Какво е изучаването на молекулярната биология. Елемент, задачи и цели на молекулярната биология

Молекулярна биология / m ə. л.ɛ да сеЙ.ʊ л.ər. / Това е клон на биологията, по отношение на молекулярната основа на биологичната активност между биомолекули в различни клетъчни системи, включително взаимодействията между ДНК, РНК, протеини и тяхната биосинтеза, както и регулирането на тези взаимодействия. Напишете Б. природа През 1961 г. Астбъри описва молекулярната биология:

Не толкова техника като подход, подход от гледна точка на така наречените основни науки с водещата идея за намиране на мащабни прояви на класическата биология за съответния молекулярен план. Той е загрижен по-специално с форми Биологични молекули и [...] предимно триизмерни и структурно - което не означава обаче, че това е просто изясняване на морфологията. Тя трябва едновременно да проучи генезиса и функциите.

Отношение към други биологични науки

Изследователите в областта на молекулярната биология използват специфични методи за отглеждане на молекулярна биология, но все повече ги комбинират с методи и идеи от генетиката и биохимията. Между тези дисциплини има неправилен ред. Това е показано в следната схема, която изобразява един възможен вид връзка между полетата:

• Биохимия е изследването на химикали и жизненоважни процеси в живите организми. Биохимистите са трудни за фокусиране върху ролите, функциите и структурите на биомолекулите. Изследване на химията за биологични процеси и синтез на биологично активен модул с примери за биохимия.
• Генетика е изследването на влиянието на генетичните различия в организмите. Това често може да бъде отстраняване на нормалния компонент (например ген). Изследването на "мутанти" се организира от един или повече функционални компоненти по отношение на така наречения "див тип" или нормален фенотип. Генетичните взаимодействия (епистасис) често са объркани чрез прости интерпретации на такива "нокаут".
• Молекулярна биология Това е изследването на молекулярните основи на репликацията, транскрипцията, превод и процесите на функциониране на клетките. Централната догма на молекулярна биология, където генетичният материал се преписва в РНК и след това се превежда в протеина, въпреки обширната, все още осигурява добра отправна точка за разбиране на полето. Картината е преразгледана в светлината на нововъзникващите нови РНК роли.

Методи за молекулярна биология

Молекулярно клониране

Един от най-основните методи на молекулярна биология за изследване на протеинната функция е молекулярно клониране. В тази техника ДНК, кодираща протеин, който е от интерес, се клонира с полимеразна верижна реакция (PCR) и / или рестрикционни ензими в плазмид (експресионен вектор). Векторът има 3 отличителни характеристики: началото на репликацията и многократното клониране (MCS) и селективния маркер, като правило, с резистентност към антибиотици. Множественото клониране по-горе е промоторни зони и иницииращи транскрипции, които регулират експресията на клонирания ген. Този плазмид може да бъде вмъкнат в бактериални или животински клетки. Прилагането на ДНК в бактериални клетки може да се извърши чрез трансформиране с абсорбция на гола ДНК, конюгации, използвайки междуклетъчни контакти или чрез трансдукция с помощта на вирусен вектор. Въвеждането на ДНК в еукариотни клетки, като животински клетки, с физически или химични средства, се нарича трансфекция. Налични са няколко различни метода на трансфекция, като трансфекционен фосфат, електропорация, микроинжектиране и липозомна трансфекция. Плазмидът може да бъде интегриран в генома, което води до стабилна трансфекция или може да остане независима от генома, наречени преходни процеси на трансформация.

ДНК, кодираща протеини от интерес, в момента в клетката и протеините могат да бъдат изразени. Разнообразие от системи, като индуцируеми промотори и специфични клетъчни сигнални фактори, които ще спомогнат за изразяване на интереса на протеини при високи нива. Големите количества протеин могат след това да бъдат извлечени от бактериална или еукариотна клетка. Протеинът може да бъде проверен за ензимна активност в различни ситуации, протеинът може да бъде кристализиран следователно може да бъде проучен нейната третична структура, или във фармацевтичната индустрия, активността на нови лекарства срещу протеини може да бъде проучена.

Полимеразна верижна реакция

Макромолекули залепват и изследват

Терминал северен , уест. и ориенталски Блотването получава от това, което първоначално е било молекулярна биология шега, която играе по термина Sarewnet. След техниката, описана от Edwin Southern за хибридизацията на Блутната ДНК. Патриша Томас, РНК разработчик - попиване, който след това беше известен като северен - Блут , не използвайте този термин.

Sautnibotting

Наречен в чест на неговия изобретател, биолог Едуин Юг, след това Sarew - Blot е метод за изследване за наличието на специфична ДНК последователност в ДНК проба. ДНК проби преди или след рестрикционния ензим (ограничен ензим (ограничен ензим) се разделят чрез електрофореза в гела и след това се прехвърлят в мембраната, използвайки поплъзване, използвайки капилярно действие. След това мембраната е изложена на белязана ДНК - сонда, която има основна последователност към допълнение към последователност върху лихва от ДНК. Southern blotting е по-малко широко използвано в научната лаборатория поради способността на други методи, като PCR, за откриване на специфични последователности на ДНК от ДНК проби. Тези клончета все още се използват за някои приложения, като например трансгеновото измерване на броя на копията в трансгенни мишки или в инженеринга на гена на нокаутните линии на ембрионалните стволови клетки.

Северен Блут

Северна градина

Изток Блот

Клиничните проучвания и медицинските методи, произтичащи от молекулярна биология, са частично покрити с генна терапия. Използването на молекулярна биология или молекулярната клетъчна биология на подходите в медицината сега се нарича молекулярна медицина. Молекулярната биология също играе важна роля в разбирането на образованието, действията и разпоредбите на различни части на клетките, които могат да бъдат използвани за ефективно насочване на нови лекарства, диагноза на заболяването и разбиране на клетъчната физиология.

допълнителна информация

• Cohen, SN, Chang, NKD, Boyer, H. & Heling, RB Изграждане на биологично функционални бактериални плазмиди инвитро .

1. Въведение.

Обект, задачи и методи на молекулярна биология и генетика. Стойността на "класическата" генетика и генетика на микроорганизмите при образуването на молекулярна биология и генетично инженерство. Концепцията за ген в "класическата" и молекулярна генетика, нейната еволюция. Принос на методологията на генното инженерство при развитието на молекулярна генетика. Приложна стойност на генното инженерство за биотехнологии.

2. Молекулна база на наследствеността.

Концепцията за клетката, нейната макромолекулен състав. Естеството на генетичния материал. Историята на доказателствата за генетичната ДНК функция.

2.1. Различни видове нуклеинови киселини. Биологични функции на нуклеинови киселини. Химическа структура, пространствена структура и физични свойства на нуклеинови киселини. Характеристики на структурата на генетичния материал Pro - и Eukaryotes. ДОПЪЛНИТЕЛНИ ДИЦА НА ВАССОН-SCREE BASES. Генетичен код. История на дешифрирането на генетичен код. Основните свойства на кода: триплет, код без запетая, дегенерация. Характеристики на речника на кода, семейството на кодон, семантични и "безсмислени" кодони. ДНК пръстен молекули и концепцията за суперпиопителна ДНК. Топоизомери ДНК и техните видове. Механизми на действие Топоизомераза. ДНК гираза бактерии.

2.2. ДНК транскрипция. РНК полимераза определеност, неговата субединица и триизмерна структура. Разнообразие от сигма фактори. Промоутър на прокари лъчеви гени, неговите структурни елементи. Етапи на транскрипционния цикъл. Иницииране, обучение на "отворения комплекс", удължение и транскрипционна прекратяване. Затихване на транскрипцията. Регулиране на изразяването на триптофан оперон. "Ribopers". Механизми за прекратяване на транскрипцията. Отрицателен и положителен регламент за транскрипция. Lactose Operon. Регулиране на транскрипцията в развитието на ламбда фаг. Принципите на признаване на регулаторните протеини на ДНК (SAR протеин и repessor phage ламбда). Характеристики на транскрипцията в EUKARYOTA. Обработка на РНК в еукариоти. Обръщане, сплизиране и полиаденилиране на транскриптове. Механизми за впръскване. Ролята на малките ядрени РНК и протеинови фактори. Алтернативно сплъщане, примери.

2.3. Предаване, Нейните етапи, функция на рибозома. Локализация на рибозомите в клетката. Прокариотни и еукариотни видове рибозоми; 70-те и 80-те рибозоми. Морфологична рибозома. Разделение за подчасти (субединици). Кодон зависим свързването на аминоацил-тРН в цикъла на удължаване. Взаимодействие с код-анти-Chodon. Участие на EF1 EF1 (EF-TU) фактор при свързването на аминоацил-тРНК с рибозома. EF1B удължен фактор (EF-TS), неговата функция, последователност от реакции с неговото участие. Антибиотици, засягащи етапа на кодон-зависимо свързване на аминоацил-тРНК с рибозом. Аминогликозидат антибиотици (стрептомицин, неомицин, канамицин, гентамицин и др.), Механизмът на тяхното действие. Тетрациклери като аминоацил-търговски свързващи инхибитори с рибозом. Започване на превод. Основните етапи на процеса на започване. Превод иницииране в Prokaryotm: фактори за инициативи, инициатор кодони, 3 ¢ РНК-РНК-рибозомно подцер и последователност на верига-Dallarno в иРНК. Иницииране на превод на EIcariot: фактори за инициативи, инициатор кодони, 5 ¢ -франслен район и зависима от CEP "End" иницииране. "Вътрешен" независимо от CEP иницииране в еукариоти. Транспенция. Инхибитори на трансфейдиране: хлорамфеникол, линемицин, амизетин, стрептограмини, анизомицин. Транслокация. Участие на EF2 удължения фактор (EF-G) и GTF. Инхибитори на транслокацията: фузидинова киселина, виомицин, техните механизми за действие. Прекратяване на излъчването. Завършване на кодоните. Протеинови фактори за прекратяване на прокариоти и еукариоти; Два класа терминационни фактори и механизми на тяхното действие. Регулиране на превода в прокариотите.

2.4. Репликация на ДНК и неговия генетичен контрол. Полимери, участващи в репликацията, характерни за тяхната ензимна дейност. Точност на възпроизвеждане на ДНК. Ролята на стеричните взаимодействия между двойки ДНК бази под репликация. Полимераза I, II и III Е. coli. Полимераза Subunit III. Въведете репликация, "водещи" и "изостават" нишки при репликация. Фрагменти от предоставянето. Протеиновия комплекс в вилицата на репликацията. Регулиране на започване на репликацията в Е. Соли. Прекратяване на репликацията от бактерии. Характеристики на регулиране на плазмидната репликация. Двупосочна репликация и репликация от вида на подвижния пръстен.

2.5. РекомбинацияНейните видове и модели. Обща или хомоложна рекомбинация. ДНК двойни пропуски, иницииране на рекомбинация. Ролята на рекомбинацията при пост-адютивно обезщетение на двуизмерни пропуски. Структурата на хълма в модела за рекомбинация. Ензимология на общата рекомбинация в Е. coli. RECCD комплекс. Река протеин. Ролята на свиването при осигуряване на синтеза на ДНК по време на увреждането на ДНК прекъсва репликацията. Рекомбинация в еукарот. Ензими на рекомбинация в еукарот. Специфична за място рекомбинация. Разлики в молекулярни механизми на обща и специфична за място рекомбинация. Класификация на рекомбинати. Видове хромозомни пренареждания, извършвани при специфична за място рекомбинация. Регулаторна роля на специфичната за място рекомбинация в бактериите. Проектиране на хромозоми на многоклетъчни еукариоти, използвайки специфичната за сайта рекомбинация на фага.

2.6. ДНК обезщетение. Класификация на видовете репортажи. Пряко обезщетение на тиминични димери и метилиран гуанин. Режещи основания. Гликозилаза. Механизъм за премахване на несвързани нуклеотиди (несъответствие). Изберете оредената ДНК нишка. SOS-репарация. Свойствата на полимеразната ДНК участват в SOS-репарациите в прокариот и еукариота. Идеята за "адаптивни мутации" от бактерии. Обезщетение на двуизмерни празнини: хомоложна пост-атлативна рекомбинация и комбиниране на нехологовите краища на ДНК молекулата. Взаимоотношенията на процесите на репликация, рекомбинация и ремонт.

3. Мутационен процес.

Ролята на биохимичните мутанти при образуването на теорията на един ген е един ензим. Класификация на мутациите. Точка мутации и хромозомно преструктуриране, механизмът на тяхното образование. Спонтанна и индуцирана мутагенеза. Класификация на мутагените. Молекулен механизъм на мутагенеза. Връзката между мутагенеза и обезщетение. Идентифициране и подбор на мутанти. Потискане: интрагенично, интергринг и фенотипно.

4. Екметрични генетични елементи.

