Primijenjena vrijednost molekularne biologije. Molekularni biolog

Molekularna biologija, Znanost, koja posjeduje svoj zadatak, znanje o prirodi životnih fenomena proučavanjem bioloških objekata i sustava na razini koji se približava molekularnom, au nekim slučajevima postizanje tog granice. Krajnji cilj je saznati kako i u kojoj mjeri karakteristične manifestacije života, kao što je nasljednost, reproducirati se slično, biosinteza proteina, uzbudljivost, rast i razvoj, skladištenje i prijenos informacija, transformacija energije, mobilnosti, itd., Na strukturu, svojstva i interakcije molekula biološki važnih tvari, prvenstveno dvije glavne klase biopolimera visoke molekularne težine - proteini i nukleinske kiseline. Prepoznatljiva značajka M. b. - proučavanje životnih pojava na neživim objektima ili onima koji su svojstveni najprimetivnijim manifestacijama života. To su biološko obrazovanje stanična razina i ispod: subcelularni organeli, kao što su jezgre izolirani stanice, mitohondrija, ribosomi, kromosom, stanične membrane; Daljnji - sustavi koji stoje na granici živih i neživih priroda - virusa, uključujući bakteriofage, i završavaju s molekulama najvažnijih komponenti živih tvari - nukleinske kiseline i proteine.

Temelj na kojem je razvijena M. B, postavljene su takvim znanostima kao genetiku, biokemiju, fiziologiju elementarnih procesa, itd. Prema podrijetlu njegovog razvoja, M. b. neraskidivo povezano s molekularnom genetikom, koji i dalje čine važan dio

Prepoznatljiva značajka M. b. je njegova trodimenzionalnost. Suština M. b. Gledanje M. Peruza tumačiti biološke funkcije u konceptima molekularne strukture. M. b. Njegov zadatak dobiti odgovore na pitanje "Kako" s bit uloge i sudjelovanja cijele strukture molekule, te na pitanja "zašto" i "zašto", saznanjem, s jedne strane, odnos između Svojstva molekule (opet, prije svega, proteini i nukleinske kiseline) i funkcije koje je to provodi i, s druge strane, uloga takvih pojedinačnih funkcija u ukupnom kompleksu životnih manifestacija.

Bitna postignuća molekularna biologija. Ovo nije potpuni popis tih postignuća: otkrivanje strukture i mehanizam biološke funkcije DNA, sve vrste RNA i ribosoma, otkrivanje genetska koda; otvaranje obrnutog transkripcije, tj. Sinteza DNA na RNA matrici; proučavanje mehanizama funkcioniranja respiratornih pigmenata; Otvaranje trodimenzionalne strukture i njegovu funkcionalnu ulogu u djelovanju enzima, načelo matrične sinteze i mehanizmi proteinske biosinteze; otkrivanje strukture virusa i mehanizama njihove replikacije, primarne i djelomično, prostorne strukture antitijela; izolaciju pojedinačnih gena, kemikalija, a zatim biološke (enzimske) sinteze gena, uključujući čovjeka, izvan stanice (in vitro); prijenos gena iz jednog organizma u drugi, uključujući u ljudskim stanicama; brzo će dešifrirati kemijsku strukturu sve većeg broja pojedinačnih proteina, uglavnom enzimi, kao i nukleinske kiseline; Otkrivanje fenomena "samostalnog sklapanja" određenih bioloških predmeta sve veće složenosti, u rasponu od molekula nukleinske kiseline i preseljenja u višekomponentne enzime, viruse, ribosome, itd.; Snimanje alodotskih i drugih osnovnih načela regulacije biološke funkcije i procese.

Zadatke molekularne biologije. Zajedno s važnim zadacima M. b. (Poznavanje zakona "priznanja", samoskupljanja i integracije) Sadašnji smjer znanstvenog pretraživanja najbliže budućnosti je razvoj metoda koje omogućuju dešifriranje strukture, a zatim trodimenzionalne, prostorne organizacije visokog molekularnog nukleisa kiseline. Sve najvažnije metode, čija je uporaba pod uvjetom da je pojavljivanje i uspjesi M. B, predloženi su i razvili fizičari (ultracentrifugiranje, rendgenska strukturna analiza, elektronska mikroskopija, nuklearna magnetska rezonancija, itd.). Gotovo svi novi fizički eksperimentalni pristupi (na primjer, korištenje računala, sinkrotrona ili kočnice, zračenja, laserske tehnologije, itd.) Otvorite nove mogućnosti za dubinsko proučavanje problema M. b. Među najvažnijim zadacima praktične prirode, odgovor na koji se očekuje od M. b., Na prvom mjestu postoji problem molekularnih temelja malignog rasta, zatim putova upozorenja, a možda i prevladavanje nasljednih bolesti - " molekularne bolesti ". Od velike važnosti će se razjasniti molekularne baze biološke katalize, tj. Akcije enzima. Među najvažnijim suvremenim smjerovima M. b. Želju da dešifrira molekularne mehanizme baklje, toksične i ljekovite tvari, te također saznati detalje molekularna struktura i funkcioniranje takvih staničnih struktura kao bioloških membrana uključenih u regulaciju prodora i transportnih procesa tvari. Udaljeniji ciljevi M. b. - Poznavanje prirode živčanih procesa, memorati mehanizama itd. Jedan od važnih novih dijelova M. b. - T. N. Genetski inženjering, koji stavlja svoj zadatak namijenjen djeluje u genetskom uređaju (genoma) živih organizama, počevši od mikroba i niže (jednokratne) i završava s osobom (u potonjem slučaju, prije svega, kako bi radikalno liječenje) nasljednih bolesti i ispravljanje genetskih defekata).

Najvažniji smjerovi MB:

- molekularna genetika - studija strukturne i funkcionalne organizacije genetskih aparata stanica i mehanizam za provedbu nasljednih informacija

- Molekularna virologija - Proučavanje molekularnih mehanizama interakcije virusa s stanicama

- Molekularna imunologija - proučavanje obrazaca imunih odgovora tijela

- molekularna biologija razvoja - proučavanje pojave sorti stanica tijekom individualni razvoj organizmi i specijalizacija stanica

Glavni objekti studija su virusi (uključujući bakteriofage), stanice i subcelularne strukture, makromolekule, višestanični organizmi.

Može se reći da molekularna biologija istražuje manifestacije života na neživim strukturama ili sustavima s elementarnim znakovima vitalne aktivnosti (koji mogu biti odvojeni biološki makromolekula, njihovi kompleksi ili organele), proučavajući, kako se provodi ključni procesi koji karakteriziraju životne tvari Kemijske interakcije i transformacije.

Dodjela molekularne biologije iz biokemije za neovisno područje znanosti je diktirano činjenicom da je njezin glavni zadatak proučavanje strukture i svojstva bioloških makromolekula uključenih u različite procese, otkrivajući mehanizme njihove interakcije. Biokemija se bavi proučavanjem procesa vitalne aktivnosti, obrazaca njihovog protoka u živom organizmu i konverziju molekula koji prate te procese. U konačnici, molekularna biologija pokušava odgovoriti na pitanje, zašto se to dogodi ili taj proces, dok biokemija odgovara na pitanja gdje i kako se proces koji se razmatra u smislu kemije.

Povijest

Molekularna biologija kao zasebna smjer biokemije počela je formirati u 30-ih godina prošlog stoljeća. Tada je za dubinsko razumijevanje fenomena života postojala je potreba za ciljanim studijama molekularna razina Procesi skladištenja i prijenosa nasljednih informacija u živim organizmima. Tada je zadaća molekularne biologije određena u proučavanju strukture, svojstva i interakcije nukleinskih kiselina i proteina. Pojam "molekularna biologija" prvi put je koristio engleski znanstvenik William Astbury u kontekstu studija o razjašnjavanju ovisnosti između molekularne strukture i fizikalnih i bioloških svojstava fibrilarnih proteina, kao što su kolagen, krvni fibrin ili rezanje mišićnih proteina ,

U zoru pojave molekularne biologije, RNA se smatralo komponentom biljaka i gljiva, a DNA se smatralo tipičnom komponentom životinjskih stanica. Prvi istraživač koji je dokazao da je DNA sadržana u biljkama, Andrei Nikolayevich Belozersky, koji je dodijelio DNK grašak 1935. godine. Ovo otkriće je utvrđeno činjenicu da je DNA je univerzalna nukleinska kiselina prisutna u biljkama i životinjskim stanicama.

