de los procesos de relajación", explicaba las observaciones de que las moléculas excitadas con radiofrecuencia en un campo magnético no se relajaban como se esperaba en términos de termodinámica clásica, sino que podían explicarse en términos de física cuántica, lo que daba una explicación semiclásica del espín nuclear en los metales. La teoría sigue siendo útil no solo en RMN, sino también en óptica y mecánica cuántica computacional.

La teoría simplificó el análisis de las relaciones atómicas y explicó observaciones que los científicos de RMN no habían teorizado por completo. La teoría ayudó a explicar la temperatura de espín, el marco giratorio, la relajación del espín nuclear y predijo la desmagnetización y remagnetización adiabáticas en un estado de bloqueo de espín y un tiempo de correlación corto.

Espectroscopia general

Los intereses de Redfield incluían el descubrimiento de técnicas para avanzar en la práctica de la RMN con fines de espectroscopia de inducción nuclear, imanes superconductores, regulador de corriente para cargas inductivas, demostración práctica y prueba de teoría, termodinámica del espín nuclear, espines raros en sólidos, eficiencias de RMN bidimensionales, computación y procesamiento de datos, etiquetado de isótopos, efecto Overhauser nuclear, proteínas y sus macromoléculas en solución, enfoques de fosfolípidos. Ideó un dispositivo de ciclado de campo para mover rápidamente una muestra dentro y fuera del campo que se convirtió en un precursor de la instrumentación moderna de ciclado de campo rápido.

Trabajo en estado sólido

La carrera de Redfield en el campo de la RMN comenzó con trabajos sobre sólidos, como metales y superconductores. Más tarde, este trabajo resultó útil para el estudio de las relaciones físicas y de movimiento entre los protones en grandes moléculas biológicas, llamadas macromoléculas.

Estado acuoso y trabajo bioquímico

En 1972, junto con Raj V. Gupta, Redfield encontró una forma de cancelar el abrumador espectro característico del H2O en muestras biológicas, lo que permitió la visualización de la estructura biológica molecular en células sanguíneas, ácidos nucleicos, enzimas y fosfolípidos. [18] [19] Continuó siendo pionero en técnicas acuosas utilizando deuterio. [20]

Trabajo bioquímico general

Redfield continuó desarrollando nuevas técnicas para estudiar la estructura de las moléculas de proteínas en solución, [21] [22] observando células cancerosas con RMN, [23] la envoltura de la célula del virus del SARS [24] [25] y los aminoácidos. [26] Más tarde, utilizando resonancias múltiples a través de lanzaderas y muestras especialmente preparadas, investigó la actividad molecular en vesículas de fosfolípidos. [27] [28] [29] [30]

Los ácidos nucleicos funcionan

Redfield exploró la estructura y las propiedades del ARNt [31] y enzimas relacionadas.

Enzimología y funcionamiento de la membrana fosfolipídica

Redfield exploró la función y las propiedades de las paredes celulares. [32] [33] [34 ] [35 ] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42 ] [43] [44] [45] [46] [47]

Invención del transbordador

En 2003, Redfield desarrolló un transportador para mover una muestra dentro y fuera del campo rápidamente. Fue el primero que se utilizó en un espectrómetro de RMN de campo alto estándar. [48]

Biografía

"Alfred Redfield fue uno de los gigantes de la resonancia magnética nuclear (RMN), tanto por sus contribuciones a la ciencia fundamental como por la aplicación práctica de la resonancia magnética a problemas del mundo real. Cuando era adolescente, durante la Segunda Guerra Mundial, aprendió circuitos y electrónica que luego aplicaría a la construcción de sus propios espectrómetros de RMN. Sin embargo, su genio no se limitó a la RMN; la teoría de relajación de Redfield se ha aplicado a sistemas mecánicos estadísticos y espectroscópicos en todas las ciencias físicas. Fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias en 1979 y nombrado miembro de la Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias (AAAS) en 1983. Redfield recibió el Premio Max Delbrück de la Sociedad Estadounidense de Física en 2006". [1]

Primeros años 1929–1945

  • Redfield nació en Boston, Massachusetts.
  • Creció en Woods Hole, donde el Instituto Oceanográfico empleaba a su padre, Alfred C. Redfield.

Harvard y Urbana, 1946-1953

  • Se graduó de Harvard en 1950 con una licenciatura, luego recibió su maestría y doctorado en física de la Universidad de Illinois en 1952 y 1953. [49]

Brandeis 1972–2019

Dispositivo para transportar rápidamente una muestra dentro y fuera del campo.
  • En 1972, Redfield se unió a la Universidad Brandeis con un nombramiento conjunto en física y bioquímica.
  • Diseñó su propio espectrómetro y aparato que fue el primero en apuntar específicamente a los sistemas biológicos.
  • El aparato era similar en diseño a las unidades comerciales posteriores, pero como estaba alojado en estantes, era fácil cambiar los componentes y calibrarlo de muchas maneras.
  • El software de procesamiento y las secuencias de pulsos eran originales.
  • La secuencia de pulsos se seleccionó mediante un interruptor
  • Longitudes de pulso ajustadas con un potenciómetro analógico para relación señal/ruido y supresión selectiva de agua por pulso.
  • Tenía un postdoctorado en física y otro en química o bioquímica en su laboratorio.
  • Miembro de la Academia Nacional de Ciencias en 1979
  • Miembro de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias en 1983
  • Premio Max Delbrück de la Sociedad Americana de Física en 2006

[50]

Muerte

Redfield murió el 24 de julio de 2019 en Alameda, California.