Плазмиди, тяхната структура и класификация. Крайният фактор F, неговата структура и жизнен цикъл. Ролята на фактор F при мобилизиране на хромозомен трансфер. Формирането на донори от тип HFR и F ". Механизмът на конюгиране. Бактериофаги, тяхната структура и жизнен цикъл. Силен и умерен бактериофаги. Lisoches и Transduction. Обща и специфична трансдукция. Мигриращи генетични елементи: Транспортиране и последователности и са последователности и са последователности Генетичен обмен. ДНК-пандези в геномите на прокариотизъм и еукариот. е-последователност от бактерии, тяхната структура. е-последователност като компонент на F-коефициент на бактерии, който определя способността за предаване на генетичен материал в конюгиране. Транспорти на Бактерии и еукариотни организми. Директни механизми за транспониране на несъвършения и репликация. Преглед на хоризонтален транспланиран трансфер и тяхната роля в структурните препратки (ектопична рекомбинация) и в еволюцията на генома.

5. Изследване на структурата и функцията на гена.

Елементи на генетичен анализ. Тест за допълване на цис-транс. Генетично картографиране с използване на конюгиране, трансдукция и трансформация. Сграда генетични карти. Тънко генетично картографиране. Физически анализ на генната структура. Heteroduesx анализ. Рестрикционен анализ. Методи за последователност. Полимеразна верижна реакция. Откриване на генната функция.

6. Регулиране на генната експресия. Оперо и редовна концепция. Контрол на нивото на иницииране на транскрипцията. Промотор, оператори и регулаторни протеини. Положителен и отрицателен контрол на генната експресия. Контрол на нивото на транскрипционно прекратяване. Катаболит-контролирани опери: Модели на лактоза, галактоза, арансови и малтозни опери. Оперирани оперирани от атенюатора: модел на триптофан Opeker. Многовалентно регулиране на генното изразяване. Глобални регулаторни системи. Регулаторна реакция на стреса. Следващ контрол. Сигал трансдукция. Регулиране с участието на РНК: малка РНК, сензорна РНК.

7. Основи на генетичното инженерство. Рестрикционни ензими и модификации. Подбор и клониране на гени. Вектори за молекулярно клониране. Принципи за проектиране на рекомбинантна ДНК и тяхното въвеждане в клетките на получателите. Приложни аспекти на генното инженерство.

но). Главна литература:

1. Watson J., TUZ J., рекомбинантна ДНК: кратък курс. - m.: Mir, 1986.

2. Гени. - m.: Мир. 1987.

3. Молекулярна биология: структура и биосинтеза на нуклеинови киселини. / Ed. . - М. Висш шик. 1990.

4. - Молекулярна биотехнология. М. 2002.

5. Спин рибозоми и биосинтеза на протеини. - m.: Висше училище, 1986.

б). Допълнителна литература:

1. Hesin Genome. - м.: Наука. 1984.

2. Рybchin Генетично инженерство. - SPB: SPBSTU. 1999.

3. Патрушев гени. - м.: Наука, 2000.

4. Модерна микробиология. Прокариоти (в 2 tt.). - m.: Mir, 2005.

5. M. Singer, P. Berg. Гени и геноми. - m.: Mir, 1998.

6. Закуски на инженерство. - Новосибирск: от Сиб. UNIV., 2004.

7. Степанов биология. Структура и функция на протеините. - м.: V. sh., 1996.

Молекулярният биолог е изследовател в областта на медицината, чиято мисия не се състои много в спасението на човечеството от опасни заболявания. Сред такива заболявания, например, онкологията, днес се превърна в една от основните причини за смъртността в света, само малко по-ниско от лидера - сърдечно-съдови заболявания. Новите методи за ранна диагностика на онкологията на рак, превенцията и лечението на рак са приоритет на съвременната медицина. Молекулярните биолози в областта на онкологията се развиват антитела и рекомбинантни (генетично проектирани) протеини за ранна диагностика или насочена доставка на лекарства в тялото. Специалистите на тази сфера използват най-напредналите постижения на науката и технологиите за създаване на нови организми и органични вещества, за да ги използват допълнително в научни изследвания и клинични дейности. Сред методите, които използват молекулни биолози - клониране, трансфекция, инфекция, полимеразна верижна реакция, секвениращи гени и др. Една от компаниите, които се интересуват от молекулярни биолози в Русия, Praimbiomed LLC. Организацията се занимава с производството на антитела за диагностициране на онкологични заболявания. Такива антитела се използват главно за определяне на вида на тумора, неговия произход и злокачествен, т.е. способността за метастаза (разпространение в други части на тялото). Антителата се прилагат за тънки участъци от изследването на тъканта, след което те са свързващи с клетки с определени протеини - маркери, които присъстват в туморни клетки, но липсват в здрави и обратно. В зависимост от резултатите от проучването се назначава допълнително лечение. Сред клиентите на Praimbiomed са не само медицински, но и научни институции, тъй като антителата могат да се използват за решаване на изследователски проблеми. В такива случаи могат да се направят уникални антитела, способни да общуват със проучването на протеина, съгласно конкретна задача по специален ред. Друга обещаваща област на изследване на компанията е насочена (цел) доставка на лекарства в организма. В този случай, антителата се използват като транспорт: с помощта на техните лекарства се доставят директно на засегнатите органи. По този начин лечението става по-ефективно и има по-малко отрицателни последици за тялото, отколкото, например, химиотерапия, която засяга не само рака, но и други клетки. Очаква се професията на молекулярна биолог през следващите десетилетия да бъде все по-популярна: с увеличаване на средната продължителност на живота на човек, броят на онкологичните заболявания ще се увеличи. Ранната диагностика на туморите и иновативните методи за лечение с помощта на вещества, получени от молекулярни биолози, ще спаси живота и ще подобри качеството му на огромен брой хора.

Основно професионално образование

Интересът отразява разпространението на специалисти с определено ниво на образование на пазара на труда. Основните специализации за развитието на професията са маркирани в зелено.

Способности и умения

• Възможност за работа с реагенти, проби, трябва да можете да работите с малки предмети
• Работни умения с голямо количество информация
• Способност за работа на оръжия

Интереси и предпочитания

• Желание да разпознае нещо ново
• Възможност за работа в режим на многозадачност (е необходимо да се следи в същото време на няколко реакции и процеси)
• Точност
• Отговорност (е невъзможно да се остави работата "за утре", тъй като пробите могат да бъдат развалени)
• Scrupulusity.
• Добра работа
• Внимателност (трябва да следвате микропроцесния)

Професия в лица

Мария Шитова

Дария Самолкова

Алексей Грачев

Молекулярната биология в областта на онкологията е перспективна професионална посока, тъй като борбата срещу рака е един от приоритетите на световната медицина.

Молекулярните биолози са в търсенето в много области във връзка с активното развитие на науката, биотехнологичните и иновативните предприятия. Към днешна дата има малък дефицит на специалисти, особено тези, които имат определен опит в специалността. Досега доста голям брой завършили продължават да напускат работа в чужбина. Сега възможностите за ефективна работа в областта на биотехнологиите в Русия започват да се появяват, но е твърде рано да се говори за масата.

Работата на молекулярна биолог предотвратява активното участие на специалист по научни дейности, което става механизъм за развитие на кариерата. Развитието в професията е възможно чрез участие в научни проекти и конференции, възможно е чрез развитието на съседните области на знанието. Също така има и академично развитие от младши изследовател чрез старши изследовател на водещ научен служител, професор и / или ръководител на отдел / лаборатория.

интервю

Сергей Пирогов - участник в подготовката за биологията на биологията, организирана от "слон и жираф" през 2012 година
Победител в международния университет по биология
Победител в олимпиада Ломоносов
Победителят на регионалния етап на олимпиада на всички руски биология през 2012 година
Научете се в Москва Държавен университет. M.v. Ломоносов в биологичния факултет: Министерството на молекулярната биология, на 6-ия курс. Работи в лабораторията за биохимична генетика на животните от Института по молекулярна генетика.

- Seryozha, ако читателите имат въпроси, те ще могат да ги попитат?

Да, разбира се, можете да задавате въпроси поне веднага. В това поле:

Кликнете, за да зададете въпрос.

- Да започнем с училището, изглежда, че не сте свръхкорсно училище?

Учих в много слаба московска училищна школа, такова средно училище. Вярно е, че имахме чудесен учител по МЧЦ, благодарение на която имахме голяма номинална "историческа" ориентация на училището.

- Какво ще кажете за биологията?

Имахме много стара възрастна биология, глух и остър жена, която всички се страхуваха. Но любовта към нейния предмет не добави. От детството ми бях страстен за биологията, от пет години. Прочетох всичко себе си, основно любимо на анатомия и зоология. Така че учениците съществуват успоредно със собствените ми интереси. Всички промениха олимпийските игри.

- Разкажи ми повече.

В 7 клас първи участвах в общинската сцена (разбира се, веднага почти във всички теми, защото аз бях единственият ученик, който учителите имаха основание да изпратят). И стана победител в биологията. Тогава училището реагира на това като смешно, но не и твърде интересно.

- Помага ли ви в училище?

Спомням си, че въпреки блестящото проучване, често се получава от учителя по биологията на четвъртиците с войниците като "във фигурата на разфасовката на корена трябва да се рисува кафяво, а не сиво." Всичко това беше доста депресиращо. В 8-ми клас отново отидох при олимпийските игри, но по някаква причина не ми изпратих по биология. Но стана победител и награда за други теми.

- Какво е в 9 клас?

В 9 клас не отиде на областната сцена. Там неочаквано отбеляза слабите, границата, която се оказа преминаване към регионалния етап. Тя имаше мощна мотивираща сила - осъзнаване на това колко се оказва, че не знам колко хора, всичко това знаят (колко такива хора по мащаба на страната дори се страхувах да си представя).

- Кажи ми как се подготвяш.

Интензивен независим урок, нападения на книжарници и хиляди задачи от миналата година са лечебен ефект. Аз вкарах една от най-големите точки за теорията (която също беше напълно внезапно), отиде на практическата сцена ... и го провали. По това време все още не знаех за съществуването на практическа сцена.

- Олимпиадата ви засяга?

Животът ми се промени радикално. Научих за много други олимпийски игри, особено обичан Ско. Впоследствие мнозина показаха добри резултати, някои спечелени, благодарение на Ломоносов, получили правото да влизат без изпити. Успоредно с това спечелих Олимпиадата за историята на изкуството, на която бях неравномерно дишане и така нататък. Вярно е, че не е приятелски настроен с практически обиколки. В 11-ти клас все още стигнах до последния етап, но Fortune не беше благоприятно и този път нямах време да запълня матрицата на теоретичния етап. Но това му позволи да не се тревожи много за практически.

- срещнахте се с много олимпиодика?

Да, все още вярвам, че бях много щастлив с кръга на колегите си, доста разшири хоризонтите ми. Друга страна на олимпийските игри, в допълнение към мотивацията, по-хармонично проучване на обекта е запознат с олимпиада. По това време забелязах, че хоризонталната комуникация понякога е по-полезна от вертикалната - с учители в обвиненията.

- Как влезете в университета? Изберете факултета?

След 11 клас съм влязъл в BioFak MSU. Само повечето от моите другар направиха избор в полза на FBB, но след това приоритетната роля се играе от факта, че не се превърнах в победителя от Осторис. Така че ще трябва да взема вътрешния изпит по математика и в него, особено училището - най-високата, която обичах много повече - не бях силен. И в училище имаше много слаба подготовка (ние дори не се подготвихме за почти цялото). По отношение на интереса, тогава предполагам, че в крайна сметка можете да стигнете до всеки резултат, независимо от мястото на получаване. Впоследствие се оказа, че има много завършили ФБР, които се движат в за предпочитане влажна биология и обратно - много добри биоинформатики започнаха с любовници. Въпреки че в този момент ми се струваше, че контингентът не е като пример за по-слаб FBBSH. В това със сигурност съм грешен.

Знаеше ли?

интересно

Знаеше ли?

интересно

В лагера на слона и жирафа има смени за биохимията и молекулярната биология, където учениците с опитни учители от Московския държавен университет са експерименти и се подготвят за олимпиадите.

© Интервю Prew Denis Rakes. Снимките любезно са предоставили Sergey Piroggers.

Развитието на биохимия, биофизика, генетика, цитохимия, много части на микробиологията и вирусологията при около началото на 40-те години на XX век. тясно доведе до изследване на житейски явления на молекулярно ниво. Успехите, постигнати по едно и също време от различните страни, доведоха до осъзнаване на факта, че е на молекулярно ниво, че основните системи за управление на функционирането на тялото и че по-нататъшният напредък на тези науки ще зависи от разкриването биологични функции Молекули, съставляващи тялото на организмите, тяхното участие в синтеза и разпадането, взаимните трансформации и възпроизвеждането на съединения в клетката, както и енергията и обмена на информация. Така на кръстовището на тези биологични дисциплини с химия и физика имаше напълно нова индустрия - молекулярна биология.

За разлика от биохимията, вниманието на съвременната молекулярна биология е съсредоточено главно върху изследването на структурата и функцията на най-важните класове биополимери - протеини и нуклеинови киселини, първата от които определя възможността за течаща обменни реакции, а втората - биосинтеза на специфични протеини. Следователно е ясно, че е невъзможно да се извърши ясно разграничение между молекулярната биология и биохимията, съответните раздели на генетиката, микробиологията и вирусологията.

