Što proučava molekularnu biologiju. Stavka, zadaci i ciljevi molekularne biologije

Molekularna biologija / m ə. l.ɛ doJ.ʊ l.ngr. / To je grana biologije, što se tiče molekularne osnove biološke aktivnosti između biomolekula u različitim staničnim sustavima, uključujući interakcije između DNA, RNA, proteina i njihove biosinteze, kao i regulaciju tih interakcija. Napisati B. priroda Godine 1961. astbury je opisala molekularnu biologiju:

Nije toliko tehnika kao pristup, pristup s gledišta tzv. Temeljnih znanosti s vodećom idejom na pronalaženju manifestacija klasične biologije klasične biologije za odgovarajući molekularni plan. On je posebno zabrinut, s obrasce Biološke molekule i [...] uglavnom trodimenzionalni i strukturno - koje ne znači, međutim, da je to samo pojašnjenje morfologije. U isto vrijeme mora istražiti genezu i funkcije.

Odnos prema drugim biološkim znanostima

Istraživači u području molekularne biologije koriste specifične metode rastuće molekularne biologije, ali sve više i više kombiniraju s metodama i idejama iz genetike i biokemije. Postoji neefinirana linija između tih disciplina. To je prikazano u sljedećoj shemi, koja prikazuje jednu moguću vrstu odnosa između polja:

• Biokemija je proučavanje kemikalija i vitalnih procesa u živim organizmima. Biokemičari su teško usredotočiti na uloge, funkcije i strukture biomolekula. Studija kemije za biološke procese i sintezu biološki aktivnog modula s primjerima biokemije.
• Genetika je proučavanje utjecaja genetske razlike u organizmima. To često može biti uklanjanje normalne komponente (na primjer, gen). Proučavanje "mutanta" organizira jedna ili više funkcionalnih komponenti s obzirom na tzv. "Divlji tip" ili normalan fenotip. Genetske interakcije (epistaza) često se zbunjuju jednostavnim tumačenjima takvih studija "nokaut".
• Molekularna biologija To je proučavanje molekularnih osnove replikacije, transkripcije, prijevoda i procesa funkcioniranja stanica. Središnja dogma molekularne biologije, gdje se genetski materijal prepisuje u RNA, a zatim prevedena u protein, unatoč opsežnom, još uvijek pruža dobru polazište za razumijevanje polja. Slika je revidirana u svjetlu u nastajanju novih RNA uloge.

Metode molekularne biologije

Molekularno kloniranje

Jedna od najosnovnijih metoda molekularne biologije za proučavanje funkcije proteina je molekularna kloniranje. U ovoj tehnici, DNA kodira protein koji je od interesa kloniranog lančane reakcije polimeraze (PCR) i / ili restrikcijskih enzima u plazmidu (ekspresijski vektor). Vektor ima 3 prepoznatljive značajke: početak replikacije i višestruko kloniranje (MCS) i selektivni marker, u pravilu, s otpornošću na antibiotike. Višestruko kloniranje iznad je područja promotora i inicijacijskih transkriptiranja koji reguliraju ekspresiju kloniranog gena. Ovaj plazmid se može umetnuti u bakterijske ili životinjske stanice. Primjena DNA u bakterijske stanice može se postići transformacijom s apsorpcijom gole DNA, konjugacije pomoću međustaničnih kontakata ili transdukcijom pomoću virusnog vektora. Uvođenje DNA u eukariotske stanice, kao što su životinjske stanice, s fizičkim ili kemijskim sredstvima, naziva se transfekcija. Dostupno je nekoliko različitih metoda transfekcije, kao što je transfekcijski fosfat, elektroporacija, mikroinjekcija i liposomalna transfekcija. Plazmid se može integrirati u genom, koji dovodi do stabilne transfekcije, ili može ostati neovisno o genom, koji se nazivaju prolazni transformacijski procesi.

DNA kodiranje proteina interesa, trenutno unutar stanice i proteina, sada se mogu izraziti. Različiti sustavi, kao što su inducibilni promotori i specifični stanični čimbenici signalizacije koji će pomoći u izražavanju interesa proteina na visokim razinama. Velike količine proteina mogu se zatim ekstrahirati iz bakterijske ili eukariotske stanice. Protein se može provjeriti za enzimsku aktivnost u različitim situacijama, protein se može kristalizirati, stoga se može proučiti njegova tercijarna struktura, ili u farmaceutskoj industriji, aktivnost novih lijekova protiv proteina može se proučiti.