Ozbiljno postignuće bilo je uspostavljanje izravnog uzročnog odnosa između gena i proteina. U svojim eksperimentima, podvrgnuti su neurografskim stanicama ( Neurospora.crassa.) Povucite zračenje koje je uzrokovalo mutaciju. Dobiveni rezultati pokazali su da je to dovelo do promjene u svojstvima specifičnih enzima.

Godine 1940. Albert Claude dodijelila je granule koja sadrži citoplazmatlnu RNA iz citoplazme životinjskih stanica, koje su bile manje mitohondrije. Nazvao ih je mikrosomerima. Nakon toga, u proučavanju struktura i svojstava izoliranih čestica, njihova temeljna uloga u biosintezi proteina je uspostavljena. Godine 1958. na prvom simpoziju posvećenom tim česticama odlučeno je da se ove čestice ribosoma.

Drugi važan korak u razvoju molekularne biologije postao je objavljen 1944. godine, eksperimentalni podaci Osvalda Eviee, Colin Maclaud i MCleep, koji su pokazali da uzrok transformacije bakterija je DNA. To je bio prvi eksperimentalni dokaz uloge DNA u prijenosu nasljednih informacija, koji je bio razotkriven prethodno važnom idejom prirode proteina gena.

U ranim 50-ima, Frederick Sanger je pokazao da je protein lanac jedinstven slijed aminokiselinskih ostataka. Krajem 50-ih, Max Perus i John Kendwu dešifrirali su prostornu strukturu prvih proteina. Već 2000. godine, stotine tisuća prirodnih aminokiselinskih sekvenci i tisuće prostornih struktura bilo je poznato.

Otprilike u isto vrijeme, studija Erwina Chargaffa dopustila mu je da formulira pravila koja opisuju omjer dušičnih baza u DNA (pravila kažu da, bez obzira na razlike vrste u DNA, količina gvanina jednaka je količini citozin , a količina adenin jednaka je broju Temina), što je pomoglo daljnjim daljnjem napretku u molekularnoj biologiji i jednom od najveća otkrića U biologiji općenito.

Ovaj se događaj dogodio 1953. godine, kada je James Watson i Francis Creek, na temelju djela Rosalinda Franklina i Maurice Wilkinsa rendgenska strukturna analiza DNA je instalirala s dvije zavarivanja molekule DNA. Ovo otkriće omogućilo je odgovoriti na temeljno pitanje o sposobnosti nosača nasljednih informacija na samo-reprodukciju i razumijem mehanizam prijenosa takvih informacija. Isti znanstvenici su formulirani načelom komplementarnosti dušičnih baza, imaju ključnu važnost za razumijevanje mehanizma za formiranje supramolekularnih struktura. Ovaj princip koji se sada koristi za opisivanje svih molekularnih kompleksa omogućuje opisivanje i predviđanje uvjeta za pojavu slabih (neprocjenjivih) intermolekularnih interakcija, koje određuju mogućnost formiranja sekundarnog, tercijara, itd. Strukture makromolekula, protok samopouzdanja supramolekularnih bioloških sustava koji određuju tako širok raspon molekularnih struktura i njihovih funkcionalnih skupova. U isto vrijeme, 1953. godine bio je znanstveni list časopisa Molecular Biology. Bio je na čelu s Johnom Kendryjem, sferom znanstveni interesi koji je bio proučavanje strukture globularnih proteina ( Nobelova nagrada 1962. zajedno s max Peruz). Sličan magazin na ruskom jeziku pod nazivom "Molekularna biologija" osnovana je u SSSR V. A. Engelhardtu 1966. godine.

Godine 1958. Francis Creek formulirao je takozvani. Središnja dogma molekularna biologija: ideja o nepovratnosti protoka genetske informacije iz DNA preko RNA do proteina prema DNA shemi → DNA (replikacija, stvaranje kopija DNA), DNA → RNA (transkripcija, generiranje gena ), RNA → Protein (prijevod, dekodiranje informacijskih proteina strukture). Ova dogma 1970. bila je ispravno ispravno uzimajući u obzir akumulirano znanje, budući da je fenomen obrnutog transkripcije otvorena neovisno Howard Toye i David Baltimore: otkriven je enzim - obrnuti slučaj koji je odgovoran za provedbu obrnutog transkripcije - formiranje dva lančana DNA na jedno-lančanoj RNA matrici, koja se javlja iz onkogenih virusa. Treba napomenuti da je stroga potreba protoka genetske informacije iz nukleinskih kiselina prema proteinima i dalje temelj molekularne biologije.

Godine 1957. Alexander Sergeevich Spirin zajedno s Andrei Nikolayevich Belozersky pokazali su da, sa značajnim razlikama u nukleotidnom pripravku DNA iz različitih organizmica, sastav ukupne RNA je bio sličan. Na temelju tih podataka, došli su do senzacionalnog zaključka da ukupna RNA stanica može djelovati kao nositelj genetskih informacija iz DNA na proteine, jer ga ne odgovara u svom sastavu. U isto vrijeme, primijetili su da postoji manji dio RNA, koji u potpunosti odgovara DNA u njegovom nukleotidnom pripravku i koji može biti pravi nosač genetske prekršaje iz DNA do proteina. Kao rezultat toga, predviđali su postojanje relativno malih RNA molekula, koje su u strukturi analoga pojedinih DNA dijelova i obavljaju ulogu posrednika prilikom prijenosa genetske informacije sadržane u DNA u ribosomima, gdje se molekule proteina sintetiziraju koristeći ove informacije , Godine 1961. (S. Brenner, F. Jacob, M. Mesheselson s jedne strane i F. Gro, Francois Jacob i Jacques Mono bili su prvi koji su doživjeli potvrdu o postojanju takvih molekula - Informacije (Matrix) RNA. Tada su se razvili koncept i model funkcionalnih operacijskih jedinica DNA, što je omogućilo da se točno objasniti kako regulirati ekspresiju gena u prokariotima. Proučavanje mehanizama biosinteze proteina i načela strukturne organizacije i djelovanje molekularnih strojnih ribosoma - napravljen Moguće je formulirati postulat koji opisuje kretanje genetskih informacija koje se nazivaju središnja dogma molekularne biologije: DNA - DNA IRNK - protein.

Godine 1961., a za sljedećih nekoliko godina, Heinrich Matteha i Marshall Nirenberg, a zatim Kharom Korani i Robert Holly održani su nekoliko posla na dešifriranju genetskog koda, kao posljedica toga što je bio neposredni odnos između DNK strukture i sintetiziranih proteina uspostavljena i nukleotidna sekvenca određuje skup aminokiselina u proteinima. Također su dobili podatke o univerzalnosti genetskog koda. Otkrivenje je zabilježena od strane Nobelove nagrade 1968.

Za razvoj moderne ideje Na RNA funkcijama, otkriće neregistrirajuće RNA, koju je napravio Alexander Sergeevich spin, zajednički s Andrei Nikolayevich Belozersky, 1958, Charles Brenner s koautorima i Spacelman Sollar, 1961. Ova vrsta RNA je glavni dio stanične RNA. Implemeriranje prvenstveno uključuje ribosomalnu RNA.

Metode uzgoja i hibridizacije životinjskih stanica dobiveni su ozbiljan razvoj. Godine 1963. Francois Jacob i Sydnema Benner formulirali su ideje o replikama - sekvencama inherentno repliciranju gena koji objašnjavaju važne aspekte regulacije replikacije gena.

Godine 1967. u laboratoriju A. S. sherin je prvi put pokazao da oblik kompaktno ohlađene RNA određuje morfologiju ribosomalne čestice.

Godine 1968. donesena je značajno temeljno otkriće. Odredba, pronalaženje DNA fragmenata retarding lanca u proučavanju procesa replikacije, nazvana u čast od fragmenata odredbe, pojasnio mehanizam replikacije DNA.

Godine 1970. bilo je značajno otkriće samostalno u Howard i David Baltimore: otkriveno je značajno otvaranje enzima, koji je odgovoran za provedbu obrnutog transkripcije - formiranje DNA dvokrevetne lance na jedno-lančanoj RNA matrici, koja se javlja u onkogeni virusi koji sadrže RNA.

Još jedno važno postizanje molekularne biologije bilo je objašnjenje mehanizma mutacija na molekularnoj razini. Kao rezultat niza studija uspostavljene su glavne vrste mutacija: umnožavanje, inverzije, delecije, translokacije i transpozicije. To je omogućilo razmotriti evolucijske promjene sa stajališta genskih procesa, omogućili su razvoj teorije molekularnih sati, koji se koristi u filoge.