Появата на молекулярна биология е тясно свързана с разработването на нови изследвания, които вече са били казани в съответните глави. Заедно с развитието на електронната микроскопия и други методи на микроскопска технология, методите за фракциониране на клетъчни елементи, разработени в 50-те години, се играе основна роля. Те се основават на напреднали диференциални методи за центрофугиране (A. Claud, 1954). По това време вече имаше доста надеждни методи за разпределение и фракциониране на биополимери. Това включва по-специално предложено от A. Tizelius (1937; Нобелова награда, 1948) Метод на фракциониране на протеини с използване на електрофореза, методи за промиване и пречистване на нуклеинови киселини (Е. ключ, А. Downs, M. Sevag, A. Mirsky, M. Sevag, A. Mirsky и други.). Успоредно с това, в много лаборатории на света бяха разработени различни методи за хроматографски анализ (A. Martin и R. Sing, 1941; Нобелова награда, 1952), впоследствие се подобри значително.

Ненулирано обслужване в декодирането на структурата на биополимери се играе с рентгенов структурен анализ. Основните принципи на рентгеновият структурни анализи бяха разработени в Кралския колеж на Лондонския университет под ръководството на W. Bregga от група изследователи, която включваше J. Bernal, A. Londsdale, W. Astbury, J. Robertson и т.н.

Беше отбелязано проучванията на професора на Московския държавен университет А. Р. КИЗЕЛ относно биохимията на Протопластма (1925 - 1929), които са отбелязали най-важното значение за последващото образуване на молекулярна биология. Kizel нанесе удар на твърдо вкоренено представяне, което се основава на всяка протоплазма на специални протеинови плочи, сякаш определя всичките му най-важни структурни и функционални характеристики. Той показа, че плочите са протеин, който се намира само в миомицет, а след това в определен етап на развитие и че няма постоянен компонент - един скелетния протеин - в протоплазма не съществува. Така проучването на проблема със структурата на протоплазма и функционалната роля на протеините стигна до правилния път и получи място за неговото развитие. Изследванията от Kizel спечелиха световно признание чрез стимулиране на изследването на химията на компонентите на клетката.

Терминът "молекулярна биология" за първи път, използван от английската кристалография на професора на Университета в У. Астбъри, вероятно се появява в началото на 40-те години (до 1945 г.). Основните рентгенови дифракционни изследвания на протеини и DNAs, проведени от Astbury през 30-те години, обслужвани като основа за последващото успешно декодиране вторична структура Тези биополимери. През 1963 г. J. Bernal пише: "Паметникът ще бъде поставен от цялата молекулярна биология - науката, която наричаше и наистина създаде" *, в литературата, този термин се появи за първи път, може би през 1946 г. в статията W. Astbury "Напредък на рентгеновия конструктивен анализ на органични и фибриларни съединения", публикуван в английското списание "Природа" **. В своята зелена лекция, Astbury (1950) е отбелязано: "Доволен съм, че сега терминът молекулярната биология вече е доста широко използван, въпреки че не е възможно първо да го предложих. Хареса ми го и аз се опитвах да го разпространим за това дълго време." ***. Още през 1950 г. Astbury е ясно, че молекулярната биология е от случая предимно със структурата и конформацията на макромолекулите, чието изследване е от решаващо значение за разбирането на функционирането на живите организми.

* (Биог. Mem. Слети Рой. SOC, 1963, V. 9, 29.)

** (У. Т. Астбъри. Напредък на рентгеновия анализ на органични и влакнести структури. 1946, v. 157, 121.)

*** (У. Т. Астбъри. Приключения в молекулярна биология. Томас Спрингфийлд, 1952, стр. 3.)

Пред молекулярната биология те стояха всъщност същите задачи, както пред цялата биология като цяло - познаването на същността на живота и основните му явления, по-специално като наследственост и вариабилност. Модерната молекулярна биология е предназначена предимно за дешифриране на структурата и функцията на гените, пътищата и механизмите за прилагане на генетична информация за организмите на различни етапи на онтогенезата и на различни етапи от нейното отчитане. Той е предназначен да отвори фините механизми за регулиране на активността на гените и клетъчната диференциация, за да се установи естеството на мутагенезата и молекулярните основи на еволюционния процес.

Създаване на генетична роля на нуклеиновите киселини

За формирането на молекулярна биология, следните открития имат най-голяма стойност. През 1944 г. американските изследователи О. Евери, К. Mac-Lodoz (Нобелова награда, 1923) и М. Mac-картина показват, че ДНК молекулата, изолирана от пневмококис, притежава трансформираща активност. След хидролизата на тези ДНК, дезоксирибонуклеазата, тяхната трансформираща се активност напълно изчезна. Така че е убедително, че е ДНК с генетични функции в клетката, а не протеин.

За справедливост трябва да се отбележи, че явлението на бактериалната трансформация се открива значително по-рано от отварянето на някога, Mac-Lod и Mac-картината. През 1928 г. Ф. Грифит публикува статия, в която е казал, че след като добави към нежелани (нерегулирани) пневмококови клетки на капсулирания вирулентен щам, получената клетъчна смес става разрушителна за мишки. Освен това живите клетки, заразени с тази смес от животни, заразени с тази смес, вече са вирулентни и притежават полизахаридна капсула. Така в този експеримент се показва, че под влиянието на някои компоненти на убитите клетки на пневмококи клетки, некапсулирана форма на бактерии се превръща в капсула-образуваща вирулентна форма. 16 години по-късно, Evere, Mac-изпълнителен директор и Mac-Powered, заменен в този опит, убити цели клетки на пневмококи, тяхната дезоксирибонуклеинова киселина и показаха, че е ДНК, която има трансформираща активност (виж също глава 7 и 25). Стойността на това откритие е трудно да се надценява. Той стимулира изследването на нуклеиновите киселини в много лаборатории на света и принудени да концентрира вниманието на учените върху ДНК.

Наред с откриването на някога, Mac-Loda и Mac-картината, в началото на 50-те години, доста голям брой преки и непреки данни вече са натрупали, че нуклеиновите киселини играят изключителна роля в живота и носят генетична функция. Това, по-специално, също така показва естеството на локализацията на ДНК в клетката и данните на R. vendrelli (1948), че съдържанието на ДНК на клетката е строго непрекъснато и със степента на борба: в хаплоидните генерални клетки на половината от ДНК по-малко, отколкото в диплоид Соматика. В полза на генетичната роля на ДНК, изразената им метаболитна стабилност също свидетелства. В началото на 50-те години, много различни факти са натрупали, че повечето от известните мутагеннически фактори действат главно върху нуклеиновите киселини и по-специално на ДНК (R. Childikiss, 1949; Effussi-taylor, 1951; E. Friz, 1957, и т.н.).

От особено значение в създаването на генетичната роля на нуклеиновите киселини е изследването на различни фаги и вируси. През 1933 г. D. Schlesinger открива ДНК в бактериофажа на чревните пръчки. От разпределението на W. Wenni (1935, Нобелова награда, 1946 г.) започна тютюневият вирус (VTM) в кристалното състояние нов етап В изследването на растителните вируси. През 1937 - 1938 година Служителите на селскостопанския станция Rotamwed (Англия) Ф. Буланд и Н. Пири показаха, че много растителни вируси, разпределени от тях, не са глобулинови, но са рибонуклеотови и съдържат нуклеинова киселина като задължителен компонент. В самото начало на 40-те години работата на град Срефама (1940), БАГАТА (1941), Милър и Уенйл (1941), показваща, че забележимата химическа модификация на протеиновия компонент не води за загуба на VTM инфекциозност. Това показва, че протеиновият компонент не може да бъде носител на наследствените свойства на вируса, тъй като много микробиолози продължават да бъдат разглеждани. Регистрирани доказателства в полза на генетичната роля на нуклеиновата киселина (РНК) в растителните вируси са получени през 1956 г. от Scramm в Tubingen (Германия) и X. Frankel-постоянен в Калифорния (САЩ). Тези изследователи бяха почти едновременно разпределени от VTM РНК и показаха, че това е, а не протеин, има инфекциозност: в резултат на инфекция на тютюневите растения на тази РНК, те се образуват и възпроизвеждат нормални вирусни частици. Това означава, че РНК съдържа информация за синтеза и сглобяването на всички вирусни компоненти, включително вирусен протеин. През 1968 г. I. G. Atabekov установи, че протеинът играе важна роля в самата инфекция на растенията - естеството на протеина определя гамата от домакински растения.

През 1957 г. Франкл Конст, за първи път, извърши реконструкцията на WTM от компонентите на неговите компоненти - РНК и протеин. Заедно с нормални частици той получава смесени "хибриди", в които РНК е от един щам и протеин от друг. Наследствеността на такива хибриди се определя напълно от РНК, а потомството на вирусите принадлежеше на този щам, чиято РНК се използва за получаване на първоначалните смесени частици. По-късно експерименти A. Girera, Shuse и Schramma (1958) и Vitman (1960 - 1966) показват, че химическата модификация на нуклеиновия компонент на VTM води до появата на различни мутанти на този вирус.

През 1970 г. Д. Балтимор и Техин установиха, че прехвърлянето на генетична информация може да се случи не само от ДНК към РНК, но и напротив. Те открили в някои онкогенни RNA-съдържащи вируси (онклонавируси) специален ензим, така наречената обратна транскриптаза, която може да се допълва с РНК веригите за синтезиране на ДНК. Това голямо откритие позволи да се разбере механизмът за етикетиране в генома на генетичната информация на вирусите, съдържащи РНК и да погледне естеството на тяхното онкогенно действие по нов начин.

Откриване на нуклеинови киселини и изследване на техните свойства

Терминът нуклеинова киселина е въведен от германския биохимик Р. Алтман през 1889 г., след като тези съединения са отворени през 1869 г. от швейцарския лекар F. Мишър. Мисър екстрахира клетките на гной, разреден със солна киселина в продължение на няколко седмици и в останалата част са получени почти чист ядрен материал. Този материал смята за характерното "вещество на клетъчното ядра и го нарече ядреза. По отношение на неговите свойства, ядрото се различава рязко от протеините: той е по-кисел, не съдържал сяра, но е много фосфор, той е бил много фосфор, той е добре разтворим в алкали, но не се разтваря в разредени киселини.

Резултатите от техните наблюдения върху нуклеиновия мишър изпратиха F. Goppe Zapeler да публикуват в списанието. Описаното вещество е толкова необичайно (по това време само лецитинът е известен от всички биологични съединения, съдържащи фосфор), че Goppe-Zayler не вярва в експериментите на Мишър, се върнаха към него ръкописа и инструктираха служителите си Н. Поелош и Н. Любавин да проверяват заключенията си по друг материал. Работата на миристора "върху химическия състав на лоските клетки" е публикувана след две години по-късно (1871). В същото време бяха публикувани работата на Hogpe Zapeler и неговия персонал за състава на клетките на гноите, еритроцитите на птици, змии и други клетки. През следващите три години, нуклеинът е изолиран от животински клетки и дрожди.

В работата си Мишър отбеляза, че подробно проучване на различни нуклеинини може да доведе до установяване на различия между тях, като по този начин предвиждаше идеята за специфичността на нуклеиновите киселини. Проучване на млякото на сьомга, Мисър откри, че нуклеинът е в тях под формата на сол и е свързан с основния протеин, който той нарича протамат.

През 1879 г. А. Косел започва да учи А. Косел в лабораторията Labe-Zapeler. През 1881 г. той разпределя хипоксантин от нуклеина, но по това време той все още се съмнява в произхода на тази основа и смята, че хипоксантинът може да бъде продукт на разграждане на протеини. През 1891 г., сред продуктите на хидролизата на ядрейн, Kossel открива аденин, гуанин, фосфорна киселина и друго вещество със свойства на захарта. За изследване на химията на нуклеиновите киселини Козошел през 1910 г. е наградена Нобелова награда.

Допълнителни успехи в дешифрирането на структурата на нуклеиновите киселини са свързани с проучванията на П. Левин и служители (1911 - 1934). През 1911 г. P. Levin и V. Zhakobs идентифицираха въглехидратните компоненти на аденозин и гуанозин; Те открили, че D-рибоза влиза в тези нуклеозиди. През 1930 г. Левин показа, че въглехидратният компонент на деоксирибонуклеозид е 2-деокси-D-рибоза. Тя стана известна от работата си, че нуклеиновите киселини са конструирани от нуклеотиди, т.е. фосфорилирани нуклеозиди. Левин вярва, че основният тип комуникация в нуклеиновите киселини (РНК) е 2 ", 5" -PhosphoDer комуникация. Това представяне се оказа погрешно. Благодарение на произведенията на английския химик А. Тод (Нобелова награда, 1957) и нейните служители, както и английските биохимици Р. Мархам и Й. Смит в началото на 50-те години станаха известни, че основният тип комуникация в РНК е 3 ", 5" - фосфодиемерна комуникация.