Lančana reakcija polimeraze

Makromolekule blotiraju i proučavaju

Pojmovi sjeverni , zapad i orijentalni Krivnje dobiva od onoga što je izvorno bilo molekularna biologija šala koja je igrala na pojmu Saretwet Nakon tehnike koju je opisao Edwin Southern za iskrivljenu hibridizaciju DNA. Patricia Thomas, RNA Developer - Fototing, koji je tada bio poznat kao sjeverni - krivnji , ne koristi ovaj izraz.

Sauternih

Nazvan u čast njegovog izumitelja, biolog Edwin South, tada je SOREW - Blot je metoda za učenje za prisutnost određene DNA sekvence u uzorku DNA. DNA uzorci prije ili nakon restrikcijskog enzima (restrikcijske) probave su odvojene elektroforezom u gelu, a zatim se prenose u membranu pomoću upijanja pomoću kapilarnog djelovanja. Membrana se zatim izlaže s oznakom DNA - sonda, koja ima osnovnu sekvencu do dodatka slijed na DNA od interesa. Južna blot je manje široko korištena u znanstvenom laboratoriju zbog sposobnosti drugih metoda, kao što je PCR, za otkrivanje DNA specifičnih sekvenci iz DNA uzoraka. Ove mrlje se još uvijek koriste za neke aplikacije, međutim, kao što je transgeno mjerenje broja primjeraka u transgenskim miševima ili u inženjerstvu gena nokautičkih linija embrionalnih matičnih stanica.

Sjeverni krivnji

Sjeverna blot

Istočni blot

Kliničke studije i metode liječenja koje proizlaze iz molekularne biologije djelomično su prekrivene genom terapijom. Korištenje molekularne biologije ili biologije molekularnih stanica pristupa u medicini sada se naziva molekularnom medicinom. Molekularna biologija također igra važnu ulogu u razumijevanju obrazovanja, akcija i propisi različitih dijelova stanica, koje se mogu koristiti za učinkovito ciljanje novih lijekova, dijagnozu bolesti i razumjeti fiziologiju stanica.

daljnje čitanje

• Cohen, SN, Chang, NKD, Boyer, H. & Heling, RB izgradnja biološki funkcionalnih bakterijskih plazmida in vitro .

1. Uvod.

Objekt, zadatke i metode molekularne biologije i genetike. Vrijednost "klasične" genetike i genetike mikroorganizama u formiranju molekularne biologije i genetskog inženjeringa. Koncept gena u "klasičnoj" i molekularnoj genetici, njegova evolucija. Doprinos metodologije genetskog inženjeringa u razvoju molekularne genetike. Primijenjena vrijednost genetskog inženjeringa za biotehnologiju.

2. Molekularna baza nasljednosti.

Koncept ćelije, njegov makromolekularni sastav. Priroda genetskog materijala. Povijest dokaza o funkciji genetske DNA.

2.1. Razne vrste nukleinskih kiselina. Biološke funkcije nukleinskih kiselina. Kemijska struktura, prostorna struktura i fizikalna svojstva nukleinskih kiselina. Značajke strukture genetskog materijala Pro - i eukariote. Komplementarni parovi Wastson-vriznih baza. Genetski kod. Povijest dešifriranja genetskog koda. Glavna svojstva koda: triplet, kod bez zareza, degeneracija. Značajke kodovnog rječnika, obitelji kodona, semantičke i "besmislene" kodone. DNA prstenaste molekule i koncept superpioppementa DNA. Topoizomeri DNA i njihove vrste. Mehanizmi djelovanja topoizomeraze. DNA Girase bakterije.