Do početka 70-ih, formulirani su osnovna načela funkcioniranja nukleinskih kiselina i proteina u živom organizmu. Utvrđeno je da se proteini i nukleinske kiseline u tijelu sintetiziraju mehanizam matrice, matrična molekula nosi šifrirane informacije o sekvenci aminokiselina (u proteinima) ili nukleotidima (u nukleinskoj kiselini). Kada se replicira (DNA udvostručuje) ili transkripcija (sinteza Irne), DNA se služi takvom matricom, kada se emitira (sinteza proteina) ili reverzne transkripcije - Irna.

Tako su stvoreni teoretski preduvjeti za razvoj primijenjenih smjerova molekularne biologije, osobito genetski inženjering. Godine 1972. Paul Berg, Herbert Boer i Stanley Cohen razvili su tehnologiju molekularne kloniranja. Tada su se prvi put dobivene u rekombinantnoj DNA cijevi. Ovi izvanredni eksperimenti postavljaju temelje genetskog inženjeringa, a ove se godine smatraju datumom rođenja ovog znanstvenog smjera.

Godine 1977. Frederick Sanger i samostalno Allan Maxam i Walter Gilbert razvili su različite metode za određivanje primarne strukture (sekvenciranje) DNA. Metoda pjevača, takozvana metoda lanac prekida temelj je moderne metode sekvenciranja. Načelo sekvenciranja temelji se na korištenju označenih baza koji djeluju kao terminatori u cikličkoj sekvencijske reakcije. Ova metoda je bila raširena zbog sposobnosti da se brzo analizira.

1976. - Frederick. Sanger je dešifrirala nukleotidnu sekvencu faga φχ174 DNA 5375 parova nukleotida.

1981. - anemija srpasta postaje prva genetska bolest dijagnosticirana DNA analizom.

1982-1983 Otvaranje funkcije katalizatora u američkim laboratorijima T. Čeka i S. Oltman je promijenio postojeću ideju o iznimnoj ulozi proteina. Po analogiji s katalitičkim proteinima - enzima, katalitička RNA zvana je riboza.

1987. Carey Mulletis otvorila je polimerazu lančane reakcije, zbog čega je moguće umjetno značajno povećati broj DNA molekula u otopini za daljnji rad. Do danas je to jedna od najvažnijih metoda molekularne biologije, koja se koristi u proučavanju nasljednih i virusnih bolesti, pri proučavanju gena i genetske identifikacije pojedinca i uspostavljanje srodstva, itd.

Godine 1990., u isto vrijeme tri skupine znanstvenika objavila je metodu koja je omogućila sintetički funkcionalno aktivnu RNA u laboratoriju sinteze funkcionalno aktivne RNA (umjetna riboza ili molekula u interakciji s različitim ligandima - aptamerima). Ova metoda je nazvana "evolucija u epruveti". I ubrzo nakon toga, 1991-1993 u laboratoriju A.B. Chetvrvina je eksperimentalno pokazala mogućnost postojanja, rasta i amplifikacije RNA molekula u obliku kolonija na čvrstim medijima.

Godine 1998. gotovo istodobno Craig Melo i Andrew Faer opisao je prethodno opaženo s genetskim eksperimentima s bakterijama i bojama RNA smetnje, u kojem mala dvolančana molekula RNA dovodi do specifičnog suzbijanja ekspresije gena.

Otvaranje mehanizma smetnji RNA ima vrlo važan praktični značaj za modernu molekularnu biologiju. Ovaj fenomen se široko koristi u znanstveni eksperimenti Kao sredstvo za "gašenje", to jest, potiskivanje izraza pojedinih gena. Od posebnog interesa uzrokovana je činjenicom da ova metoda omogućuje provođenje reverzibilnog (privremenog) suzbijanja aktivnosti proučavanih gena. Studije su u tijeku mogućnost korištenja ovog fenomena za liječenje virusnih, tumorskih, degenerativnih i metaboličkih bolesti. Treba napomenuti da su u 2002. godini otvorili mutanti polio virusa, sposobni izbjegavati smetnje RNA, stoga je potrebno čak i mukotrpni rad za razvoj istinski učinkovite metode liječenja na temelju ovog fenomena.

U razdoblju od 1999. do 2001. godine određeno je nekoliko skupina istraživača s rezolucijom od 5,5 do 2,4 angstroma strukturu bakterijskih ribosoma.

Stvar

Postignuća molekularne biologije u znanju divljih životinja teško je precijeniti. Veliki uspjeh uspio je postići zahvaljujući uspješnom konceptu istraživanja: složeni biološki procesi se smatraju od položaja individualnih molekularnih sustava, što omogućuje primjenu točnih fizikalno-kemijske metode istraživanja. Također je privukla mnogo velikih umova iz srodnih smjerova na ovo područje znanosti: kemija, fizike, citologije, virologije, koja također ima blagotvoran učinak na opseg i brzinu znanstvenih znanja na ovom području. Takva značajna otkrića kao definicija strukture DNK, dešifriranje genetskog koda, umjetna usmjerena modifikacija genoma, omogućila je značajno dublje specifičnosti procesa razvoja organizama i uspješno riješiti brojne najvažnije temeljne i primijenjene znanstvene, medicinske i društvene zadatke, koji se još nisu smatrani netopljivim.

Predmet proučavanja molekularne biologije je uglavnom proteini, nukleinske kiseline i molekularni kompleksi (molekularni strojevi) na svojoj osnovi i procesi u kojima sudjeluju.

Nukleinske kiseline su linearni polimeri koji se sastoje od nukleotidnih veza (spojevi petočlanog šećera s fosfatnom skupinom s petim ciklusnim atomom i jednom od četiri dušične baze) međusobno povezane esterskom vezom fosfatnih skupina. Dakle, nukleinska kiselina je pentosofosfat polimer s dušičnim bazama kao bočnih supstituenata. Kemijski sastav lanca RNA se razlikuje od DNA u kojem se prvi sastoji od petočlanog ciklusa ugljikohidrata riboze, dok je drugi iz dehidroksiklonog derivata riboznog - deoksiriboza. U ovom slučaju, prostorno se te molekule dramatično razlikuju, budući da je RNA fleksibilna molekula s jednim lancem, dok je DNA dvosmjerna molekula.

Proteini su linearni polimeri koji su lanci alfa-aminokiselina povezani peptidnom vezom, odakle je njihovo drugo ime polipeptide. Sastav prirodnih proteina uključuje mnoge različite jedinice aminokiselina - kod ljudi do 20 -, što određuje širok raspon funkcionalnih svojstava tih molekula. Oni ili drugi proteini sudjeluju u gotovo svakom procesu u tijelu i obavljaju mnoge zadatke: igraju ulogu staničnog građevinskog materijala, osiguravaju prijevoz tvari i iona, kataliziranih kemijske reakcije- Ovaj popis je jako dugo. Proteini tvore stabilne molekularne konformacije različitih razina organizacije (sekundarne i tercijarne strukture) i molekularni kompleksi, koji još više širi svoju funkcionalnost. Ove molekule mogu imati visoku specifičnost za obavljanje svih zadataka zbog formiranja složene prostorne globularne strukture. Širok izbor proteina osigurava konstantni interes znanstvenika na ovu vrstu molekula.

Moderne ideje o predmetu molekularne biologije temelje se na generalizaciji, imenovani po prvi put 1958. godine Francis Crycus kao središnju dogmu molekularne biologije. Njegova suština sastojala se u odobrenju da genetske informacije u živim organizmima prolaze strogo određene faze provedbe: kopiranje iz DNA u DNA nasljedstvo, od DNA do RNA, a zatim iz RNA do proteina, a obrnuto tranziciju ne provodi. Ova izjava bila je prilično samo od dijela, stoga je naknadno, središnja dogma ispravljena s kreditom onima otvorenih novih podataka.

U ovom trenutku, nekoliko načina za provedbu genetskog materijala koji predstavlja različite sekvence provedbe tri vrste genetskih informacija su poznati: DNA, RNA i proteini. U devet mogućih putova za provedbu razlikuju se tri skupine: to su tri zajedničke transformacije (općenito), koje se obično provode u većini živih organizama; Tri posebna transformacija (posebna), provedena u nekim virusima ili u posebnim laboratorijskim uvjetima; Tri nepoznate transformacije (nepoznate), čija se provedba smatra nemogućom.

Opća transformacija uključuje sljedeće načine provedbe genetskog koda: DNA → DNA (replikacija), DNA → RNA (transkripcija), RNA → Protein (emitiranje).