Левин показа, че различни нуклеинови киселини могат да се различават по естеството на въглехидратния компонент: някои от тях съдържат захар деоксирибоза, а други - рибоза. В допълнение, тези два вида нуклеинови киселини се различават по природа на една от основите: в нуклеинови киселини на пентозиста тип, съдържащи урацил, и в нуклеиновите киселини на деоксиптиментен тип - Тим. Деоксипеномична нуклеинова киселина (според модерната терминология, дезоксирибонуклеинова киселина - ДНК) обикновено се изолира лесно в големи количества от тимуса (маслена жлеза) на телета. Следователно тя получи името на тимонуклеината. Източникът на нуклеинова киселина на пентозилавия тип (РНК) сервира главно дрожди и патентована пшеница. Този тип често се нарича мая нуклеинова киселина.

В началото на 30-те години презентацията беше доста твърдо вкоренена, сякаш се характеризира нуклеинова киселина от дрождев тип, а тимонуклевата киселина е характерна само на животински клетъчни ядра. Два вида нуклеинови киселини - РНК и ДНК - по това време са наречени съответно с растителни и животински нуклеинови киселини. Въпреки това, както показват предишни проучвания, A. N. Belozersky, такова разделение на нуклеиновите киселини е неоправдано. През 1934 г. Белозирски за първи път открил тимонуклеинова киселина в билкови клетки: разпределя разсад на грах и идентифицира основата на типа пилимидин, характеристика на ДНК. След това той открил Тимен и други растения (соеви семена, боб). През 1936 г. А. Н. Белозерски и И. И. Дубровская разпределяла подготвителна ДНК от посадъка Съветска Кастана. В допълнение, поредица от произведения, извършени в 40-те години в Англия Д. Дейвидсън със служители убедително показаха, че растителната нуклеинова киселина (РНК) се съдържа в много животински клетки.

Широкото използване на Rosenbeck (1924) на цитохимичната реакция към ДНК и реакцията на РНК (1924) (1944) на РНК се развива доста бързо и недвусмислено разрешава въпроса за преференциалната локализация на тези нуклеинови киселини в клетката. Оказа се, че ДНК е концентрирана в ядрото, докато РНК се концентрира главно в цитоплазмата. По-късно е установено, че РНК се съдържа както в цитоплазмата, така и в сърцевината, и в допълнение се разкриват цитоплазмената ДНК.

Що се отнася до първичната структура на нуклеиновите киселини, до средата на 40-те години, представянето на P. Levin е твърдо установено в науката, според която всички нуклеинови киселини са конструирани с един тип и се състоят от същия така наречен тетрануклеотид блокове. Всеки от тези блокове, според левин, съдържа четири различни нуклеотида. Теорията на тетрануклеотид на структурата на нуклеиновите киселини до голяма степен лишаваше тези биополимери на специфичност. Ето защо не е изненадващо, че всички особености на оживения са свързани по това време само с протеини, естеството на мономерите на което е много по-разнообразно (20 аминокиселини).

Първото нарушение на теорията на тетрануклеотидната структура на нуклеиновите киселини се разпада чрез аналитични данни на английския химик J. Gullanda (1945 - 1947). При определяне на състава на нуклеиновите киселини върху азотната база, тя не получи равномерно съотношение на еквимоларно база, тъй като трябва да бъде съгласно теорията на левин. Най-накрая тетрануклеотидната теория на структурата на нуклеиновите киселини се срина в резултат на изследване на Е. Чаргоф и неговите служители (1949 - 1951). За отделянето на основите, бита от ДНК в резултат на киселата хидролиза, Chargaff използва хроматография върху хартия. Всяка от тези основи е точно дефинирана спектрофотометрично. Chargouff забеляза значителни отклонения от еквимоларното съотношение на основите в ДНК с различен произход и за първи път определено заяви, че ДНК има изразена специфичност на видовете. Така тя завърши с концепцията за хегемонията за спецификата на протеина в живата клетка. Анализ на ДНК на различен произход, Chargaf откри и формулира уникалните модели на състава на ДНК, включени в науката, наречена CHARGAFF правила. Според тези правила, във всички ДНК, независимо от произхода, количеството на аденин е равно на количеството на тима (А \u003d Т), количеството на гуанин е равно на количеството на цитозин (R \u003d С), количеството на Чирините са равни на количеството пиримидини (G + A \u003d C + t) основите с 6 амино групи са равни на количеството на основите с 6-кето-взаимно (A + C \u003d R + T). В същото време, въпреки тези строги количествени кореспонденции, ДНК от различни видове се различават по отношение на съотношението A + T: G + C. В някаква ДНК броят на гуанина и цитозин преобладава над количеството аденин и типа (тези ДНК chargaff, наречен DNA Hz-тип); Други ДНК съдържат аденин и тимин повече от гуанин и цитозин (тези ДНК са наречени при-тип ДНК). ДНК данните, получени от Chargaff, изиграха изключителна роля в молекулярната биология. Това бяха те, че те се основават на откриването на структурата на ДНК, направена през 1953 г. J. Watson и F. Screech.

Обратно през 1938 г., W. Astbury и F. Bell, с рентгенов структурен анализ, показват, че равнината на основите в ДНК трябва да бъде перпендикулярна на дългата ос на молекулата и напомнят купчината плочи, лежащи един върху друг. Тъй като техниката на рентгеновия структурен анализ се подобрява до 1952 - 1953 година. Натрупана е информация, която позволява да се прецени продължителността на индивидуалните връзки и наклоните ъгли. Това позволи най-голямата вероятност да представи естеството на ориентацията на пръстените на пентозилавите остатъци в захарофосфатната кост на ДНК молекулата. През 1952 г. S. Farberg предложи два спекулативни ДНК модела, които представляват сгъната или изкривена молекула. Най-малкото спекулативния модел на структурата на ДНК е предложен през 1953 г. L. Polingom (лауреат на Нобелова награда, 1954) и Р. Кори. В този модел три-завъртите ДНК вериги образуват дълга спирала, пръчката на която е представена от фосфатни групи и основата се намира извън нея. До 1953 г. М. Уилкинс и Р. Франклин получи по-ясни рентгенови картини на ДНК. Техният анализ показа пълната несъответствие на моделите Ферберг, Полсинг и Кори. Използването на данни от Chargaff, сравняване на различни комбинации от молекулни модели на отделни мономери и рентгенови анализи, J. Watson и F. Creek през 1953 г. стигна до заключението, че ДНК молекулата трябва да бъде по-евтина спирала. Chargaff правилата са ограничили рязко броя на възможните поръчани комбинации от основи в предложения модел на ДНК; Те предложиха watson и викът, че в ДНК молекулата трябва да бъдат специфично чифтосване на основи - аденин с тимин и гуанин с цитозин. С други думи, аденинът в една ДНК верига винаги трябва стриктно съответства на Тим в друга верига, а гуанинът в една верига задължително съответства на цитозин в друг. Така, Watson и Creek първо формулират изключителното значение на принципа на допълнителната структура на ДНК, съгласно която една ДНК верига допълва другата, т.е. последователността на основите на една верига уникално определя основната последователност в друга (комплементарна) верига. Стана ясно, че вече в структурата на ДНК е положен потенциалът за точното му възпроизвеждане. Този модел на структурата на ДНК понастоящем е общопризнат. За декодиране на структурата на ДНК плаче, Уотсън и Уилкинс през 1962 г., нобеловата награда бе наградена.

Трябва да се отбележи, че идеята за механизма на точното възпроизвеждане на макромолекули и прехвърлянето на наследствена информация произхожда от нашата страна. През 1927 г., Н, К. Колцов предложи по време на възпроизвеждането на клетки, възпроизвеждането на молекули чрез точно автокаталитично възпроизвеждане на съществуващите молекули на майката. Вярно е, че по това време пръстените надаряха това свойство на ДНК молекулата, но протеиновите молекули, чиято функционална стойност не е известна тогава. Въпреки това, мисълта за автокаталитичното възпроизвеждане на макромолекули и трансмисионния механизъм на наследствени свойства е пророчески: тя стана водеща идея за съвременната молекулярна биология.

A. N. Belzersky, A. S. Spirin, G. N. Zaitseva, B. F. vanyushin, S. O. Uryson, А. А. Антонов и други дългосрочни изследвания (1957-1974) ДНК състав разнообразен различни организми Напълно потвърждават моделите, открити от Chargaff, и пълната кореспонденция с молекулярния модел на структурата на ДНК, предложен от Уотсън и вик. Тези проучвания показват, че ДНК от различни бактерии, гъби, водорасли, актиномицети, висши растения, безгръбначни и гръбначни животни имат специфичността на състава. Особено рязко различията в състава (съдържанието на прилепнали двойки) се изразяват в микроорганизми, превръщайки се към важен таксономичен знак. При по-високи растения и животни, вариациите на видовете в ДНК се изразяват значително по-слаби. Но това не означава, че ДНК е по-малко специфична. В допълнение към състава на основанията, специфичността се определя до голяма степен от тяхната последователност в ДНК веригите.

Заедно с конвенционалните основи се откриват допълнителни азотни бази в състава на ДНК и РНК. Така, в състава на ДНК на растенията и животните, бели (1950) са открити 5-метилцитозин и D. dunn и J. Smith (1958), открити в някои ДНК метилиран аденин. Дълго време метилцитозинът се счита за отличителна характеристика на генетичния материал на по-високите организми. През 1968 г. А. Н. Белозерски, Б. Ф. Ванюшин и Н. А. Кокурин откри, че може да се срещне и в ДНК бактерии.

През 1964 г. M. Gold и J. Hurvitz откри нов клас ензими, които извършват естествената модификация на ДНК - нейното метилиране. След това откритието беше ясно, че непълнолетното (съдържащо се в малки количества) на основата възниква вече върху готовата полинуклеотидна верига на ДНК в резултат на специфично метилиране на цитозин и алейнинови остатъци в специални последователности. По-специално, според B. F. vanyushina, Ya. I. Burnanova и A. N. Belzersky (1969) в терминалните кодони могат да се появят метилизиране на аденин в ДНК на чревната пръчка. Според А. Н. Белозирски и служители (1968 - 1970), както и M. Meselson (САЩ) и V. Arberry (Швейцария) (1965 - 1969), метилирането дава на ДНК уникални индивидуални черти и в комбинация с действието на специфична ядра част. на сложния механизъм, който следи синтеза на ДНК в клетката. С други думи, естеството на метилирането на една или друга ДНК предопределя въпроса дали може да се размножава в тази клетка.

Почти в същото време започнаха разпределението и интензивното изследване на ДНК метила и ограничаване на ендонуклезите; През 1969 - 1975 година Нуклеотидни последователности, разпознати в ДНК, са установени от някои от тези ензими (X. Boyer, X. Smith, S. Lynn, K. Murray). В хидролизата на различна ДНК, рестанциалният ензим разстояния доста големи фрагменти със същия "лепкав" краища. Това дава възможност не само да се анализира структурата на гените, както се прави в малки вируси (D. Natans, S. Adler, 1973 - 1975), но и проектиране на различни геноми. С отварянето на тези специфични рестрикционни ензими генното инженерство се превърна в осезаема реалност. Вградените в малки плазмидни ДНК гени с различен произход вече лесно се въвеждат в различни клетки. По този начин, нов тип биологично активен плазмид, който дава резистентност към някои антибиотици (С. Коен, 1973), е въведен чрез рибозомни гени на жаби и дрофофила в плазмидите на чревните пръчки (J. Morro, 1974; X. Boyer, Г. НОНС, Р. Девис, 1974 - 1975 г.). По този начин реалните пътеки са отворени, за да се получат фундаментално нови организми чрез администриране и вграждане в техния генно басейн разнообразие от гени. Това откритие може да бъде насочено в полза на цялото човечество.

През 1952 г. Бял и С. Коен установи, че Т-дори фаговата ДНК съдържа необичайна база - 5-оксиметил възбуда. По-късно Е. Волкина и Р. Синхеймер (1954) и Коен (1956) (1954) и Коен (1956) започнаха, че остатъците от оксиметил вълнението могат да бъдат напълно или частично глюкозидирани, в резултат на което се оказва фагова ДНК молекула да бъдат защитени от хидролитично действие на нуклеазите.

В началото на 50-те години, Д. Дуна и Й. Смит (Англия), С. Вихлохоф (САЩ) и A. Vacra (Германия) станаха известни, че много изкуствени аналози на основанията могат да бъдат включени в ДНК, понякога до 50% thine. Като правило тези замествания водят до грешки в репликацията, транскрипцията на ДНК и излъчване и появата на мутанти. Така че, J. Marmour (1962) установи, че в ДНК на някои фаги, вместо тимин, съдържа оксиметилурацил. През 1963 г. I. Такахаши и J. Marmour установиха, че ДНК на един от фагите вместо типа съдържа урацил. Така, друг принцип, в който преди това са били разделени нуклеиновите киселини. Тъй като работата на П. Левин се смята, че отличителната черта на ДНК е Тим и РНК - Урацил. Стана ясно, че този знак не винаги е надежден, а основната разлика в химическата природа на двата вида нуклеинови киселини, както се появява днес, служи само на характера на въглехидратния компонент.