2.2. DNA transkripcija. Cijena polimeraze RNA, njegova podjedinica i trodimenzionalna struktura. Različiti sigma čimbenici. Promotor prokary beam gena, njegovih strukturnih elemenata. Faze ciklusa transkriptora. Inicijacija, obrazovanje "otvorenog kompleksa", izduženja i prestanka transkripcije. Pretplata. Regulacija ekspresije opetrona triptofana. "Ribopers". Mehanizmi prestanka transkripcije. Negativna i pozitivna regulacija transkripcije. Laktoza operon. Regulacija transkripcije u razvoju Lambda faga. Načela prepoznavanja DNA regulatornih proteina (SAR proteina i reprezens Fage Lambda). Značajke transkripcije u eukarioti. Obrada RNA u eukariotima. Tiging, splaziranje i poliadenilacija transkripata. Mehanizmi sploča. Uloga malih nuklearnih RNA i čimbenika proteina. Alternativni splazing, primjeri.

2.3. Emitiranje, Njezine faze, ribosoma funkcija. Lokalizacija ribosoma u ćeliji. Prokariotski i eukariotski tipovi ribosoma; Ribosomi od 70-ih i 80-ih. Morfologija ribosoma. Odjel za subdjela (podjedinice). Kodonska vezanja aminocil-trna u kodonu u ciklusu izduženja. Code-anti-chodon interakcija. Sudjelovanje EF1 EF1 (EF-TU) faktor u vezanju aminocil-trna s ribosomom. Faktor EF1B izduženja (EF-TS), njegova funkcija, slijed reakcija sa svojim sudjelovanjem. Antibiotici koji utječu na fazu vezanog kodona ovisno o aminocil-trnom s ribosomom. Aminoglicidat antibiotici (streptomicin, neomicin, kanamicin, gentamicin, itd.), Mehanizam njihovog djelovanja. Tetracikle kao aminoacil-trad vezanja vezanja s ribosomom. Inicijacija prevođenja. Glavne faze procesa inicijacije. Pokretanje prevođenja u Prokariotm: faktori inicijacije, inicijatorski kodoni, 3 ¢ RNA-RNA RNA-ribosomalni podcse i sekvenca lanca-Dallarno u mRNA. Inicijacija prevođenja eukariot: faktori za inicijacije, inicijatorske kodone, 5 ¢-franslated područje i CEP-ovisne "inicijacije" krajnje ". "Unutarnje" inicijacije neovisne o cepima u eukariotama. Transpeptidacija. Inhibitori transppeptidacije: kloramfenikol, linkomicin, amizetin, streptogramini, anizomicin. Translokacija. Sudjelovanje faktora EF2 izduženja (EF-G) i GTF. Inhibitori translokacije: Fusidna kiselina, vyomicin, njihovi mehanizmi djelovanja. Prestanak emitiranja. Završava kodone. Čimbenici proteina za prestanak prokariota i eukariota; Dvije klase faktora raskida i mehanizmi njihovog djelovanja. Regulacija prijevoda u prokariotima.

2.4. Replikacija DNA i genetsku kontrolu. Polimeri su uključene u replikaciju, karakteristične za njihovu enzimsku aktivnost. Točnost reprodukcije DNA. Uloga steričkih interakcija između parova DNA baza pod replikacijom. Polimeraza I, II i III E. coli. Podjedinica polimeraze III. Priključite replikaciju, "vodeće" i "zaostajanje" niti pri replikaciji. Fragmenti odredbe. Kompleks proteina u vili za replikaciju. Regulacija inicijacije replikacije na E. Soli. Prestanak replikacije bakterija. Značajke regulacije replikacije plazmida. Dvosmjerna replikacija i replikacija prema vrsti kotrljanja prstena.

2.5. Rekombinacija, Njezine vrste i modeli. Opće ili homologne rekombinacije. DNK dvostruke praznine, pokretanje rekombinacije. Uloga rekombinacije u post-solikativnoj reparaciji dvodimenzionalnih praznina. Struktura brda u modelu rekombinacije. Enzimologija ukupne rekombinacije na E. coli. RECBCD kompleks. Protein reca. Uloga prstiju u osiguravanju sinteze DNA tijekom oštećenja DNA prekida replikaciju. Rekombinacija u eukarotu. Enzimi rekombinacije u eukarotu. Rekombinacija specifična za web-lokaciju. Razlike u molekularnim mehanizmima opće i specifične rekombinacije. Klasifikacija rekombinaze. Vrste kromosomskih prerasporeda provedenih na rekombinaciji specifične za odredište. Regulatorna uloga rekombinacije specifične za web-lokaciju u bakterijama. Projektiranje kromosoma višestanih eukariota korištenjem rekombinacije faga specifične za odredište.