Da bi se proveli prijenos nasljednih značajki, roditelji moraju prenositi potomke potpunu molekulu DNA. Proces, zbog kojih se temelji na izvornoj DNK, njegov točan kopija može se sintetizirati, i stoga se genetski materijal može prenijeti, nazvan replikacija. Provodi se posebnim proteinima koji obriju molekulu (ispravljaju svoju stranicu), dvostruke spirale, a uz pomoć DNA polimeraze, stvoriti točnu kopiju izvorne molekule DNA.

Kako bi se osiguralo životne stanice, ona mora stalno pristupiti genetskom kodu utvrđenom u DNK dvostrukoj helikoj. Međutim, ova molekula je prevelika i nejasna da ga koristi kao izravan izvor genetskog materijala za kontinuiranu sintezu proteina. Stoga, tijekom provedbe informacija položenih u DNK postoji faza posredovanja: sinteza Irne, koja je mala jednolančana molekula, komplementarna određenom rezanju DNA koja kodira neki protein. Proces transkripcije osigurava RNA polimeraze i transkripcijski čimbenici. Rezultirajuća molekula se zatim može lako dostaviti na stanični odjel odgovornu za sintezu proteina - ribosomu.

Nakon ulaska i RNA, završna faza provedbe genetskih informacija dolazi u ribosoma. U isto vrijeme, ribosomu čita s genetskim kodom IRNA s trojcima nazvanim kodonima i sintetizira odgovarajući protein na temelju dobivenih informacija.

Tijekom posebnih transformacija, genetski kod se provodi u skladu s RNA shemom → RNA (replikacija), RNA → DNA (reverzna transkripcija), DNA → protein (emitiranje uživo). Replikacija ove vrste se implementira u mnogim virusima, gdje se provodi enzim RNA-ovisna RNA polimeraza. Slični enzimi su također u eukariotama, gdje su povezani s procesom opravdanja RNA (utišavanje). Reverzna transkripcija se detektira u retrovirusima, gdje se provodi pod djelovanjem enzima obrnutog transkriptaze, kao iu nekim slučajevima u eukariotskim stanicama, na primjer, s telomernim sintezom. Emitiranje uživo provodi se samo u umjetnim uvjetima u izoliranom sustavu izvan ćelije.

Bilo koji od tri moguće genetskih informacija iz proteina u proteinu, RNA ili DNA smatra se nemogućim. Slučaj izloženosti priovima na proteinima, kao rezultat kojih se formira sličan prion, može se razumno pripisati vrsti genetske informacije proteina → proteina. Međutim, to nije formalno, jer ne utječe na aminokiselinsku sekvencu u proteinu.

Povijest pojave pojma "središnja dogma" je znatiželjna. Budući da riječ dogma općenito znači izjavu koja nije sumnjiva, a sama riječ ima eksplicitan vjerski podtekst, odabirom je kao opis znanstvena činjenica Nije baš legitimno. Prema samom Franjinom potoku, to je bila njegova pogreška. Htio je dati proširenu teoriju većeg značaja, dodijeliti je protiv pozadine drugih teorija i hipoteza; Za koje je odlučio iskoristiti ovaj veličanstven, prema njegovoj zastupljenosti, riječ, bez razumijevanja njegovog pravog značenja. Ime je, međutim, gota.

Molekularna biologija danas

Brz razvoj molekularne biologije, konstantni interes za postignuća u ovom području od strane tvrtke i objektivan važnost istraživanja doveli su do nastanka velikog broja velikih istraživačkih centara molekularne biologije širom svijeta. Među najvećim treba spomenuti kako slijedi: Laboratorij za molekularnu biologiju u Cambridgeu, Kraljevskom institutu u Londonu - u Velikoj Britaniji; Instituti molekularne biologije u Parizu, Marseille i Strasbourg, Pasteur Institut - u Francuskoj; Odjeli molekularne biologije na Sveučilištu Harvard i Massachusetts Institute of Technology, Sveučilište u Berkeleyu, u Kalifornijskom institutu za tehnologiju, na Sveučilištu u Rockefeller, na Zavodu za zdravlje u Betees - u Sjedinjenim Državama; Instituti Max Planck, sveučilišta u Gottingen i Münchenu, Središnji institut za molekularnu biologiju u Berlinu, instituti u Jeni i Halle - u Njemačkoj; Caroline Institut u Stockholmu u Švedskoj.

U Rusiji su vodeći centri na ovom području Institut za molekularnu biologiju. V.a.enggrdt RAS, Institut za molekularnu genetiku Ruske akademije znanosti, Institut za biologiju, Gena Ras, Institut za fizičku kemijsku biologiju. A.N. Belozersky Moskva Sveučilište. M.V. Lomonosov, Institut za biokemiju. A.N.BACH RAS i Institut za proteina Ruske akademije znanosti u Pushchinu.

Danas područje interesa molekularnih biologa pokriva širok raspon temeljnih znanstvenih pitanja. Proučavanje strukture nukleinskih kiselina i biosinteze proteina, strukturu strukture i funkcija različitih intracelularnih struktura i stanica stanica zauzimaju vodeću ulogu. Također važna područja istraživanja su proučavanje mehanizama prijema i prijenosa signala, molekularnih mehanizama prijevoza spojeva unutar stanice, kao i od stanice do vanjskog okruženja i leđa. U glavnim smjerovima znanstvenog pretraživanja u zemlji u području primijenjene molekularne biologije, jedan od većini prioriteta je problem pojave i razvoja tumora. Također, vrlo važan smjer, studija o kojem je dio molekularne biologije uključen u molekularnu genetiku, je proučavanje molekularne osnove nastanka nasljednih bolesti i virusnih bolesti, kao što su AIDS, kao i razvoj Načini da ih spriječe i, eventualno, liječenje na razini gena. Rasprostranjena uporaba pronašla je otkriće i razvoj molekularnih biologa u forenzičkoj medicini. Prava revolucija u području identifikacije osobnosti donesena je 1980-ih od strane znanstvenika iz Rusije, SAD-a i Velike Britanije, zahvaljujući razvoju i provedbi metode "genomske daktiloskopije" u svakodnevnoj praksi DNA osobnosti. Studije u ovom području nisu zaustavljene do danas, suvremene metode Dopustite vam da uspostavite osobu s vjerojatnošću greške milijardu posto. Već sada postoji aktivan razvoj projekta genetske putovnice, koji bi trebao biti dopušten snažno smanjiti stopu kriminala.

Metodologija

Danas, molekularna biologija ima opsežne metode arsenala koje omogućuju rješavanje najnaprednijih i najsloženijih zadataka koji se suočavaju s znanstvenicima.

Jedna od najčešćih metoda u molekularnoj biologiji je gel elektroforezakoji rješava problem razdvajanja mješavine makromolekula u veličini ili punjenjem. Gotovo uvijek, nakon što se koristi odvajanje makromolekula u gelu, koristi se blotting, metoda koja vam omogućuje prijenos makromolekula iz gela (sorbit) na površinu membrane radi praktičnosti daljnjeg rada s njima, posebno hibridizaciju. Hibridizacija je formiranje hibridne DNA dvaju lanaca koji imaju različitu prirodu - metodu koja igra važnu ulogu u temeljnim studijama. Koristi se za određivanje komplementaran Segmenti u različitim DNA (DNK različitih vrsta), uz njegovu pomoć, nastaju potraga za novim genima, uz njegovu pomoć, otvoreno je smetnje, a njegov se princip temelji na genomskoj dektaciloskopiji.

Veća uloga u suvremenoj praksi molekularnog biološkog istraživanja igra metoda sekvenciranja - određivanje sekvence nukleotida u nukleinskim kiselinama i aminokiselinama u proteinima.

Moderna molekularna biologija ne može se predstavljati bez metode lančane reakcije polimeraze (PCR). Zahvaljujući ovoj metodi, povećanje količine (amplifikacije) kopija neke DNA sekvence se provodi kako bi se napravi dovoljna količina tvari iz jedne molekule za rad s njom. Sličan rezultat se postiže tehnologijom molekularne kloniranja, u kojoj je potrebna nukleotidna sekvenca uvedena u DNA bakterije (živi sustavi), nakon čega reprodukcija bakterija dovodi do željenog rezultata. Ovaj pristup je tehnički mnogo složeniji, ali vam omogućuje istovremeno dobivanje rezultata ekspresije nukleotidne sekvence u studiji.

Ultracentrifugirajući postupci su naširoko koriste u molekularnim biološkim studijama (za odvajanje makromolekula (velike količine), stanice, organele), metode elektronske i fluorescentne mikroskopije, spektrofotometrijske metode, rendgenske strukturne analize, autoradiografiju i slično.