При изучаване на фагите бяха отворени много необичайни признаци на органични нуклеинови киселини. От 1953 г. се смята, че всички ДНК са жонглиращи линейни молекули, а РНК е само еднократно. Тази разпоредба е по същество разтърсена през 1961 г., когато R. sinsheimer установи, че фаговата ДНК X 174 е представена от едно течаща пръстенна молекула. Вярно е, че се оказа, че в тази форма, тази ДНК съществува само в вегетативната фагова частица, а репликативната форма на ДНК на този фаг също е измама. В допълнение, тя се оказа много неочаквана, че RNA някои вируси могат да бъдат измама. Този нов тип макромолекулна РНК организация е открит през 1962 г. от P. Homatosome, I. Tamm и други изследователи в някои животински вируси и вирус на тумор на раната на растенията. Наскоро, V. I. agol и A. A. Bogdanov (1970) установи, че в допълнение към линейните РНК молекули има и затворени или циклични молекули. Открива се циклична жонглираща РНК, по-специално в вируса на енцефаломелокардит. Благодарение на произведенията на X. Devo, L. Tokino, T. I. Tikhonenko, E. I. Budovsky и др. (1960 - 1974) станаха основните характеристики на организацията (полагане) на генетичен материал в бактериофаги.

В края на 50-те години американският учен П. Доти установи, че по време на отопление, настъпва ДНК денатурация, придружена от повреда на водородните връзки между базовите двойки и несъответствието между допълнителните вериги. Този процес е характерът на фазовия преход от вида на "спирален заплетения" и напомня за топене на кристали. Следователно, процесът на термична денатуриране ДНК ДНК нарича ДНК топене. С бавно охлаждане се появяват Renaturcets на молекулите, т.е. обединение на допълнителни половинки.

Принципът на преналиване през 1960 г. е бил използван от J. Marmur и K. Shildkraut за определяне на степента на "хибридизация" на ДНК на различни микроорганизми. Впоследствие, E. Bolton и B. Mac-картината подобри тази техника, предлагайки метода на така наречените ДНК агарски високоговорители. Този метод е незаменим при изучаването на степента на хомология на нуклеотидната последователност на различна ДНК и изясняване на генетичното родство на различни организми. Отворена DTO денатурационна ДНК в комбинация с описаната J. Mandela и A. Hershey * (1960) хроматография върху метилиран албумин и центрофугиране в градиента на плътността (методът е разработен през 1957 г. Meselson, F. и D. Vinogradov) е Широко използван за разделяне, изхвърляне и анализ на индивидуални допълнителни ДНК вериги, например, V. Shibalski (САЩ), като се използват тези техники за отделяне на фаг на ДНК ламбда, показани през 1967-1969, които са генетично активни, са двете вериги на фаг, а не един, както се счита за (S. Spigelman, 1961). Трябва да се отбележи, че за първи път идеята за генетичната значимост на двете вериги на ДНК ламбда фага е изразена в СССР С. Е. Бреслър (1961).

* (За работа върху генетиката на бактериите и вирусите А. Hershi заедно с М. Дълбрик и С. Лурия бяха наградени през 1969 г. на Нобелова награда.)

За да се разбере организацията и функционалната активност на генома, определението за нуклеотидна последователност на ДНК е от първостепенно значение. Търсенето на методи за тази дефиниция се извършва в много лаборатории в света. В САЩ, М. Ол с служители от края на 50-те години, опитвайки се да установят ДНК последователност с електронна микроскопия, но досега неуспешно. В началото на 50-те години първите произведения на Sinsheimer, Chargaff и други изследователи в ензимното разграждане на ДНК станаха известни, че се разпределят различни нуклеотиди в ДНК молекулата, въпреки че е нерелижна, но неравномерна. Според английския химик К. Бартън (1961), пиримидини (повече от 70%) са насочени предимно под формата на съответните блокове. A. L. Mazin и B. F. vanyushin (1968 - 1969) установяват, че различните ДНР имат различна степен на пиримидиновия шанс и че в ДНК на животинските организми, тя се увеличава значително като най-ниската до по-висока. Така развитието на организмите се отразява в структурата на техните геноми. Ето защо за разбиране на еволюционния процес като цяло, сравнително изследване на структурата на нуклеиновите киселини е от особено значение. Анализ на структурата на биологично важни полимери и преди всичко ДНК е изключително важна за решаване на много частни въпроси на филогенетиката и таксономия.

Интересно е да се отбележи, че английският физиолог Е. Ланкестър, който е изучавал хемоглобините на мекотели, точно преди 100 години, предвиждайки идеите за молекулярна биология, пише: "Химичните различия в различните видове животни и растения са също толкова важни да изяснят историята на техния произход, както и различия в тяхната форма. Ако можем ясно да установим различията в молекулярната организация и функционирането на организмите, ще можем значително да разберем произхода и еволюцията на различни организми, отколкото на базата на морфологични наблюдения "*. Значението на биохимичните проучвания за систематиката подчертава V. Л. Комаров, който е написал това "в сърцето на всички дори само чисто морфологични знаци, въз основа на които класифицираме и инсталираме видове, са именно биохимични различия "**.

* (Е. Р. Ланкастър. Uber das vorcommen фон хемоглобин в den muskeln der mollusken und die verbreitung desselben в den lebrendigen ornishren.- "Archiv Archiv козина Die Gesammte Physiol., 1871, Bd 4, 319.)

** (V. L. Komarov. Избрана CIT., T. 1. M., издателство на Академията на науките на СССР, 1945, стр. 331.)

А. В. Благовешченски и С. Л. Иванов все още в 20-те години предприеха първите стъпки в нашата страна, за да изяснят някои въпроси на еволюцията и систематиката на организмите въз основа на сравнителен анализ на техния биохимичен състав (вж. Гл. 2). Сравнителен анализ Структурите на протеините и нуклеиновите киселини в момента стават все по-осезаеми за систематиката (виж глава 21). Този метод на молекулярна биология позволява не само да се изясни позицията на отделните видове в системата, но и принуждава принципите на класифицирането на организмите по нов начин, а понякога да се преразгледа цялата система като цяло, както се случи, защото Пример, със систематика на микроорганизмите. Без съмнение, в бъдеще, анализът на структурата на генома ще заема централно място в химиосистемата на организмите.

Чудесно значение за образуването на молекулярна биология е декодиране на репликация на ДНК и транскрипционни механизми (виж глава 24).

Биосинтезен протеин

Важна промяна в решаването на проблема с биосинтезата на протеините е свързана с успеха в изследването на нуклеиновите киселини. През 1941 г. Т. Касперсън (Швеция) и през 1942 г. J. Brother обърна внимание на факта, че в тъканите с активен протеинов синтез, увеличеното количество РНК съдържа увеличено количество РНК. Те заключиха, че рибонуклеините играят решаваща роля в протеиновия синтез. През 1953 г. Е. Гейл и Г. Фокс, като че ли са получени преки доказателства за прякото участие на РНК в биосинтезата на протеина: според техните данни рибонуклеза значително потиска включването на аминокиселини в бактериални клетъчни лизати. V. Alfrei, M. Delhi и A. Mirsky (1953) за хомогенати на черния дроб са получени. По-късно Е. Гейл отказа да им даде правилната идея за водещата РНК роля в синтеза на протеини, погрешно вярвайки, че активирането на протеиновия синтез в системата без клетки е повлиян от някакво друго вещество с неизвестен характер. През 1954 г. P. Prince, D. Litlfield, R. B. Hesin-Lurie и други са открили, че най-активното включване на аминокиселини се среща в богати РНК фракции от сублуларни частици - micros. P. Подписването и Е. Keller (1953 - 1954) установяват, че включването на аминокиселини е забележимо засилено в присъствието на супернатантната фракция при условията на регенерация на АТФ. P. Sichevitz (1952) и M. Chogland (1956) е изолиран от супернатантната протеинова фракция (фракция на рН 5), която е отговорна за рязкото стимулиране на включването на аминокиселини в microscoms. Заедно с протеините в супернатанта, е открит специален клас с ниска молекулно тегло РНК, които сега се наричат \u200b\u200bтранспортна РНК (TRNA). През 1958 г., Chogland и селекцията, както и П. Берг, Р. Свит и Ф. Алън и много други изследователи установиха, че техният специален ензим, АТФ и специфична ТРНК са необходими за активиране на всяка аминокиселина. Стана ясно, че TRNA е извършена единствено от функцията на адаптера, т.е. устройствата, които се намират на нуклеичната матрица (IRNK) мястото на съответната аминокиселина в образуващата протеинова молекула. Тези проучвания са напълно потвърдили хипотезата на адаптера F. Creek (1957), която предвижда съществуването на полинуклеотидни адаптери в клетката, необходима за правилното подреждане на аминокиселинните остатъци на синтезирания протеин върху нуклеичната матрица. Вече много по-късно френски учен F. Shapvil (1962) в лабораторията Е. Липман (Нобелова награда, 1953) в Съединените щати много остроумен и недвусмислено показаха, че местоположението на аминокиселината в синтезиращата протеинова молекула е напълно определена от специфичната TRNA, към която е прикрепена. Адаптерът за вика е разработен в произведенията на Chogland и селекция.

До 1958 г. са известни следните основни етапи на синтеза на протеини: 1) активиране на аминокиселини с специфичен ензим от "рН 5 на фракцията" в присъствието на АТР за образуване на аминоациалност; 2) закрепването на активирана аминокиселина до специфична тРНК с освобождаване на аденозин монофосфат (усилвател); 3) комбинация от аминоацил-TRNA (TRNA, натоварена с аминокиселина) с микрозоми и включването на аминокиселини в протеина за освобождаване на тРНК. Chogland (1958) отбелязва, че на последния етап на протеиновия синтез се изисква Гуангуинтерифосфат (GTF).

Транспортна РНК и синтез на ген

След откриването на TRNA, започна активното търсене на тяхната фракциониране и определяне на нуклеотидната последователност. Американски биохимик Р. Холи постигна най-големите предимства. През 1965 г. той установява структурата на Аланин Трън от дрожди. С помощта на рибонуклеаза (Guanilla RNA-AZA и панкреатична РНК-аза), Холи разделя молекулата на нуклеинова киселина в няколко фрагмента, определена във всяка от тях нуклеотидна последователност и след това реконструира последователността на цялата аланинова молекула. Този път на анализ на нуклеотидната последователност е посочен блок метод. Заслугата на Холи се състоеше главно в това, че е научил да разделя РНК молекулата не само на малки парчета, тъй като много го са го направили, но и на големи фрагменти (квартали и половинки). Това му дава възможност да събере правилно отделни малки парченца заедно и по този начин да пресъздадат пълната нуклеотидна последователност на цялата трибула (Нобелова награда, 1968).

Това приемане бе незабавно прието в много лаборатории в света. През следващите две години в СССР и в чужбина основната структура на няколко Трън беше декриптирана. А. А. Баев (1967) и служителите първо установиха поредица от нуклеотиди в дрождев клапан TRNA. Към днешна дата вече е проучена повече от дузина различни индивидуални трина. Един вид запис при определяне на нуклеотидната последователност е установена в Кеймбридж Ф. Стенгер и Браулли. Тези изследователи са разработили удивително елегантен метод за разделяне на олигонуклеотиди и са монтирани последователността на така наречената 5S (рибозомална) РНК от клетките на чревните пръчки (1968). Тази РНК се състои от 120 нуклеотидни остатъка и, за разлика от TRNA, не съдържа допълнителни леки бази, които значително улесняват анализа на нуклеотидната последователност, обслужващи уникалните референтни точки на отделните фрагменти от молекулата. Понастоящем, благодарение на използването на метода на Senger и Browni, работата се насърчава успешно да изследва последователността на дълга рибозомална РНК и някаква вирусна РНК в лабораторията на J. Ebel (Франция) и други изследователи.

А. А. Баев и служителите (1967 г.) установяват, че вдлъбнатината на жлъчността на валин възстановява своята макромолекулна структура в разтвор и въпреки дефекта в първичната структура, има функционалната активност на началната (естествена) молекула. Този подход е реконструкцията на нарязаните макромолекули след изваждане на определени фрагменти - се оказа много обещаващо. Сега се използва днес, за да се разбере функционалната роля на отделните участъци на някои TRNA.

През последните години се постига голям успех при получаване на кристални препарати на отделната трина. Сега в няколко лаборатории в САЩ и Англия успя да кристализира много TRNA. Това позволи да се изследва трнната противоположна с рентгеновия структурен анализ. През 1970 г. R. Side представи първите радиографии и триизмерни модели на няколко трима, създадени от него в университета в Уисконсин. Тези модели спомагат за определяне на локализацията на индивидуално функционално активни обекти в TRNA и разбиране на основните принципи на функционирането на тези молекули.