2.6. Reparacija DNA. Klasifikacija vrsta reparacije. Izravna reparacija timinskih dimera i metiliranog gvanina. Rezanja. Glikozilaza. Mehanizam za reparaciju nesparenih nukleotida (neusklađenost reparacija). Odaberite resporrednu DNK navoj. SOS-reparacija. Svojstva DNA polimeraz uključene u SOS-reparacije u Prokariotmu i eukariota. Ideju o bakterijama "prilagodljive mutacije". Reparacija dvodimenzionalnih praznina: homologna post-solarativna rekombinacija i kombiniranje ne-homolognih krajeva molekule DNA. Odnos replikacije, rekombinacije i procesa popravka.

3. proces mutacije.

Uloga biokemijskih mutanata u formiranju teorije jednog gena je jedan enzim. Klasifikacija mutacija. Točke mutacije i kromosomsko restrukturiranje, mehanizam njihovog obrazovanja. Spontana i inducirana mutageneza. Klasifikacija mutagena. Molekularni mehanizam mutageneze. Odnos mutageneze i reparacije. Identifikacija i odabir mutanta. Suzbijanje: intragensko, intergrengično i fenotipsko.

4. IZVRTSKI genetski elementi.

Plazmidi, njihova struktura i klasifikacija. Final Factor f, njezina struktura i životni ciklus. Uloga faktora F u mobiliziranju kromosomskog prijenosa. Formiranje donatora tipa HFR i F ". Mehanizam konjugacije. Bakteriofagi, njihova struktura i životni ciklus. Nevagene i umjerene bakteriofage. Lisoches i transdukcija. Opća i specifična transdukcija. Migriranje genetskih elemenata: transposoni i sekvence, njihova uloga u genetska razmjena. DNA-pronsponderi u genomima prokariotizma i eukariota. je-sekvenca bakterija, njihove strukture. je-sekvenca kao komponenta F-faktora bakterija, koja određuje sposobnost prenošenja genetskog materijala u konjugaciji. transpozini Bakterije i eukariotski organizmi. Izravni nesložni i replikativni mehanizmi transpozicije. Pogledajte horizontalni prijenos transposona i njihovu ulogu u strukturnim procjenama (ektopična rekombinacija) iu ektopiji genoma.

5. Proučavanje strukture i funkcije gena.

Elementi genetske analize. Test CIS-trans. Genetsko mapiranje pomoću konjugacije, transdukcije i transformacije. Zgrada genetske karte, Tanko genetsko mapiranje. Fizikalna analiza strukture gena. Heteroduesx analiza. Restrikcijska analiza. Metode sekvenciranja. Reakcija lančane polimeraze. Otkrivanje funkcije gena.

6. Regulacija ekspresije gena. Opere i redoviti koncept. Kontrolu na razini inicijacije transkripcije. Promotor, operator i regulatorni proteini. Pozitivna i negativna kontrola ekspresije gena. Kontrolirati na razini prestanka transkripcije. Kvari s kontroliranim katabolitom: modeli laktoze, galaktoze, arapske i maltose. Rukolovi koji kontroliraju atenuator: model Opeker-a triptofan. Multivalentna regulacija ekspresije gena. Globalni sustavi regulacije. Regulatorni odgovor na stres. Kontrola postwalla. Transdukcija Sigala. Regulacija s sudjelovanjem RNA: mala RNA, senzorna RNA.

7. Osnove genetskog inženjeringa. Ograničenja enzimi i modifikacije. Odabir i kloniranje gena. Vektori za molekularno kloniranje. Načela za projektiranje rekombinantne DNA i njihovo uvođenje stanica primatelja. Primijenjeni aspekti genetskog inženjeringa.

ali). Glavna literatura:

1. Watson J., Tuz J., Rekombinantna DNA: Kratki tečaj. - m.: Mir, 1986.

2. Geni. - M.: Mir. 1987.

3. Molekularna biologija: struktura i biosinteza nukleinskih kiselina. / Ed. , - M. Viši SHK. 1990.

4. - Molekularna biotehnologija. M. 2002.

5. Spin ribosomi i biosinteza proteina. - M.: Viša škola, 1986.

b). Dodatna literatura:

1. Hesin genom. - M.: Znanost. 1984.

2. genetsko inženjerstvo Rybchina. - Spb.: Spbstu. 1999.