Zahvaljujući tehničkom napretku i znanstvenim istraživanjima u području kemije, fizike, biologije i informatike, moderna oprema omogućuje vam dodijeliti, proučavati i promijeniti pojedine gene i procese u kojima su uključeni.

31.2

Za prijatelje!

referenca

Molekularna biologija izrasla je iz biokemije u travnju 1953. godine. Njegov izgled povezan je s imenima Jamesa Watsona i Francisa, koji je otvorio strukturu DNA molekule. Otkriće je omogućeno proučavanjem genetike, bakterija i biokemije virusa. Profesija Molekularni biolog nije široko rasprostranjen, već danas uloga moderno društvo Vrlo sjajno. Veliki broj Bolesti, uključujući manifestiranje na genetskoj razini, zahtijeva znanstvenike da pronađu rješenja za ovaj problem.

Opis aktivnosti

Virusi i bakterije stalno mutiraju, što znači da osoba prestaje pomoći lijekovima i bolestima postaju teška. Zadatak molekularne biologije je izaći iz ovog procesa i razviti novi lijek za bolesti. Znanstvenici rade u skladu s dobro definiranom shemom: blokiranje uzroka bolesti, eliminaciju mehanizama nasljednosti i olakšavaju pacijentovo stanje. Postoji nekoliko centara, klinika i bolnica na svijetu, gdje molekularni biolozi pomoći pacijentima razvijaju nove tretmane.

Radne dužnosti

Dužnosti molekularnog biologa uključuju proučavanje procesa unutar stanice (na primjer, promjene DNA u razvoju tumora). Također, stručnjaci proučavaju značajke DNA, njihov utjecaj na cijeli organizam i zasebnu ćeliju. Takve se studije provode, na primjer, na temelju PCR (polimeraze lančana reakcija), što vam omogućuje da analizirate tijelo o infekcijama, nasljedne bolesti i određuju biološki odnos.

Značajke rasta karijere

Profesija Molekularni biolog je prilično obećavajuće na svom području i danas tvrdi prva mjesta na rangiranju medicinskih zanimanja budućnosti. Usput, molekularni biolog nije nužno cijelo vrijeme da ostane u ovom području. Ako postoji želja za promjenom generiranja nastave, može se prekvalificirati u laboratorijsku opremu menadžera prodaje, početi razvijati instrumente za različite studije ili otvoriti vaše poslovanje.

Molekularna biologija je preživjela razdoblje brzog razvoja vlastitih istraživačkih metoda, koje se sada razlikuje od biokemije. Konkretno, uključuje metode genetskog inženjeringa, kloniranja, umjetnog izražavanja i nocauza gena. Budući da je DNA materijalni nosač genetskih informacija, molekularna biologija je postala vrlo blizu genetike, a istodobno je formirana molekularna genetika, što je istovremeno dio genetike i molekularne biologije. Baš kao što molekularna biologija koristi viruse kao studijski alat, u virologiji, metode molekularne biologije koriste se za rješavanje njihovih zadataka. Računalne tehnike su uključene u analizu genetskih informacija, a stoga su se pojavile nove smjerove molekularne genetike, koje se ponekad smatraju posebnim disciplinama: bioinformatika, genomika i proteomika.

Povijest razvoja

Ovo temeljno otkriće pripremljeno je dugom fazom istraživanja genetike i biokemije virusa i bakterija.

Godine 1928. Frederick Griffith je prvi pokazao da ekstrakt ubijenih patogenim bakterijama grijanja može prenijeti znak patogenosti nezapašnim bakterijama. Proučavanje transformacije bakterija u budućnosti dovelo je do pročišćavanja patogenog sredstva, koji, suprotno očekivanjima, nije bio protein, već nukleinska kiselina. Sama nukleinska kiselina nije opasna, samo prenosi gene koji određuju patogenost i druga svojstva mikroorganizma.

U 50-ih godina 20. stoljeća pokazalo se da bakterije ima primitivni seksualni proces, mogu zamijeniti ekstrahromosomalnu DNA, plazmide. Otkriće plazmida, kao i transformacija, temelji se na plazmid tehnologiji distribuiranoj u molekularnoj biologiji. Još jedno važno otkriće za metodologiju bio je otkrivanje početkom 20. stoljeća virusi bakterija, bakteriofaga. Fage također mogu nositi genetski materijal iz jedne bakterijske stanice u drugu. Infekcija bakterija u fazi dovodi do promjene pripravka bakterijske RNA. Ako bez faga, sastav RNA je sličan sastavu bakterije DNA, zatim nakon infekcije RNA postaje više kao DNA bakteriofag. Tako je utvrđeno da je RNA struktura određena strukturom DNA. S druge strane, stopa sinteze proteina u stanicama ovisi o broju kompleksa RNA proteina. Tako da je formuliran središnja molekularna biologija: DNA ↔ RNA → Protein.

Daljnji razvoj molekularne biologije bio je popraćen i razvojem njegove metodologije, posebno, izum postupka za određivanje nukleotidne sekvence DNA (U. Gilbert i F. Senger, Nobelovu nagradu u kemiji 1980.) i novih otkrića u Područje proučavanja strukture i funkcioniranja gena (vidi povijest genetike). Početkom XXI stoljeća, podaci su dobiveni na primarnoj strukturi cjelokupne ljudske DNA i brojnih organizmi najvažnijih za medicinu, poljoprivredu i znanstveno istraživanje, što je dovelo do nekoliko novih smjerova u biologiji: genomika, bioinformatika, itd ,

vidi također

• Molekularna biologija (časopis)
• Transkripton
• Molekularna paleontologija
• EMBO - Europska organizacija molekularnih biologa

Književnost

• Pjevač M., Berg P. Geni i genomi. - Moskva, 1998.
• Stent G., Calindar R. Molekularna genetika. - Moskva, 1981.
• Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Molekularno kloniranje. - 1989.
• Palushev L. I. Ekspresija gena. - m.: Znanost, 2000. - 000 s., Il. ISBN 5-02-001890-2

Linkovi

Wikimedia Foundation. 2010.

• Ardatov okrug Nizhny Novgorod regiji
• Arzamas okrug područja Nizhny Novgorod

Gledajte što je "molekularna biologija" u drugim rječnicima:

MOLEKULARNA BIOLOGIJA - Izbaci OSN. Svojstva i manifestacije života na molekularnoj razini. Najvažnije smjerove u M. b. Postoje studije o strukturno funkcionalnoj organizaciji genetskog aparata stanica i mehanizam implementacije nasljednih informacija ... ... Biološki enciklopedijski rječnik

MOLEKULARNA BIOLOGIJA - istražuje glavna svojstva i manifestacije života na molekularnoj razini. Ispada kako i u kojoj mjeri rast i razvoj organizama, skladištenje i prijenos nasljednih informacija, konverzija energije u živim ćelijama, itd. Fenomene je zbog ... Veliki enciklopedijski rječnik

MOLEKULARNA BIOLOGIJA Moderna enciklopedija

MOLEKULARNA BIOLOGIJA - Molekularna biologija, biološka studija strukture i funkcioniranje molekula, od kojih se sastoje živi organizmi. Glavni sektori studija uključuju fizikalna i kemijska svojstva proteina i nukleinskih kiselina, kao što je DNA. vidi također… … Znanstveni i tehnički enciklopedijski rječnik

molekularna biologija - Odjeljak Biol., Koji istražuje osnovna svojstva i manifestacije života na molekularnoj razini. Ispada kako i u kojoj mjeri rast i razvoj organizama, skladištenje i prijenos nasljednih informacija, transformacija energije u živim stanicama i ... ... ... ... Rječnik mikrobiologije

molekularna biologija - Teme biotehnologije en molekularna biologija ... Direktorij tehničkog prevoditelja

Molekularna biologija - Molekularna biologija, istražuje osnovna svojstva i manifestacije života na molekularnoj razini. Ispada kako i u kojoj mjeri rast i razvoj organizama, skladištenje i prijenos nasljednih informacija, transformacija energije u živim stanicama i ... ... ... ... Ilustrirani enciklopedijski rječnik

Molekularna biologija - Znanost, koja posjeduje svoj zadatak, znanje o prirodi životnih fenomena proučavanjem bioloških objekata i sustava na razini koji se približava molekularnom, au nekim slučajevima postizanje tog granice. Krajnji cilj u isto vrijeme ... ... Velik sovjetska enciklopedija

MOLEKULARNA BIOLOGIJA - proučava fenomene života na razini makromolekula (CH. programa i nuklearne do T) u strukturama bez stanica (ribosomi, itd.), u virusima, kao iu stanicama. Objekt M. b. Postavljanje uloge i mehanizma funkcioniranja ovih makromolekula na temelju ... ... Kemijska enciklopedija

molekularna biologija - istražuje glavna svojstva i manifestacije života na molekularnoj razini. Ispada kako i u kojoj mjeri rast i razvoj organizama, skladištenje i prijenos nasljednih informacija, transformacija energije u živim stanicama i drugim fenomenima ... ... enciklopedijski rječnik

Knjige

• Molekularne stanice biologije. Zbirka zadataka, J. Wilson, T. Hunt. Knjiga američkih autora - Dodatak KO 2 - Mush izdanje udžbenika `Molecular Biology stanica` B. Alberts, D. Breya, J. Lewis, itd. Sadrži pitanja i zadatke čiji je cilj produbiti ...