Най-важното значение за разкриването на механизма за синтез на протеини и решаването на проблема с спецификата на този процес е да дешифрира естеството на генетичния код (виж глава 24), който без преувеличение може да се счита за водеща завоевание на Естествена наука XX век.

Разкриването на R. Holly на първичната структура на TRNA дава тласък на произведенията на град Коран * (САЩ) на синтеза на олигонуклеотиди и ги изпрати до пътя на синтеза на определена биологична структура - ДНК молекулата кодиране на аланичната лентна. Първите стъпки на химическия синтез на късо олигонуклеотиди са направени почти преди почти 15 години, приключващи през 1970 година. За първи път по инициатива на гена. Коранът и неговият персонал първо от отделни нуклеотиди се синтезират чрез химикали чрез къси фрагменти с дължина 8-12 нуклеотидни остатъка. Тези фрагменти с дадена нуклеотидна последователност са образували спонтанно весели комплементарни парчета с припокриване в 4 - 5 нуклеотиди. След това тези готови парчета в желания ред последователно свързват край до края, като се използва ензимът на ДНК лигаза. Така, за разлика от репликацията на ДНК молекули, съгласно A. Cornberg ** (виж глава 24), Коранът успя да преоткрие естествена ДНК молекула, свободна от кани, съгласно предварително определена програма в съответствие с описаната TRNA последователност, описана от Холи. По същия начин работата е в ход на синтеза на други гени (М. Н. Колосов, 3. А. Шабарова, Д. Г. Корнре, 1970 - 1975).

* (За изследвания на генетичния кодекс град Коран и М. Нирарберг е награден през 1968 г. Нобелова награда.)

** (За откриването на полимераза и синтез на ДНК А. Корнберг и за синтеза на РНК S. OCHOA през 1959 г. е наградена на Нобелова награда.)

Микрозоми, рибозоми, излъчване

В средата на 50-те се смята, че центърът на протеиновия синтез в клетката е микрозоми. Терминът микрозома първо се въвежда през 1949 г. от A. Claude за обозначаване на фракцията от малки гранули. По-късно се оказа, че цялата фракция на микроза, състояща се от мембрани и гранули, е отговорна за синтеза на протеини, но само малки рибонуклеопротоидни частици. Тези частици през 1958 г. се наричат \u200b\u200bР. Робъртс Рибозоми.

Класически проучвания на бактериални рибозоми се държат от A. TiSier и J. Watson през 1958 - 1959 година. Бактериалните рибозоми са малко по-малки от растенията и животните. J. Littleton (1960), М. Кларк (1964) и Е. Н. Света (1966) показват, че рибозомите на хлоропластите на висшите растения и митохондриите принадлежат към бактериалния тип. А. Тисиер и др. (1958) установиха, че рибозомите се дисоциират от две неравномерни субединици, съдържащи една молекула на РНК. В края на 50-те се смята, че всяка рибозомна РНК молекула се състои от няколко къси фрагмента. Обаче, А. С. Спирин през 1960 г. за първи път показа, че РНК в подгутъра е представена от непрекъсната молекула. D. Waller (1960), разделяйки рибозомни протеини, използвайки електрофореза в нишестения гел, установи, че те са много разнородни. Първо, много се съмняват с данните на Уола, тъй като изглежда, че рибозомният протеин трябва да бъде строго хомогенен, както например, VTM протеин. В момента, в резултат на изследване от D. Waller, R. Tratu, P. Traub и други биохимици станаха известни, че повече от 50 напълно различни в структурата на протеините стават част от рибозомните частици. А. S. Spirina През 1963 г. е възможно за първи път да разгърне рибозомни субкосалисти и да покаже, че рибозомите са компактно усукани рибонуклеопротеза-вал, които при определени условия могат да бъдат разгърнати. През 1967 - 1968 година M. nomura напълно е реконструирал биологично активен подпартигин от рибозомната РНК и протеин и дори получава такива рибозоми, в които протеин и РНК принадлежат на различни микроорганизми.

До днес ролята на рибозомната РНК е неясна. Предполага се, че това е уникалната специфична матрица, върху която, при образуването на рибозомна частица, намира строго определено място всеки от многото рибозомни протеини (А. S. Spirin, 1968).

А. Богат (1962) открити агрегати от няколко рибозоми, свързани с IRNN нишката. Тези комплекси се наричат \u200b\u200bполизми. Откриването на политиката е позволено, богато и Watson (1963), за да се изрази предположението, че синтезът на полипептидната верига настъпва върху рибозома, който се движи по веригата на IRNK. Тъй като рибозомите се повишават по веригата на IRNN в частицата, се извършват информацията и образуването на протеин полипептидната верига и новите рибозоми се присъединяват алтернативно на освободения край на IRNK. От тези Richa и Watson последва, че стойността на клетката в клетката се състои в масово производство на протеин чрез последователно четене на матрицата при няколко рибозоми едновременно.

В резултат на изследване M. Nirenberg, S. Ochua, F. Lipman, Корана и др. През 1963 - 1970 година. Известно е, че заедно с IRNA, рибозомите, АТР и аминоацил-т в процеса на предаване участват голям брой разнообразни фактори и самият процес на излъчване може да бъде условно разделен на три етапа - иницииране, действително излъчване и прекратяване.

Посвещението за превод означава синтеза на първата пептидна връзка в комплекса Ribosome - матрицата полинуклеотид - аминоацил-търговия. Не някаква аминоацил-трина, но формилметионил-тРНК има такава инициативна активност. Това вещество първо се разпределя през 1964 г. от F. senger и K. marker. S. Barencher и K. Marker (1966) показват, че функцията на инициатора на формилметионил-тРН се дължи на увеличения афинитет към пептидалния център на рибозомата. За да започнете излъчването, някои фактори за иницииране на протеини също са изключително важни, които бяха подчертани в лабораториите на S. Ochoa, F. GRO и други разследващи центрове. След образуването на първата пептидна връзка в рибозома, самото излъчване започва, т.е. последователното добавяне на аминоацилния остатък към С-края на полипептида. Много подробности за процеса на излъчване бяха изследвани от К. Монро и Й. Бишоп (Англия), I. Rykhlik и F. Shorm (Чехия), F. Lipman, M. Baretcher, V. Gilbert (САЩ) и други изследователи. През 1968 г. А. С. Спирин, за да обясни механизма на работа на рибозомата, предложи първоначалната хипотеза. Задвижващият механизъм, осигуряващ всички пространствени движения на TRNA и IRNN по време на излъчването, е периодично отваряне и затваряне на рибозомните подцаки. Краят на излъчването е кодиран в най-четената матрица, която съдържа кодони за прекратяване. Както показа С. Бренер (1965 - 1967), такива кодони са UAA, UAG и UGA Dripls. М. Capinchi (1967) също разкрива специални фактори за прекратяване на протеини. А. С. Спирин и Л. П. Гаврилова описаха така наречената "неработеща" синтеза на протеин в рибозомите (1972 - 1975) без участието на протеинови фактори. Това откритие е важно за разбирането на произхода и развитието на биосинтезата на протеините.

Регулиране на дейността на гени и протеини

След проблема с спецификата на протеиновия синтез на първо място в молекулярната биология, проблемът с регулирането на синтеза на протеините или е същото, регулирането на дейността на гените.

Функционалната нееднородност на клетките и репресалите, свързани с нея и активирането на гените отдавна привлича вниманието на генетиците, но доскоро реалният механизъм за контролиране на генетичната активност остава неизвестен.

Първите опити за обяснение на регулаторната дейност на гените бяха свързани с изучаването на хистонийските протеини. Още Spous Stadman * в началото на 40-те години на XX век. Те изразиха идеята, че е хистони, които биха могли да играят важна роля в това явление. В бъдеще те получиха първите ясни данни за разликите в химичното естество на хистонови протеини. Понастоящем броят на фактите, свидетелстващ за тази хипотеза, всяка година все повече нараства.

* (E. Stedman, E. Stedman. Основните протеини на клетъчната ядра.- философ. Транс. Рой. Soc. Лондон, 1951, V. 235, 565 - 595.)

В същото време все по-голям брой данни за данните е, че регулирането на генната активност е много по-сложен процес от просто взаимодействие на гени на гени с молекули на хистонови протеини. През 1960 - 1962 година В лабораторията, RB Hesin-Lurie Установено е, че фаговите гени започват да се четат нагоре по течението: фаговите Т2 гени могат да бъдат разделени в началото, функционирането на които се е случило в първите минути на инфекцията на бактериалната клетка и късното , започва да синтезира IRNK след завършване на ранните гени.

През 1961 г. френските биохимици F. Jacob и J. Mono предложиха схема за регулиране на генната дейност, която изигра изключителна роля в разбирането на регулаторните механизми на клетката. Според Jacob и Mono схема, в ДНК, в допълнение към структурните (информационни) гени, все още има регулатори на генератори и гени. Генният регулатор кодира синтеза на специфично вещество - репресор, който може да бъде свързан както с индуктора, така и към генен оператор. Генераторът е свързан със структурни гени и Gene Gene е на известно разстояние от тях. Ако няма индуктор в околната среда, например лактоза, репресорът, синтезиран от регулаторния ген, е свързващ с гена на оператора и го блокира, изключва работата на цялата оперон (блок от структурни гени, заедно с ръководителите на оператори, заедно с мениджърите на оператора ). Образуването на ензима при тези условия не се случва. Ако в средата се появява индуктор (лактоза), тогава продуктът на генетичния регулатор - репресор е свързан с лактоза и премахва блока от генераторния ген. В този случай работата на структурния ген, кодираща синтеза на ензима, става възможна и ензимът (лактоза) се появява в средата.

Според Яков и моно, тази регламентационна схема е приложима за всички адаптивни ензими и може да се появи както по време на репресии, когато образуването на ензима се потиска чрез излишък от реакционния продукт и по време на индукция, когато субстратът допринася за синтеза на. \\ T ензим. За изследователска регулация на дейността на Джейкъб Гени и Моно, Нобелова награда е наградена през 1965 година.

Първоначално тази схема изглежда твърде отдалечена. Въпреки това, по-късно се оказа, че регулирането на гените по този принцип се извършва не само в бактерии, но и в други организми.

От 1960 г., забележимо място в молекулярната биология е заета от изследването на организацията на генома и структурата на хроматиката в еумариотните организми (J. Bonner, R. Britten, V. Olfry, P. Walker, Yu. С. Чентч , IB Zbarsky и други.) И с регулиране на транскрипцията (А. Мирко, П. Георгиев, М. Бърница, Д. Гал, Р. Цангав, Р. I. Salganik). Дълго време имаше неизвестен и противоречив характер на репресора. През 1968 г. М. Ptashne (САЩ) показа, че репресор е протеин. Той го подчертава в лабораторията на J. Watson и установи, че репресорът наистина има афинитет към индуктора (лактоза) и в същото време "разпознава" генератора на Lac Opero генератор и специално комуникира с него.

През последните 5 - 7 години данните бяха получени при наличието на друга управляваща клетка на генната активност - промотор. Оказа се, че в квартала със сайта на оператора, към който се съединява продуктът, синтезиран при контролиран полен - протеинова субстанция на репресора, има и друга област, която също трябва да се припише на членовете на регулаторната система на генната активност . РНК полимераза ензимната молекула е прикрепена към тази област. В промоционалната част трябва да възникне взаимно признаване на уникална последователност от нуклеотиди в ДНК и специфична конфигурация на РНК полимеразен протеин. Ефективността на признаването ще зависи от прилагането на процеса на четене на генетична информация с тази последователност на оперни гени, съседни на промотора.

В допълнение към описаната Jacob и Mono схемата, в клетката има други механизми за поколение. F. Jacob и S. Brenner (1963) установиха, че регулирането на репликацията на бактериалната ДНК се определя от клетъчна мембрана. Експерти от Яков (1954) за индуциране на различни опора, убедително показаха, че под влиянието на различни мутагенни фактори започва избирателната рекордация на програмния ген и репликацията на приемащия геном е блокирана. През 1970 г. F. Bell съобщава, че малките ДНК молекули могат да бъдат предадени в цитоплазмата на ядрото и там вече има транскрибирани там.

По този начин регулирането на дейността на гените може да се извърши на ниво репликация, транскрипция и излъчване.

Постигнат е значителен успех в изследването на регламента не само синтеза на ензимите, но и тяхната дейност. Явлението на регулирането на активността на ензимите в клетката е посочено през 50-те години А. Новик и Л. Szilllard. USHUBARGER (1956) установи, че в клетката има много рационален начин за потискане на активността на ензима от крайния продукт на веригата за реакция на обратната връзка. Както е създадено от J. Mono, J. Shange, F. Jacob, A. PADI и други изследователи (1956 - 1960), регулирането на ензимната дейност може да се извършва чрез алостеричен принцип. Ензимът или един от нейните субединици, с изключение на афинитет към субстрата, има афинитет към една от продуктите на реакцията. Под влиянието на такъв продукт-сигнал ензимът променя неговата конформация, която губи своята дейност. В резултат на това цялата верига от ензимни реакции се изключва в самото начало. На важна роля на конформационни промени в протеини в ензимните реакции и в. \\ T определен смисъл И за наличието на алторен ефект, D. Weem и R. Woodward (1952; лауреат на Нобелова награда, 1965).