3. Parushev geni. - m.: Znanost, 2000.

4. Moderna mikrobiologija. Prokariote (u 2 tt.). - m.: Mir, 2005.

5. M. Singer, P. Berg. Geni i genomi. - m.: Mir, 1998.

6. grickalice inženjerstva. - Novosibirsk: iz SIB-a. Univ., 2004.

7. Stepanov biologija. Struktura i funkcija proteina. - M: V. Sh., 1996.

Molekularni biolog je istraživač u području medicine, čiji se misija ne sastoji, ne mnogo, u spasenju čovječanstva od opasnih bolesti. Među takvim bolestima, na primjer, onkologija, danas je postala jedan od glavnih uzroka smrtnosti na svijetu, samo malo inferiornog od vođe - kardiovaskularnih bolesti. Nove metode za ranu dijagnozu onkologije raka, prevenciju i liječenje raka su prioritet moderne medicine. Molekularni biolozi u području onkologije razvijaju antitijela i rekombinantne (genetski dizajnirane) proteine \u200b\u200bza ranu dijagnozu ili ciljanu isporuku lijekova u tijelu. Stručnjaci ove sfere koriste najnaprednije postignuća znanosti i tehnologije za stvaranje novih organizama i organskih tvari kako bi ih dodatno koristili u istraživačkim i kliničkim aktivnostima. Među metodama koje koriste molekularne biologe - kloniranje, transfekciju, infekcije, polimeraze lančane reakcije, sekvenciranje gena i drugih. Jedna od tvrtki zainteresiranih za molekularne biologe u Rusiji, Praobiomed LLC. Organizacija se bavi proizvodnjom antitijela za dijagnosticiranje onkoloških bolesti. Takva antitijela se uglavnom koriste za određivanje vrste tumora, njegovog podrijetla i malignog, to jest, sposobnost metastaza (proširila se na druge dijelove tijela). Antitijela se primjenjuju na tanke dijelove tkiva u studiji, nakon čega se vežu za stanice s određenim proteinima - markeri, koji su prisutni u tumorskim stanicama, ali su odsutni u zdravoj i obrnuto. Ovisno o rezultatima studije, imenovan je daljnji tretman. Među Praonim klijentima nisu samo medicinske, ali i znanstvene institucije, budući da se antitijela mogu koristiti za rješavanje istraživačkih problema. U takvim slučajevima mogu se napraviti jedinstvena antitijela, sposobna komunicirati s proteinom u studiju, pod određenim zadatkom na posebnom redoslijedu. Još jedno obećavajuće područje istraživanja tvrtke je ciljano (ciljno) isporuku lijekova u tijelu. U ovom slučaju, antitijela se koriste kao prijevoz: s njihovim pomoći lijekovi se isporučuju izravno na zahvaćene organe. Prema tome, liječenje postaje učinkovitije i ima manje negativne posljedice za tijelo nego, na primjer, kemoterapiju, koja utječe ne samo raka, nego i druge stanice. Očekuje se da će se profesija molekularnog biologa u nadolazećim desetljećima biti sve popularnije: s povećanjem prosječnog očekivanog životnog vijeka osobe, broj onkoloških bolesti će se povećati. Rana dijagnoza tumora i inovativne metode liječenja uz pomoć tvari dobivenih molekularnim biolozima spasit će život i poboljšati njegovu kvalitetu velikom broju ljudi.

Osnovno strukovno obrazovanje

Kamata odražavaju raspodjelu stručnjaka s određenom razinom obrazovanja na tržištu rada. Ključne specijalizacije za razvoj struke označene su zelenom.

Sposobnosti i vještine

• Sposobnost da se nosi s reagensima, uzorcima, morate biti u stanju raditi s malim objektima
• Radne vještine s velikom količinom informacija
• Sposobnost rada na rukama

Interesi i preferencije

• Želju prepoznati nešto novo
• Sposobnost rada u načinu rada s više podataka (potrebno je pratiti tijek nekoliko reakcija i procesa u isto vrijeme)
• Točnost
• Odgovornost (nemoguće je napustiti rad "za sutra", budući da se uzorci mogu razmaziti)
• Scrufulusity
• Dobar rad
• Pažljivo (morate slijediti mikroprocesije)

Profesija u osoba

Maria shitova

Daria Samoilova

Alexey Grachev

Molekularna biologija u području onkologije je perspektivni profesionalni smjer, jer je borba protiv raka jedan od prioriteta svjetske medicine.