Molekularna biologija

znanost, koja posjeduje svoj zadatak, znanje o prirodi životnih fenomena proučavanjem bioloških objekata i sustava na razini koji se približava molekularnom, au nekim slučajevima postizanje tog granice. Krajnji cilj je saznati kako iu kojoj mjeri karakteristične manifestacije života, kao što je nasljednost, reproducirati se slično, biosinteza proteina, uzbudljivost, rast i razvoj, skladištenje i prijenos informacija, transformacija energije, mobilnosti, itd. Zbog Struktura, svojstva i interakcija biološki važnih molekula, prije svega dvije glavne klase biopolimera visoke molekularne težine (vidi biopolimere) - proteini i nukleinske kiseline. Prepoznatljiva značajka M. b. - proučavanje životnih pojava na neživim objektima ili onima koji su svojstveni najprimetivnijim manifestacijama života. To su biološke formacije iz stanične razine i ispod: subcelularni organeli, kao što su jezgre izolirani, mitohondrij, ribosomi, kromosom, stanične membrane; Sljedeći - sustavi koji stoje na granici živih i neživih priroda - virusa, uključujući bakteriofage, i završavaju s molekulama najvažnijih komponenti živih tvari - nukleinske kiseline (vidi nukleinske kiseline) i proteine \u200b\u200b(vidi proteine).

M. b. - novi opseg prirodnih znanosti, usko povezan s dugogodišnjim područjima studija, koji su pokriveni biokemijom (vidi biokemiju), biofizike (vidi biofiziku) i bioorgansku kemiju (vidi bioorganisku kemiju). Razlika je samo moguća na temelju računovodstva korištenih metoda i na glavnoj prirodi korištenih pristupa.

Temelj na kojem je razvijena M. B, postavljene su takvim znanostima kao genetiku, biokemiju, fiziologiju elementarnih procesa, itd. Prema podrijetlu njegovog razvoja, M. b. Insiscimuliranje s molekularnom genetikom (vidi molekularnu genetiku) , koji i dalje čine važan dio M. b., Iako je već formiran već u velikoj mjeri u neovisnoj disciplini. Izvršenje M. B. Iz biokemije diktirane sljedećim razmatranjima. Zadaci biokemije uglavnom su ograničene na izjavu o sudjelovanju određenih kemijske tvari s određenim biološkim funkcijama i procesima i razjašnjavanjem prirode njihovih transformacija; Vodeća vrijednost pripada informacijama o reaktivnosti i glavnim značajkama kemijske strukture izražene uobičajenom kemijskom formulom. T. O tome., U suštini, pozornost je usmjerena na transformacije koje utječu na glavne izazove. U međuvremenu, L. Pauling OM je podcrtano , u biološki sustavi i manifestacije vitalne aktivnosti trebale bi biti dodijeljene ne-sveobuhvatnim obveznicama koje djeluju unutar iste molekule, ali razne vrste veza koje uzrokuju intermolekularne interakcije (elektrostatički, van der Waals, vodikove veze, itd.).

Konačni rezultat biokemijske studije može biti predstavljen u obliku sustava kemijskih jednadžbi, obično potpuno u potpunosti u potpunosti iscrpljive na ravnini, tj. U dvije dimenzije. Prepoznatljiv značajka M. b. je njegova trodimenzionalnost. Suština M. b. M. Perus se vidi da interpretiraju biološke funkcije u konceptima molekularne strukture. Može se reći da, ako prije, kada proučavanje bioloških objekata, bilo je potrebno odgovoriti na pitanje "da", to jest, koje su tvari prisutne i pitanje "gdje" - u kojem tkivima i organima, tada M. b. stavlja svoj zadatak da dobije odgovore na pitanje "kako", donoseći suštinu uloge i sudjelovanje cijele strukture molekule i na pitanja "zašto" i "zašto", saznanjem, s jedne strane, odnos Između svojstava molekule (opet, prije svega, proteina i nukleinskih kiselina) i funkcija koje je ona provodi i, s druge strane, uloga takvih pojedinačnih funkcija u ukupnom kompleksu životnih manifestacija.

Ključna uloga stječe se uzajamno uređenje atoma i njihovih grupacija zajednička struktura Makromolekule, njihovi prostorni odnosi. To se odnosi i na pojedinačne, pojedinačne, komponente i ukupnu konfiguraciju molekule u cjelini. To je kao rezultat pojave strogo determinističke količine strukture biopolimera molekule stječu ta svojstva, na temelju kojih se ispostavljaju da mogu poslužiti kao materijalna osnovica bioloških funkcija. Ovo načelo pristupa proučavanju života je najkarakterističniji, tipični liniju M. b.

Povijesna referenca. Velika važnost istraživanja bioloških problema na molekularnoj razini Foresaw I. P. Pavlov , Tko je govorio o posljednjoj fazi znanosti o životu - fiziologiji životne molekule. Izraz "M. b. " Englezi je prvi put korišten. Znanstveni U. Astbury u Prilogu istraživanja vezanih uz pojašnjenje ovisnosti između molekularne strukture i fizikalnih i bioloških svojstava fibrilarnih (vlaknastih) proteina, kao što su kolageni, krvi fibrinski ili mišićni proteini. Primijenite izraz "M. b. " čelik od početka 50-ih. 20 V.

Pojavu M. b. Budući da je formirana znanost uobičajena do 1953. godine, kada je J. Watson Om i F. Creek om u Cambridgeu (Ujedinjeno Kraljevstvo) otkrio trodimenzionalnu strukturu deoksiribonukleinske kiseline (vidi dezoksiribonukleinsku kiselinu) (DNA). To je omogućilo govoriti o tome kako pojedinosti ove strukture određuju biološke funkcije DNA kao materijalnog nosača nasljednih informacija. U načelu, DNK je postala nešto ranije o toj ulozi (1944) kao rezultat djela američke genetike Sy Avery sa zaposlenicima (vidi molekularnu genetiku), ali nije bilo poznato da u kojoj mjeri ova funkcija ovisi molekularna struktura DNA. To je bilo moguće samo nakon laboratorija ul Bragg (vidi Cragg - WULF stanje), J. Bernal A i drugi. Razvijeni su nova principa strukturne analize rendgenskih snimanja, koja je osigurala uporabu ove metode za detaljno znanje Prostorna struktura makromolekula proteina i nukleinskih kiselina.

Razine molekularne organizacije. Godine 1957. Kendenw je instalirao trodimenzionalnu strukturu Mioglobina a , A u narednim godinama to je učinio M. Peruz protiv hemoglobina a. Formulirane su ideje o različitim razinama prostorne organizacije makromolekule. Primarna struktura je slijed pojedinačnih jedinica (monomera) u lancu dobivene polimerne molekule. Za proteine, monomeri su aminokiseline , Za nukleinske kiseline - nukleotide. Linearna, filamentozna molekula biofolimera kao rezultat vodikovih veza, ima sposobnost da se uklopi na određeni način u prostoru, na primjer, u slučaju proteina, kao što je pokazalo L. Poling, da se dobije oblik spirale. Ovo je označeno kao sekundarna struktura. O tercijarnoj strukturi kažu kada molekula posjeduje sekundarna strukturaNadalje se presavije na jedan ili drugi način, ispunjavajući trodimenzionalni prostor. Konačno, molekule s trodimenzionalnom strukturom mogu ući u interakciju, prirodno smještene u svemiru u odnosu na drugo i formiranje onoga što je označeno kao kvaternasta struktura; Njegove pojedinačne komponente obično se nazivaju podjedinice.