Структура и функция на протеините

В резултат на T. Osborne, Gofmeister, A. Gürbera, F. Schulz и много други в края на XIX век. Получават се много животни и растителни протеини в кристален. По същото време, молекулните тегла на някои протеини бяха инсталирани с помощта на различни физически методи. Така през 1891 г. А. Сабанеев и Н. Александров съобщават, че молекулното тегло на овалбумин е 14 000; През 1905 г. E. REID установи, че молекулното тегло на хемоглобина е равно на 48,000. Полимерната структура на протеините е разкрита през 1871 г. G. Glazulotz и D. Gaberman. Идеята за пептидна комуникация на отделните аминокиселинни остатъци в протеините се изразява от Т. Куртий (1883). Аминокиселинни химически кондензационни работи (E. Shaal, 1871; Schiff, 1897; L. Balbiano и D. Tracati, 1900) и хетерополипептиден синтез (E. Fisher, 1902 - 1907, Нобелова награда, 1902) доведе до развитието на основните Принципи Химическа структура на протеините.

Първият кристален ензим (UREAzA) е получен през 1926 г. J. Samner (Нобелова награда, 1946), а през 1930 г. J. Northrop (Нобелова награда, 1946) получи кристален пепсин. След тези работи стана ясно, че ензимите имат протеинов характер. През 1940 г. M. Kunitz разпределя кристална РНК-азу. До 1958 г. вече са известни повече от 100 кристални ензими и над 500 ензими, разпределени в некристална форма. Приготвянето на високо пречистени лекарства на отделни протеини допринася за дешифрирането на основната им структура и макромолекулярната организация.

От голямо значение за развитието на молекулярната биология като цяло, човешката генетика, особено откритието на L. polingom (1940) на анормален хемоглобин S, изолиран от еритроцити на хора с тежко наследствено заболяване - сърповидно-клетъчна анемия. През 1955 - 1957 година V. Ingram използва метода на пръстовия отпечатък, разработен от F. senger (петна, образувани от отделни пептиди по време на хартиена хроматография), за да се анализират хемоглобина хидролиза с алкални и трипсин. През 1961 г. INGRAM съобщава, че хемоглобинът се различава от нормалния хемоглобин само по природа на един аминокиселинен остатък: при нормален хемоглобин в седмото положение на веригата е остатъкът от глутаминова киселина, а в хемоглобин S - остатъкът на валин. По този начин напълно потвърден (1949), предположението за полиране, че сърповидната анемия е заболяване на молекулярна природа. Насладиемата промяна в само един аминокиселинна остатък във всяка половина на хемоглобина макромолекулата води до факта, че хемоглобинът губи способността да се разтваря лесно при ниска концентрация на кислород и започва да кристализира, което води до нарушение на клетъчната структура. Тези проучвания ясно показват, че протеиновата структура е строго определена аминокиселинна последователност, която е кодирана в генома. Относно изключителната стойност на първичната структура на протеина при образуването на уникална биологично активна конформация на макромолекулата показва работата на K. anfinsen (1951). Анфинсен показа, че хранителната биологично активна макроструктура на панкреатична рибонуклеаза е предопределена от аминокиселинна последователност и отново може да се появи спонтанно, когато цистеин SH-групите се окисляват, за да образуват дисулфидни залози в строго определени места на ензимната пептидна верига.

Към днешна дата механизмът на действие на голям брой ензими е изучен в детайли и се определя структурата на много протеини.

През 1953 г. F. senger създаде аминокиселинна последователност от инсулин. : Този протеин се състои от два полипептидни вериги, свързани с два дисулфидни залози. Един от веригите съдържа само 21 аминокиселинни остатъка, а другата е 30 остатъка. За дешифриране на структурата на този сравнително прост протеин, по-скоро от 10 години. През 1958 г. за това изключително проучване той е награден с Нобелова награда. След създаването на V. Stein и S. MUROM (1957) на автоматичния анализатор на аминокиселините, идентифицирането на продуктите на частична хидролиза на протеините се ускорява значително. През 1960 г. Stein и Moore вече са докладвали. Те успяха да определят последователността на рибонуклеза, чиято пептидна верига е представена от 124 аминокиселинни остатъка. През същата година, в лабораторията на Снамама в Тубинген (Германия) F. Ander и други идентифицираха аминокиселинната последователност в протеин VTM. След това аминокиселинната последователност се определя в миоглобин (А. Edmunson) и а- и р-веригите на хемоглобина на човек (Brownitzer, E. Schröder и т.н.), лизозим от пилешки яйчен протеин (Jullah, D. Keyfield). През 1963 г. F. Shorm и B. Keyl (Чехия) установяват последователност от аминокиселини в химотрипсиногенната молекула. През същата година се определя аминокиселинната последователност на трипсиноген (F. shorm, d. walch). През 1965 г. К. Такахаши установява основната структура на рибонуклеаза T1. След това аминокиселинната последователност все още е дефинирана в няколко протеина.

Както е известно, крайното доказателство за коректността на определянето на една или друга структура е неговият синтез. През 1969 г. R. Merifield (САЩ) първо провежда химическия синтез на панкреатичното рибонуклеаз. С помощта на метод на синтез, разработен от него на твърд отделен носител, Merofield прикрепена една аминокиселина към веригата с друга съгласно последователността, която е описана от Stein и MUROM. В резултат на това той получава протеин, който в своите качества е идентичен с панкреатичната рибонуклеаза А. за разкриване на структурата на рибонуклеаза V. Stein, S. Muru и K. Anfinsenu е наградена на Нобелова награда през 1972 година. Този синтез на естествен протеин отваря амбициозни перспективи, което показва възможността за създаване на някакви протеини в съответствие с планираната последователност.

От рентгенови дифракционни изследвания, W. Astbury (1933) е последвано, че пептидните вериги на протеинови молекули са усукани или строго строго положени. Оттогава много автори изразиха различни хипотези за методите за полагане на протеинови вериги, но до 1951 г. всички модели остават като конструкции на престъпления, които не отговарят на експерименталните данни. През 1951 г. L. Poling и R. Corey публикува серия от брилянтна работа, в която най-накрая се формулира теорията на вторичната структура на протеините - теорията на α-спиралата. Наред с това, също така стана известно, че протеините имат друга третична структура: а-спиралата на пептидната верига може да бъде по подходящ начин, образуващ доста компактна структура.

През 1957 г. J. Kendrew и неговият персонал първо се предлагат триизмерен модел на структурата на миоглобин. Този модел след това е бил изискан в продължение на няколко години, докато през 1961 г. нямаше крайна работа с характеристиката на пространствената структура на този протеин. През 1959 г., M. Perutz и служителите са създали триизмерната структура на хемоглобин. Изследователите прекараха повече от 20 години (първите радиографии на хемоглобина бяха получени от истина през 1937 г.). Тъй като молекулата на хемоглобин се състои от четири субединици, след това дешифрират организацията си, като по този начин е описал кватернерната протеинова структура за първи път. За работа по дефиницията на триизмерната структура на Kendrew Proteins и пакет през 1962 г. бе наградена Нобелова награда.

Разрешено е създаването на пространствен модел на структурата на хемоглобина. Подход за разбиране на механизма на функциониране на този протеин, за който е известно, че извършва прехвърлянето на кислород в животинските клетки. Обратно през 1937 г., F. Gaurovitz стигна до заключението, че взаимодействието на хемоглобина с кислород, въздух трябва да бъде придружено от промяна в структурата на протеина. През 60-те години PUERTC и неговият персонал са открили забележима смяна на веригите на хемоглобин след окисляването му, причинено от изместване на железни атоми в резултат на свързване с кислород. На тази основа бяха оформени идеи за "дишането" на протеинови макромолекули.

През 1960 г. D. Phillips и неговите служители започнаха рентгенови дифракционни проучвания на лизозим молекули. До 1967 г. е повече или по-малко точен, за да се установят подробности за организацията на този протеин и локализацията на отделните атоми в неговата молекула. В допълнение, Филипс открива естеството на закрепването на лизозим до субстрата (триацетилглюкозамин). Това позволи да се пресъздаде механизмът на работата на този ензим. По този начин познанията за първичната структура и макромолекулярната организация позволиха не само да се установи естеството на активните центрове на много ензими, но и да разкрият напълно механизма на функциониране на тези макромолекули.

Използването на електронни микроскопийни методи помогна да се разкрият принципите на макромолекулярната организация на такива сложни протеинови образувания, като колагенови нишки, фибриноген, контрактилни фибрили на мускулите и др. В края на 50-те години бяха предложени модели на мускулестия изпълнителски апарат. Отварянето на V. A. Engelhardt и M. N. Lyubamova (1939) на активността на АТР-азин на мизин е изключително за разбиране на мускулния механизъм за намаляване. Това означава, че основата на свиването на мускулите е промяната във физикохимичните свойства и макромолекулната организация на контрасидния протеин под влиянието на аденозин трифосфорна киселина (вж. Също глава 11).

За да се разберат принципите на сглобяване на биологични структури, вирусологичните проучвания са от съществено значение (виж глава 25).

Нерешени проблеми

Основните успехи в съвременната молекулярна биология се постигат главно в резултат на изследването на нуклеиновите киселини. Въпреки това, дори в тази област, не всички проблеми са разрешени. От голямо усилие ще изискват, по-специално, дешифрирането на цялата нуклеотидна последователност на генома. Този проблем е непременно свързан с проблема с Хетерогенност ДНК и изисква разработване на нови методи за фракциониране и отделяне на отделните молекули от общия генетичен материал на клетката.

Досега усилията се концентрират главно върху отделно проучване на протеини и нуклеинови киселини. В клетката тези биополимери са неразривно свързани помежду си и работят главно под формата на нуклеопротеис. Следователно, сега с особена острота, се проявява необходимостта от изследване на взаимодействието на протеини и нуклеинови киселини. Проблемът за признаване чрез протеини на определени сектори от нуклеинови киселини се издава на преден план. Стъпките вече бяха очертани за изследване на такова взаимодействие на тези биополимери, без които пълното разбиране на структурата и функциите на хромозомите, рибозомите и други структури е немислимо. Без това е невъзможно също така да се разбере регулирането на генната активност и накрая дешифриране на принципите на функционирането на органите на белооктериите. След като се появиха нови данни за регулаторния смисъл на мембрани в синтеза на ядрения материал. Това поставя задачата за по-дълбоко изследване на ролята на мембраните в регулирането на репликацията на ДНК. Като цяло, проблемът с регулирането на дейността на гените и клетъчната дейност като цяло се превърна в един от най-важните проблеми на съвременната молекулярна биология.

Текущото състояние на биофизиката

В тясна връзка с проблемите на молекулярната биология е разработена биофизика. Интерес към тази област на биологията, от една страна, необходимостта от цялостно проучване на действието върху тялото на различните поколения радиация, от друга - необходимостта от проучване на физическите и физикохимичните основи на явленията на живота, които се случват в молекулярно ниво.

Получаването на точна информация за направените в тях молекулни структури станаха възможни в резултат на използването на нови фини физикохимични методи. Въз основа на постиженията на електрохимията е възможно да се подобри методът за измерване на биоелектрическите потенциали, прилагане на йони-избирателни електроди (Айзенман, Б. П. Николски, Кхури, 50 - 60-те години). Инфрачервената спектроскопия (използвайки лазерни устройства) все повече на практика, която позволява да се изследват конформационните промени в протеините (I. дърводелци, 1940). Ценната информация също така осигурява метод за електронно парафагнентичен резонанс (E. K. Zavoisk, 1944) и биочен метод (B. N. Tarusov et al., 1960), които позволяват по-специално да преценят транспортния транспорт по време на окислителни процеси.

От 50-те години биофизиката завладява солидна позиция. Необходимо е да се подготвят квалифицирани специалисти. Ако през 1911 г. в Европа само в Университета на Пай, в Унгария, е Министерството на биофизиката, до 1973 г. такива отдели съществуват в почти всички големи университети.

През 1960 г. е организирано международното общество на биофизиците. През август 1961 г. се състоя първият международен биофизически конгрес в Стокхолм. Вторият конгрес се проведе през 1965 г. в Париж, третият - през 1969 г. в Бостън, четвърти - през 1972 г. в Москва.

В биофизиката се поддържа ясно разграничение между две различни съдържания в съдържанието на молекулярната биофизика и клетъчната биофизика. Това разграничение получава и организационен израз: създават се отделни отдели от тези две посоки на биофизиката. В Московския университет, първият отдел по биофизика е създаден през 1953 г. в биоинстанционния факултет, малко по-късно, катедрата по биофизика се появява на физическия факултет. Според същия принцип, отделите са организирани в много други университети.

Молекулярна биофизика

През последните години връзката на молекулярната биофизика с молекулярна биология става все по-укрепена и понякога е трудно да се определи къде минава границата на разделянето между тях. В общото възникване на проблема с наследствената информация такова сътрудничество на биофизиката с молекулярната биология е неизбежно.