Molekularni biolozi su u potražnji u mnogim područjima u vezi s aktivnim razvojem znanosti, biotehnoloških i inovativnih poduzeća. Do danas postoji mali deficit stručnjaka, osobito onih koji imaju određeno iskustvo u specijalnosti. Do sada, veliki broj diplomiranih studenata i dalje ostavlja na posao u inozemstvu. Sada se počinju pojavljivati \u200b\u200bmogućnosti djelotvornog rada u području biotehnologije u Rusiji, ali je prerano govoriti o masi.

Rad molekularnog biologa sprječava aktivno sudjelovanje stručnjaka u znanstvenim aktivnostima, što postaje mehanizam za napredovanje u karijeri. Razvoj u struci moguć je kroz sudjelovanje u znanstvenim projektima i konferencijama, moguće je kroz razvoj susjednih područja znanja. Također, postoji i akademski razvoj iz znanstvenog istraživača kroz viši istraživač vodećem znanstvenom zaposleniku, profesoru i / ili voditelj odjela / laboratorija.

intervju

Sergej Pirogov - sudionik priprema za biologiju biologije koju organizira "slon i žirafa" u 2012. godini
Dobitnik međunarodnog univerziade o biologiji
Pobjednik Olimpijada Lomonosova
Pobjednik regionalne faze olimpijane za sve-ruske biologije u 2012. godini
Naučite Moskovskom državnom sveučilištu. T Lomonosov na biološkom fakultetu: Odjel za molekularnu biologiju, na 6. tečaju. Radi u laboratoriju biokemijske genetike životinja Instituta za molekularnu genetiku.

- Seryozha, ako čitatelji imaju pitanja, oni će ih moći pitati?

Da, naravno, možete postaviti pitanja barem odmah. U ovom polju:

Kliknite da biste postavili pitanje.

- Počnimo s školom, jeste li se činilo da nijedna škola?

Proučavao sam na vrlo slaboj školskoj školi u Moskvi, tako prosječnu školu. Istina, imali smo divan učitelj na MHC-u, zahvaljujući kojem smo imali veliku nominalnu "umjetničku povijesnu" orijentaciju škole.

- Što je s biologijom?

Imali smo vrlo staru staru biologiju, gluhu i oštroj ženi, koju su se svi bojali. Ali ljubav prema njezinoj temi nije dodala. Od moje djetinjstva bio sam strastven prema biologiji, od pet godina. Sve sam pročitao sve, uglavnom se sviđa anatomija i zoologija. Tako su školski predmeti postojali paralelno s mojim interesima. Svi su promijenili Olimpijske igre.

- Reci mi više o tome.

U 7. razredu, najprije sam sudjelovao u općinskoj pozornici (naravno, odmah gotovo u svim predmetima, jer sam bio jedini student koji su učitelji imali razloge za slanje). I postao pobjednik biologije. Tada je škola reagirala kao smiješnu, ali ne i previše zanimljivu činjenicu.

- Je li vam pomoglo u školi?

Sjećam se da je unatoč briljantnoj studiji, često se dobila od učitelja na biologiji četvrti s vojnicima poput "na lik rezanja žarulje korijena trebaju biti oslikana smeđa, a ne siva." Sve je to bilo prilično depresivno. U 8. razredu ponovno sam otišao na Olimpijadu, ali iz nekog razloga nisam mi poslao biologiju. Ali postao je pobjednik i nagrada za druge predmete.

- Što je bilo u razredu?

U 9. razredu nisu otišli u pozornicu okruga. Tamo sam neočekivano postigao slab, graničnu točku, koja se pokazala kao prolaz na regionalnoj fazi. Imala je snažnu motivirajuću snagu - svijest o tome koliko se ispostavi da ne znam koliko ljudi, sve to zna (koliko se takvih ljudi na ljestvici zemlje čak bojao zamisliti).

- Reci mi kako se pripremaš.