Bibliografía seleccionada de la NAAS

  • 1955 Saturación por resonancia magnética nuclear y saturación rotatoria en sólidos. Physical Review 98(6):1787–1809.
  • 1959 Con AG Anderson. Relajación de espín-red nuclear en metales. Physical Review 116(3):583–591.
  • 1963. Resonancia cuadripolar eléctrica nuclear pura en cobre impuro. Physical Review 130(2):589–595.
  • 1963 Con M. Eisenstadt. Relajación de espín nuclear por difusión traslacional en sólidos. Physical Review 132(2):635–643. Resonancia cuadripolar eléctrica nuclear pura en cobre impuro. Physical Review 130(2):589–595.
  • 1965 La teoría de los procesos de relajación. En Advances in Magnetic and Optical Resonance, págs. 1–32.
  • 1967 Mapeo de campo local en vanadio superconductor de estado mixto mediante resonancia magnética nuclear. Physical Review 162(2):367–374.
  • 1969 Termodinámica del espín nuclear en el marco rotatorio. Science 164(3883):1015–1023.
  • 1970 Con RK Gupta. Observación por resonancia magnética nuclear doble del intercambio de electrones entre el ferri- y el ferrocitocromo c. Science 169(3951):1204–1206.
  • 1971 Con HE Bleich. RMN de mayor resolución de espines raros en sólidos [1]. The Journal of Chemical Physics 55(11):5405–5406.
  • 1971 Con RK Gupta. Espectrómetro de resonancia magnética nuclear con transformada de Fourier pulsada. En Advances in Magnetic and Optical Resonance, págs. 81-115.
  • 1973 Con AZ Genack. Difusión de espín nuclear y su extinción termodinámica en los gradientes de campo de un superconductor de tipo II. Physical Review Letters 31(19):1204–1207.
  • 1975 Con SD Kunz y EK Ralph. Rango dinámico en la resonancia magnética de protones por transformada de Fourier. Journal of Magnetic Resonance 19(1):114–117.
  • 1978 Con JD Stoesz y D. Malinowski. Efectos de la relajación cruzada y la difusión de espín en la RMN de protones de biopolímeros en H2O. Saturación de disolventes e intercambio químico en la superóxido dismutasa. FEBS Letters 91(2):320–324. 11 ALFRED REDFIELD
  • 1979 Con PD Johnston y N. Figueroa. Estudios de intercambio de solventes en tiempo real de los protones imino y amino del ARN de transferencia de fenilalanina de levadura mediante RMN por transformada de Fourier. Actas de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos 76(7):3130–3134.
  • 1983 Espectros de RMN de eco estimulado y su uso para la correlación de desplazamiento bidimensional heteronuclear. Chemical Physics Letters 96(5):537–540.
  • 1986 Con MA Weiss y RH Griffey. Estudios de proteínas con RMN de 1H detectados por isótopos: una estrategia general para editar los efectos de Overhauser nucleares interprotónicos mediante desacoplamiento heteronuclear, con aplicación al represor del fago λ. Actas de la Academia Nacional de Ciencias, EE. UU. 83(5):1325–1329.
  • 1987 Con LP McIntosh, et al. Mediciones de RMN de protones de la lisozima del bacteriófago T4 asistidas por marcaje isotópico 15N: estudios estructurales y dinámicos de proteínas más grandes. Actas de la Academia Nacional de Ciencias, EE. UU. 84(5):1244–1248.
  • 1989 Con SC Burk, MZ Papastavros y F. McCormick. Identificación de resonancias de un locus activador oncogénico de la proteína p21 codificada por N-RAS humana mediante RMN editada con isótopos. Actas de la Academia Nacional de Ciencias, EE. UU. 86(3):817–820.
  • 2009. Con Shi, X. et al. Modulación de la actividad de la fosfolipasa C específica de la fosfatidilinositol de Bacillus thuringiensis mediante mutaciones en la supuesta interfaz de dimerización. Journal of Biological Chemistry 284(23):15607-15618.
  • 2009 Con M. Pu, J. Feng y MF Roberts. Enzimología con una fosfolipasa C marcada por espín: unión de sustrato soluble por RMN de 31P de 0,005 a 11,7 T. Biochemistry 48(35):8282–8284.

Con X. Shi, et al. Modulación de la actividad de la fosfolipasa C específica de la fosfatidilinositol de Bacillus thuringiensis mediante mutaciones en la supuesta interfaz de dimerización. Journal of Biological Chemistry 284(23):15607–15618.

  • 2016 Con MM Rosenberg, MF Roberts y L. Hedstrom. Dinámica de sustrato y cofactor en la guanosina monofosfato reductasa investigada mediante relaxometría de RMN de 31P con ciclo de campo de alta resolución. Journal of Biological Chemistry 291(44):22988–22998.

Referencias

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  49. ^  Este artículo incorpora texto disponible bajo la licencia CC BY 4.0. https://ismar.org/2019/08/22/alfred-guillou-redfield-1929-2019/
  50. ^ "Triste noticia: Alfred G. Redfield, profesor emérito de Física y Bioquímica".
  • https://www.brandeis.edu/physics/people/profiles/redfield-alfred.html
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