Основната посока в изследванията е изследването на физиката на нуклеиновата киселина - ДНК и РНК. Използването на горните методи и над всички рентгенови структурни анализи допринася за разлагане на молекулната структура на нуклеиновите киселини. В момента са в ход интензивни проучвания за проучване на поведението на тези киселини в решенията. Специално внимание се отделя на конформационните преходи на "спиралната дупка", проучени чрез промени в вискозитета, оптични и електрически показатели. Във връзка с изследването на мутагенезните механизми, проучванията се развиват върху проучването на действието на йонизиращо лъчение върху поведението на нуклеиновите киселини в разтворите, както и действията на радиация върху вируси и фаги нуклеинова киселина. Ефектът от ултравиолетово лъчение е изложен на цялостен анализ, някои спектрални участъци от които, както е известно, се абсорбират добре от нуклеинови киселини. Голяма част от тези проучвания заемат откриването на активни радикали на нуклеинови киселини и протеини чрез електронен параментен резонанс. С този метод, появата на цяла самооценка е свързана.

Проблемът с кодирането на ДНК и информацията за РНК и нейното предаване в синтеза на протеина отдавна се интересува от молекулярната биофизика, а физиката многократно е изразила някои съображения по този въпрос (Е. Шрьодингър, Гамв). Декодирането на генетичния код предизвика множество теоретични и експериментални проучвания върху структурата на ДНК спирала, механизма на плъзгане и усукване на нишки, за изучаване на физическите сили, включени в тези процеси.

Значителна помощ за молекулярната биофизика има молекулярна биология в изследването на структурата на протеиновите молекули, използвайки рентгенов структурен анализ, първо се прилага през 1930 г. от J. Bernal. Той е резултат от използването на физични методи в комбинация с биохимични (ензимни методи), отворена молекулна конформация и последователност от аминокиселини в редица протеини.

Съвременни електронни микроскопични проучвания, които разкриват наличието на сложни мембранни системи в клетките и неговите органоди, стимулира опитите да се разбере тяхната молекулна структура (виж глави 10 и 11). Химичният състав на мембраните и по-специално се изследват свойствата на техните липиди. Установено е, че последните са способни да фокусират и не ензимните окислителни реакции (Yu. А. Владимиров и Ф. Ф. Литвин, 1959; B. N. Tarusov et al., 1960; I. Иванов, 1967), водещ до прекъсване на мембранните функции. Да се \u200b\u200bизследва съставът на мембрани, започна да използва също методи математическо моделиране (V. TS. Presman, 1964 - 1968 г.; M. M. Shemyakin, 1967; Ю. А. Овчинников, 1972).

Клетъчна биофизична

Значително събитие в историята на биофизиката беше формирането в 50-те години на ясни идеи за термодинамиката на биологичните процеси, в резултат на което предположенията най-накрая бяха освободени за възможността за независима енергия в живите клетки, противно на втория закон на термодинамиката. Разбирането на действията на този закон в биологичните системи е свързано с въвеждането на белгийския учен I. Prigogin (1945) * в биологична термодинамика на концепцията за отворени системи, които обменят с външна среда на енергия и материя. Prigogin показа, че положителната ентропия се оформя в живи клетки на работните потоци, съответно, вторият закон на термодинамиката. Въведените от тях уравнения определят условията, при които възникват така нареченото стационарно състояние (то също се нарича динамично равновесие), при което количеството на свободната енергия (не-неутрофия) влиза в клетки с храна компенсира за неговия поток, и Показва се положителна ентропия. Това откритие е засилила огромната идея за неразделно свързване на външната и вътрешната среда на клетките. Той бележи началото на истинско изследване на термодинамиката на живите "системи, включително метод за моделиране (А. Бартън, 1939; А. Г. Пасински, 1967).

* (Общата теория на отворените системи първо пусна L. bertalafi през 1932 година)

Според основния принцип на биоотдемехината, предпоставката за съществуването на живота е неподвижна в развитието на своите биохимични процеси, за прилагането на координацията на ставките на многобройни метаболитни реакции. Въз основа на новата биофизична термодинамика, посока, която разпределя външните и вътрешните фактори, които гарантират тази координация на реакциите и го правят стабилен. През последните две десетилетия се разкрива голяма роля при поддържането на стационарното състояние на системата на инхибитори и особено антиоксиданти (B. N. Tarusov и A. I. Zhuravlev, 1954, 1958). Установено е, че надеждността на болничното развитие е свързана с факторите на външната среда (температура) и физикохимичните свойства на клетъчната среда.

Съвременните принципи на биотерапията позволяват да дадат физическо и химическо тълкуване на механизма за адаптиране. Според нашите данни, адаптирането към условията на външната среда може да възникне само ако тялото може да създаде стационарност в развитието на био химична реакция (B. N. TARUSOV, 1974). Възникна въпроса за разработването на нови методи, които биха позволили да се оцени стационарното състояние да бъде необяснимо и да предскаже възможните му нарушения. Въвеждането на биологични процеси на адаптация на кибернетични принципи на саморегулиращите се системи се облагодетелства много. Стана ясно, че за решаването на въпроса за стабилността на стационарното състояние, регистрацията на така наречените смущаващи фактори, към които те се отнасят, по-специално, не ензимни реакции на липид. Наскоро проучванията на процесите на възпроизвеждане в липидните фази на живите клетки и увеличаване на активните радикални продукти, които нарушават регулаторните функции на мембрани, се увеличават все по-разширяването. Източникът на информация за тези процеси е като откриване на активни пероксидални радикали и биолипидна пероксидация (А. Тапел, 1965 г.; I. Иванов, 1965 г.; Гр. Булакова, 1967 и др.). За откриване на радикали се използва биохемолюминесценция, възникващи в липиди на живи клетки по време на рекомбинацията им.

Въз основа на физикохимичните представяния за стабилността на стационарното състояние, бяха възникнали биофизични идеи за адаптирането на растенията като нарушение на инхибиторни антиоксидантни системи (BN TARUSOV, YA. E. Doskokoch, BM Kitlaev , Am Aghaverdiev, 1968 - 1972). Това отвори възможността да се оценят такива свойства като устойчивост на замръзване и устойчивост на сол, както и да правят подходящи прогнози при подбора на селскостопански растения.

През 50-те години беше отворен прекомерен блясък - биологичните и инфрачервените биологични обекти във видимите и инфрачервени части на спектъра (B. N. TARUSOV, A. I. Zhuravlev, A. I. Polyvoda). Това стана възможно в резултат на разработването на методи за регистрация на ултра-пластмасови светлини с помощта на фотоелектронни множители (L. A. Ketsky, 1934). В резултат на биохимични реакции, протичащи в жива клетка, биохикмемолюмината ви позволява да преценявате важни оксидативни процеси в електронните трансферни схеми между ензимите. Откриването и изучаването на биохемолюминесценция има голяма теоретична и практическа стойност. И така, Б. Н. Таруско и Ю. Б. Кудрияшов отбелязва най-голямата роля на продуктите на окисление на ненаситени мастни киселини в механизма на появата на патологични състояния, развиващи се под влиянието на йонизиращо лъчение, по време на канцерогенеза и други нарушения нормални функции Клетки.

През 50-те години, поради бързото развитие на ядрената физика от биофизиката, радиобиологията е разделена, изследвайки биологичния ефект на йонизиращото лъчение. Получаване на изкуствени радиоактивни изотопи, създаване на термоядри оръжия, атомни реактори и развитието на други форми на практическо използване на атомната енергия, доставяни с цялата острота на защитата на организмите от вредното въздействие на йонизиращото лъчение, развитие теоретични основи Превенция и лечение на радиационна болест. За да направите това, беше необходимо първо да разберете кои компоненти на клетката и метаболизма връзките са най-уязвими.

Целта на изучаване на биофизиката и радиобиологията е изясняването на естеството на първичните химични реакции, възникнали при живите субстрати под влиянието на радиационна енергия. Тук беше важно не само да се разберат механизмите на това явление, но и да може да повлияе на процеса на промяна на физическата енергия в химикал, да намали "полезен" коефициент на действие. Работи в тази посока бяха поставени върху изследването на училището N. N. Semenov (1933) в СССР и Д. Хинчелд (1935) в Англия.

Голямо място в радиобиологични проучвания взе проучването на степента на радиационна устойчивост на различни организми. Установено е, че повишената радиоустойчивост (например пустинни гризачи) се дължи на високата антиоксидантна активност на липидите. клетъчни мембрани (M. Chang et al., 1964; N. K. Ogryzov et al., 1969). Оказа се, че при образуването на антиоксидантни свойства на тези системи, токофероли, витамин К и тиоизон (I. I. IVANOV et al., 1972) играят основна роля. През последните години има много внимание на изследването на мутагенезните механизми. За тази цел се изучава ефектът на йонизиращото радиация върху поведението на нуклеиновите киселини и in vitro протеини, както и при вируси и фаги (А. Густафсън, 1945 - 1950 г.).

Борбата за по-нататъшно увеличаване на ефективността на химическата защита, търсенето на по-ефективни инхибитори и принципи на инхибиране остават в тази посока основните задачи на биофизиката.

Изследването на възбудените държави на биополимери, които определят тяхната висока химическа активност, е напреднал. Най-успешно е проучването на възбудените държави, възникнали на първичния етап на фотобиологични процеси - фотосинтеза и визия.

Така се прави солиден принос за разбирането на първичното активиране на молекулите на растенията на растенията. Създадена е голямото значение на прехвърлянето (миграцията) на енергията на възбудените държави без загуба от активирани пигменти към други субстрати. Голяма роля в развитието на тези идеи се играе от теоретични произведения А. Н. Теренина (1947 и по-късно). А. Красновски (1949) отвори и изследва реакцията на обратимото фотохимично възстановяване на хлорофил и неговите аналози. Сега има общо убеждение, че в близко бъдеще ще бъде възможно да се възпроизвежда фотосинтеза при изкуствени условия (вж. Също глава 5).

Биофизиката продължават да работят върху разкриването на естеството на мускулната контракция и механизми на нервното възбуждане и задържане (виж глава 11). Изследването на преходните механизми от възбуденото състояние към нормалното е от значение. Сега възбуденото състояние се счита за резултат от автомобилна капаталитична реакция и спиране - като следствие от остра мобилизация на инхибиторната антиоксидантна активност в резултат на молекулни пренареждания в такива съединения като токоферол (II Ivanov, O. Rolz, 1966 Или Колц, 1970).

Най-важният общ проблем на биофизиката остава познаването на качествените физикохимични особености на живата материя. Такива свойства като способността на живите биополимери селективно свързват калий или поляризиране на електрическия ток, не е възможно да се запази дори и с най-внимателно отстраняване от тялото. Следователно, клетъчната биофизика продължава интензивно да развива критерии и методи за изследване на живота на живата материя.

Въпреки младостта на молекулярната биология, успехите, постигнати от нея в тази област, са наистина поразителни. За сравнително кратък период се създават естеството на гена и основните принципи на нейната организация, възпроизвеждане и експлоатация. Освен това е извършено не само възпроизвеждането на in vitro гени, но и за първи път е завършен пълен синтез на самия ген. Генетичният код е напълно дешифриран и е позволен най-важният биологичен проблем на специфичността на биосинтезата на протеините. Основните пътища и механизми за образуване на протеин в клетката бяха идентифицирани и изследвани. Първичната структура на много транспортен РНК специфични адаптерни молекули, извършване на транслацията на нуклеините в аминокиселинната последователност на синтезирания протеин, е напълно определена. Аминокиселинната последователност на много протеини е напълно декриптирана и пространствената структура на някои от тях е инсталирана. Това позволи да се установи принципът и подробности за функционирането на ензимните молекули. Химичният синтез на един от ензимите е рибонуклеаз. Създават се основните принципи на организацията на различни субклетъчни частици, много вируси и фаги и решават основните начини за тяхната биогенеза в клетката. Отворени подходи за разбиране на начините за регулиране на дейността на гените и изясняване на регулаторните механизми на жизненоважна дейност. Вече един прост списък на тези открития предполага, че втората половина на ХХ век. бе белязан от огромния напредък на биологията, който е задължен преди всичко задълбочено проучване Структурите и функциите на биологично необходимите макромолекули - нуклеинови киселини и протеини.

Постиженията на молекулярната биология вече се използват на практика днес и носят материални плодове в медицината, селското стопанство и някои индустрии. Няма съмнение, че връщането на тази наука ще се увеличава всеки ден. Основният резултат обаче следва да се счита, че под влиянието на успеха на молекулярната биология доверието се засили в съществуването на неограничени възможности за разкриване на най-интимните тайни на живота.

В бъдеще очевидно ще се отвори нови начини на изследване на биологичната форма на движение на въпроса - с молекулярно ниво Биологията ще превключи на атомно ниво. Въпреки това, сега няма, може би не е един изследовател, който наистина може да предскаже развитието на молекулярната биология дори за следващите 20 години.