Intenzivna neovisna lekcija, racije na knjižare i tisuće prošlogodišnjih zadataka bili su učinak iscjeljivanja. Postigao sam jednu od najvećih točaka za teoriju (koja mi je bila u potpunosti iznenada), otišao u praktičnu pozornicu ... i propao ga. U to vrijeme još uvijek nisam znao o postojanju praktične pozornice.

- Je li vas olimpijada utjecala?

Moj se život radikalno promijenio. Naučio sam o mnogim drugim Olimpijskim igrama, posebno voljenim SKO-u. Nakon toga, mnogi su pokazali dobre rezultate, neki su osvojili, zahvaljujući Lomonosov, primili pravo na ulazak bez ispita. Paralelno s, osvojio sam Olimpijadu o povijesti umjetnosti, na koje sam neravnomjerno disao i tako dalje. Istina, nije bilo prijateljsko s praktičnim ture. U 11. razredu, još uvijek imam do završne faze, ali Fortune nije bila povoljna i ovaj put nisam imao vremena ispuniti matricu teoretske faze odgovora. Ali to je dopušteno da se ne brine mnogo za praktično.

- Sreli ste se s mnogim olimpodikom?

Da, još uvijek vjerujem da sam bio vrlo sretan s krugom mojih vršnjaka, prilično proširio moje horizonte. Još jedna strana Olimpijskih igara, osim motivacije, skladno proučavaju subjekt je poznanstvo s olimpijadama. Već sam u to vrijeme primijetio da je horizontalna komunikacija ponekad korisna od vertikalnih - s nastavnicima na optužbama.

- Kako ste ušli na sveučilište? Odaberite fakultet?

Nakon 11. razreda ušao sam u bioš na MSU. Samo većina mojih tada drugačije je napravio izbor u korist FBB-a, ali tada je prioritetna uloga odigrala činjenica da nisam postao pobjednik Ostersa. Tako bih trebala preuzeti interni ispit u matematici, iu njemu, osobito u školi - najviše sam volio mnogo više - nisam bio jak. A u školi je postojala vrlo slaba priprema (nismo se ni pripremali za gotovo cijelu). Što se tiče interesa, onda pretpostavljam da, u konačnici, možete doći do bilo kojeg rezultata, bez obzira na mjesto dolaska. Nakon toga, ispostavilo se da postoji mnogo diplomiranih studenata FBI-a koji su se kretali po mogućnosti mokri biologiju, i obrnuto - mnoge dobre bioinformatike započele su ljubavnicima. Iako je u tom trenutku činilo mi se da kontingent nije bio kao primjer slabije FBbsh. U to sam zasigurno postao pogrešan.

Dali si znao?

zanimljiv

Dali si znao?

zanimljiv

U logoru slona i žirafa nalaze se smjene na biokemiju i molekularnoj biologiji, gdje su učenici s iskusnim učiteljima iz Moskovskog državnog sveučilišta eksperimenti, a također se pripremaju za olimpijada.

© Intervju PUND DENIS RAKES. Fotografije su ljubazno pod uvjetom dargejski piroggers.

Razvoj biokemije, biofizike, genetike, citokemije, mnogih dijelova mikrobiologije i virologije na početku 40-ih godina XX stoljeća. doveli su do proučavanja životnih pojava na molekularnoj razini. Uspjesi postignuti ovim znanostima u isto vrijeme s različitih strana doveli su do svijesti o činjenici da je bio na molekularnoj razini da glavni sustavi upravljanja funkcioniraju i da će daljnji napredak tih znanosti ovisiti o otkrivanju o otkrivanju biološke funkcije Molekule koje čine tijelo organizme, njihovo sudjelovanje u sintezi i propadanju, međusobne transformacije i reproduciranje spojeva u ćeliji, kao i razmjena energije i razmjene informacija. Dakle, na spoju tih bioloških disciplina s kemijom i fizikom postojala je potpuno nova industrija - molekularna biologija.

Za razliku od biokemije, pozornost suvremene molekularne biologije usredotočena je uglavnom na proučavanje strukture i funkcije najvažnijih klasa biopolimera - proteina i nukleinskih kiselina, od kojih je prvi odredio mogućnost tekućih reakcija, i drugi - biosinteza specifičnih proteina. Stoga je jasno da je nemoguće provesti jasnu razliku između molekularne biologije i biokemije, odgovarajućih dijelova genetike, mikrobiologije i virologije.