Najistaknutiji primjer načina na koji molekularna trodimenzionalna struktura određuje biološke funkcije molekule, služi kao DNA. Posjeduje strukturu dvostruke spirale: dvije niti dolaze u suprotnom smjeru (anti-paralelno), jedan oko drugog, formirajući dvostruku spiru s obostrano komplementarnom položaju baze, tj. Tako da je uvijek na određenoj bazi jednog lanca uvijek u drugoj lanci najbolji način Pruža formiranje vodikovih veza: Adepin (a) tvori par s timinom (T), gvaninom (g) - s citozin (C). Takva struktura stvara optimalne uvjete za najvažnije biološke funkcije DNA: kvantitativno umnožavanje nasljednih informacija u procesu stanične podjele uz zadržavanje kvalitativne nerazumijevanja ovog protoka genetske informacije. Kada se podijeli na konac u dvostruku spiralu DNA, koja služi kao matrica, ili predložak, mutit i na svakom od njih, komplementarna nova nit je sintetizirana pod djelovanjem enzima. Kao rezultat toga, dvije ispravno identične kćer molekule (vidi stanica, MITZ) dobivaju se iz jedne DNA matične molekule.

Također, u slučaju hemoglobina, ispostavilo se da je njegova biološka funkcija - sposobnost reverzibilno pričvrstiti kisik u pluća, a zatim ga dati tkivima - usko je povezan s osobitostima trodimenzionalne strukture hemoglobina i njegovih promjena u proces provedbe fiziološke uloge na snazi. Kada se veže i disocijacija o2, prostorne promjene konformacije molekule hemoglobina javljaju, što dovodi do promjene afiniteta željeznih atoma sadržanih u njemu do kisika. Promjene u veličini molekule hemoglobina, podsjećaju na promjene u količini prsa tijekom disanja, ostavljene za imenovanje hemoglobina "molekularno svjetlo".

Jedna od najvažnijih značajki živih objekata je njihova sposobnost da fino prilagođava sve manifestacije života. Glavni doprinos M. b. U znanstvenim otkrićima potrebno je razmotriti objavljivanje novog, prethodno nepoznatog regulatornog mehanizma, označenog kao sveobuhvatni učinak. Sastoji se u sposobnosti tvari male molekulske težine - tako dalje. Ligands - modificirati specifične biološke funkcije makromolekula, prvenstveno katalitički aktivne proteine \u200b\u200b- enzimi, hemoglobin, proteini receptora koji su uključeni u izgradnju bioloških membrana (vidi biološke membrane), u sinaptičkom prijenosu (vidi sinapse) itd.

Tri biotička fluksa.U svjetlu prikaza M. b. Skup životnih fenomena može se promatrati kao rezultat kombinacije triju potoka: protok materije, što je njegov izraz u metaboličkim fenomenima, tj. Asimilaciju i disimilacija; Struja energije koja jest vožnja za sve manifestacije vitalne aktivnosti; i protok informacija koje prodire ne samo raznolikost razvoja i postojanja svakog organizma, već i kontinuiranog niza generacija zamjene jedni druge. Ideja je tog protoka informacija nastao u nauku živog svijeta razvojem M. b., Nameće svoj specifičan, jedinstveni otisak na njega.

Najvažnija dostignuća molekularne biologije. Vrtloženje, opseg i dubina utjecaja M. b. Za uspjeh u znanju autohtonih problema, proučavanje divljih životinja je prilično uspoređen, na primjer, s utjecajem kvantne teorije o razvoju atomske fizike. Dva interno povezana uvjeta utvrdila su ovaj revolucionarni učinak. S jedne strane, odlučujuća uloga odigrala je otkrivanje mogućnosti proučavanja najvažnijih manifestacija vitalne aktivnosti u najjednostavnijim uvjetima koji se približavaju vrsti kemijskih i fizičkih eksperimenata. S druge strane, kao rezultat navedenih okolnosti, postojala je brzo uključivanje značajan broj predstavnika točne znanosti - fizičari, kemičari, kristalografi, a zatim matematičari - u razvoju bioloških problema. U svom agregatu, te su okolnosti dovele do neuobičajeno brzog ritma razvoja M. b., Broj i značenje njegovog uspjeha postignut u samo dva desetljeća. Ovo nije potpuni popis ovih postignuća: otkrivanje strukture i mehanizam biološke funkcije DNA, sve vrste RNA i ribosoma (vidi ribosome) , Objavljivanje genetskog koda (vidi kodni genetski) ; Otvaranje obrnutog transkripcije (vidi transkripciju) , I.E. Sinteza DNA na RNA matrici; proučavanje mehanizama funkcioniranja respiratornih pigmenata; Otvaranje trodimenzionalne strukture i njegove funkcionalne uloge u djelovanju enzima (vidi enzime) , načelo matrične sinteze i mehanizmi biosinteze proteina; Otkrivanje strukture virusa (vidi viruse) i mehanizme njihove replikacije, primarne i djelomično, prostorne strukture antitijela; Izolaciju pojedinih gena , kemijska, a zatim biološka (enzimska) sinteza gena, uključujući čovjeka, iz stanica (in vitro); prijenos gena iz jednog organizma u drugi, uključujući u ljudskim stanicama; brzo će dešifrirati kemijsku strukturu sve većeg broja pojedinačnih proteina, uglavnom enzimi, kao i nukleinske kiseline; Otkrivanje fenomena "samostalnog sklapanja" određenih bioloških predmeta sve veće složenosti, u rasponu od molekula nukleinske kiseline i preseljenja u višekomponentne enzime, viruse, ribosome, itd.; Snimanje alodotskih i drugih osnovnih načela za reguliranje bioloških funkcija i procesa.

Redukcionizam i integracija. M. b. To je završna faza tog smjera u proučavanju živih objekata, koji je označen kao "redukcionizam", tj želja za smanjenjem složenih životnih funkcija na fenomene teče na razini molekula i stoga je dostupna studiji fizike i kemijske metode , Postignut M. b. Uspjesi ukazuju na učinkovitost ovog pristupa. U isto vrijeme, potrebno je uzeti u obzir da u prirodnim uvjetima u stanici, tkanini, organu i cijelom tijelu se bavimo sustavima sve većeg stupnja komplikacije. Takvi sustavi formiraju se iz komponenti niže razine njihovom redovnom integracijom u integritet, stječu strukturnu i funkcionalnu organizaciju i posjeduju nova svojstva. Stoga, kao znanje o zakonima o obrascima dostupnim za otkrivanje na molekularnoj i susjednoj razini, ispred M. b. Zadaci znanja o mehanizmima integracije kao niz daljnjeg razvoja u proučavanju životnih fenomena. Polazna točka ovdje služi kao proučavanje sila intermolekularnih interakcija - vodikovih veza, Van der Waals, elektrostatičkih sila, itd., I tako dalje. Njegova ukupnost i prostornu lokaciju, oni čine ono što se može odrediti kao "integrativne informacije". Treba se smatrati jednim od glavnih dijelova navedenih informacija. U području M. b. Primjeri integracije mogu biti fenomeni samostalnog sklapanja složenih formacija iz mješavine njihovih komponenti. To uključuje, na primjer, formiranje višekomponentnih proteina iz njihovih podjedinica, formiranje virusa iz njihovih sastavnih dijelova - proteina i nukleinske kiseline, obnovu izvorne ribosome strukture nakon odvajanja njihovih proteina i nukleinskih komponenti, itd. Studija ovih pojava izravno je povezano s poznavanjem glavnih fenomena "prepoznavanje" molekula biopolimera. Govorimo o pronalaženju koje su kombinacije aminokiselina - u proteinima ili nukleotidnim molekulama - u nukleinskim kiselinama međusobno djeluju međusobno u procesima povezanosti pojedinih molekula u obliku kompleksa strogo specifičnih, ubrizgavanje određenog pripravka i strukture. To uključuje procese formiranja složenih proteina iz njihovih podjedinica; Nadalje, selektivna uzajamnizacija između molekula nukleinskih kiselina, kao što je transport i matrica (u ovom slučaju, značajno je proširio naše podatke o informiranju genetskog koda); Konačno, to je formiranje mnogih vrsta struktura (na primjer, ribosomi, virusi, kromosomi), u kojima su također uključeni proteini i nukleinske kiseline. Otkriće relevantnih obrazaca, znanje o "jeziku" namijenjene navedene interakcije jedno je od najvažnijih područja M. B., još uvijek čekajući njegov razvoj. Ovo područje se smatra pripadom broju temeljnih problema za cijelu biosferu.

Zadatke molekularne biologije. Zajedno s važnim zadacima M. b. (Poznavanje zakona "priznanja", samostalno sklapanje i integraciju) Sadašnji smjer znanstvenog pretraživanja najbliže budućnosti je razvoj metoda koje omogućuju dešifriranje strukture, a zatim trodimenzionalne, prostorne organizacije visoke molekularne težine nukleinske kiseline. U ovom trenutku, to se postiže u odnosu na ukupni plan trodimenzionalne strukture DNA (dvostruka spiralna), ali bez točnog znanja o njegovoj primarnoj strukturi. Brzi uspjesi u razvoju analitičkih metoda omogućuju čekanje postizanja tih ciljeva u nadolazećim godinama. Ovdje, naravno, glavni doprinosi dolaze iz predstavnika srodnih znanosti, prvenstveno fizike i kemije. Sve najvažnije metode, čija je uporaba pod uvjetom da je pojavljivanje i uspjesi M. B, predloženi su i razvili fizičari (ultracentrifugiranje, rendgenska strukturna analiza, elektronska mikroskopija, nuklearna magnetska rezonancija, itd.). Gotovo svi novi fizički eksperimentalni pristupi (na primjer, korištenje računala, sinkrotrona ili kočnice, zračenja, laserske tehnologije, itd.) Otvorite nove mogućnosti za dubinsko proučavanje problema M. b. Među najvažnijim zadacima praktične prirode, odgovor na koji se očekuje od M. b., Na prvom mjestu postoji problem molekularnih temelja malignog rasta, zatim putova upozorenja, a možda i prevladavanje nasljednih bolesti - " molekularne bolesti "(vidi molekularne bolesti). Od velike važnosti će se razjasniti molekularne baze biološke katalize, tj. Akcije enzima. Među najvažnijim suvremenim smjerovima M. b. Želju da dešifrira molekularne mehanizme djelovanja hormona (vidi hormone) , Otrovne i lijekove, kao i saznati detalje molekularne strukture i funkcioniranje takvih staničnih struktura, kao biološke membrane uključene u regulaciju procesa penetracije i transportnih tvari. Udaljeniji ciljevi M. b. - Poznavanje prirode živčanih procesa, memorati mehanizama (vidi memoriju), itd. Jedan od važnih dijelova M. b. - T. N. Genetski inženjering, koji stavlja svoj zadatak, ciljani genetskim aparatima (genoma om) živih organizama, počevši od mikroba i niže (jednokratne) i završavaju s osobom (u potonjem slučaju, prije svega, kako bi radikalni liječenje nasljednih bolesti (vidi nasljedne bolesti) i ispravljanje genetskih defekata). O opsežnim intervencijama u genetskoj osnovi osobe može biti samo dio više ili manje udaljene budućnosti, budući da proizlazi ozbiljne prepreke za tehničku i načelne prirode. U odnosu na mikrobe, biljke i eventualno S.-H. Životinje takve perspektive su vrlo ohrabrujuće (na primjer, dobivanje sorti kultiviranih biljaka s aparatom za fiksiranje dušika iz zraka i ne treba gnojivo). Oni se temelje na već postignutom uspjehu: izolirana i sinteza gena, prijenos gena iz jednog organizma u drugi, korištenje masovnih kultura stanica kao proizvođača ekonomskih ili medicinskih važnih tvari.

Organizacija istraživanja o molekularnoj biologiji. Brzi razvoj M. b. On je doveo do pojave velikog broja specijaliziranih istraživačkih centara. Količina njih se brzo povećava. Najveći: u Velikoj Britaniji - laboratorij za molekularnu biologiju u Cambridgeu, Kraljevskom institutu u Londonu; U Francuskoj - instituti molekularne biologije u Parizu, Marseille, Strasbour, Pasteur Institute; U SAD-u - odjelima M. b. Na sveučilištima i institutima u Bostonu (Sveučilište Harvard, Massachusetts tehnološki institut), San Francisco (Berkeley), Los Angeles (California Institute of Technology), New York (Sveučilište Rockefeller), zdravstveni ustanovi u pitanju, itd.; U Njemačkoj - Instituti Max Planck, sveučilišta u Gottingen i Münchenu; u Švedskoj - Caroline Institut u Stockholmu; U GDR-u središnjem institutu molekularne biologije u Berlinu, Institutu u Jeni i Galle; U Mađarskoj - Biološkom centru u Szegedu. U SSSR-u, prvi specijalizirani institut M. B. nastao je u Moskvi 1957. godine u SSSR akademiji znanosti (vidi ); Zatim su nastali: Institut bioorganske kemije SSSR akademije znanosti SSSR u Moskvi, Institut za proteine \u200b\u200bu Pushchini, Biološkom odjelu na Institutu atomske energije (Moskva), odjeli M. B. Na institucijama sibirske podružnice akademije znanosti u Novosibirsku, međuučelni laboratorij bioorganske kemije Moskovskog državnog sveučilišta, sektor (zatim institut) molekularne biologije i genetike SSSR akademije znanosti u Kijevu; Značajni rad na M. b. Voditi u Institutu veze visoke molekularne težine U Lenjingradu, u brojnim odjelima i laboratorijima Akademije znanosti SSSR-a i drugih odjela.

Uz individualne istraživačke centre, organizacija su bile šire. U zapadnoj Europi, Europska organizacija za M. B. (EMBO), u kojem sudjeluje u više od 10 zemalja. U SSSR-u, na Institutu za molekularnu biologiju 1966. godine, Znanstveno vijeće na M.B., koji koordinira i organizira Centar u ovom području znanja. Oni su izdali opsežnu nizu monografija na najvažnijim dijelovima M. b. "Zimske škole" na M. b., Konferencije i simpoziji o aktualnim pitanjima M.B se održavaju redovito. U budućnosti, znanstveni savjeti o M. b. Stvoren na Amn SSSR-u i mnoge republikanske akademije znanosti. Od 1966. nalazi se časopis "Molecular Biology" (6 pitanja godišnje).

Za relativno kratkoročno u SSSR-u je rastao značajan odstranjivač istraživača na području M. B; To su znanstvenici viših generacije koji su djelomično prebacili svoje interese iz drugih regija; U glavnoj masi, to su brojni mladi istraživači. Među vodećim znanstvenicima koji su usvojili aktivno sudjelovanje u formiranju i razvoju M. b. U SSSR-u moguće je imenovati kao što je A. A. Baev, A. N. Belozersky, A. E. Braunstein, Yu. A. Ovchinnikov, A. S. Spirin, M. M. Shemyin, V. A. Engelgardt. Nova postignuća M. b. I molekularna genetika će biti olakšana odlukom Središnjeg odbora CPSU-a i Vijeća ministara SSSR-a (1974.) "o mjerama za ubrzanje razvoja molekularne biologije i molekularne genetike te korištenja njihovih postignuća u. \\ T nacionalno gospodarstvo. "

Lit: Wagner R., Mitchell G., genetika i metabolizam, trans. s engleskog, M., 1958; Sveti se razlikuju i A., Bioenergetika, po. s engleskog, M., 1960; Anfinsen K., molekularne osnove evolucije, po. s engleskog, M., 1962; Stanley W., Walenes E., virusi i priroda života, perja. s engleskog, M., 1963; Molekularna genetika, po. iz. Engleski, dio 1, M., 1964; Volkenstein M. V., molekule i život. Uvod u molekularnu biofiziku, M., 1965; Gaurovits F., kemija i proteini, perja. s engleskog, M., 1965; Bresler S. E., uvod u molekularnu biologiju, 3 ed., M. - L., 1973; Ingram V., biosinteze makromolekule, po. s engleskog, M., 1966; Engelgardt V. A., molekularna biologija, u CN: razvoj biologije u SSSR-u, M., 1967; Uvod u molekularnu biologiju, po. s engleskog, M., 1967; Watson J., molekularna biologija gena, po. s engleskog, M., 1967; FINEAN J., biološke ultrastrukture, po. s engleskog, M., 1970; Bendall J., mišiće, molekule i pokret, po. s engleskog, M., 1970; Oh, M., Biološki kod, po. s engleskog, M., 1971; Molekularna biologija virusa, M., 1971; Molekularne osnove biosinteze proteina, M., 1971; Bernhard C., struktura i enzimska funkcija, po. s engleskog, M., 1971; Spirin A.S., Gavrilova L.P., Ribosome, 2 Ed., M., 1971; Frankel-Konrat H., kemija i biologija virusa, po. s engleskog, M., 1972; Smith K., Henouwt F., molekularna fotobiologija. Procesi inaktivacije i oporavka, po. s engleskog, M., 1972; Harris, osnove biokemijske genetike osobe, Lane. s engleskog, M., 1973.

V. A. Engelgardt.

Velika sovjetska enciklopedija. - m.: Sovjetska enciklopedija. 1969-1978 .