Pojava molekularne biologije bila je usko povezana s razvojem novih metoda istraživanja, koje su već rekli u relevantnim poglavljima. Uz razvoj elektronske mikroskopije i drugih metoda mikroskopske tehnologije, metode frakcioniranja staničnih elemenata razvijenih u 50-ima odigrane su važnu ulogu. Oni su se temeljili na naprednim metodama diferencijalnih centrifugiranja (A. Claud, 1954). U to vrijeme bilo je već prilično pouzdane metode za dodjelu i frakcioniranje biopolimera. To uključuje, posebno, predložio A. Tizelius (1937; Nobelov nagrada, 1948) Metoda frakcioniranja proteina pomoću elektroforeze, metode za pranje i pročišćavanje nukleinskih kiselina (E. Key, A. Downs, M. Sevag, A. MIRSKY i drugi.). Paralelno s mnogim laboratorijima svijeta razvijene su različite metode kromatografske analize (A. Martin i R. pjevaju, 1941; Nobelova nagrada, 1952), naknadno se poboljšala značajno.

Neprocjenjiva usluga u dekodiranju strukture biopolimera odigrana je rendgenskim strukturnim analizama. Osnovna načela rendgenske strukturne analize razvijena su na Kraljevskom koledžu Sveučilišta u Londonu pod vodstvom W. Bregga od strane grupe istraživača, koji je uključivao J. Bernal, A. Londsdale, W. Astbury, J. Robertson , itd

Zabilježene su studije profesora Moskovskog državnog sveučilišta A. R. Kizel na biokemiji protoplazme (1925. - 1929.), koje su imale najvažnije važnosti za naknadnu formiranje molekularne biologije. Kizel je odbacio udarac na čvrsto ukorijenjenu reprezentaciju, koja se temelji na bilo kojoj protoplazmi posebno proteina - ploča, kao da određuju sve svoje najvažnije strukturne i funkcionalne značajke. Pokazao je da su ploče protein koji se nalaze samo u miksimicetema, a zatim u određenoj fazi razvoja, te da ne postoji trajna komponenta - jedan skeletni protein - u protoplazmi ne postoji. Dakle, proučavanje problema strukture protoplazme i funkcionalne uloge proteina došla je na pravi put i dobila prostor za njegov razvoj. Istraživanje iz Kizela osvojila je svjetski prepoznavanje stimulirajući proučavanje kemije komponenti stanice.

Pojam "molekularna biologija" po prvi put koristi engleski kristalogram profesora Sveučilišta W. Astbury, vjerojatno se pojavio na početku 40-ih (do 1945.). Temeljna studija s rendgenskim difrakcijom proteina i DNA provedenih od strane Astburyja 1930-ih služila je kao osnova za naknadno uspješno dekodiranje sekundarna struktura Ovi biopolimeri. Godine 1963., J. Bernal je napisao: "Spomenik će biti postavljen po cijeloj molekularnoj biologiji - znanosti koju je nazvao i stvarno osnovao" *, u literaturi, ovaj se pojam prvi put pojavio, možda 1946. u članku W. Astbury "napredak rendgenske strukturne analize organskih i fibrilarnih spojeva" objavljenih u engleskom časopisu "Priroda" **. U svom predavanju Greenwaite, Astbury (1950.) je zabilježeno: "Drago mi je što se sada pojam molekularna biologija već prilično široko koristi, iako nije moguće da sam ga prvi put predložio. Svidjelo mi se i pokušavam ga distribuirati Dugo vremena. "***. Već 1950. godine, Astbury je bio jasno da je molekularna biologija od slučaja prvenstveno sa strukturom i konformacijom makromolekula, čija je proučanost ključna za razumijevanje funkcioniranja živih organizama.

* (Biograd. MEM. Momenci Roy. Soc, 1963, V. 9, 29.)

** (W. T. Astbury. Napredak rendgenske analize organskih i vlakana struktura. - Priroda,. 1946, v. 157, 121.)

*** (W. T. Astbury. Avanture u molekularnoj biologiji. Thomas Springfield, 1952, str. 3.)

Ispred molekularne biologije, oni su zapravo stajali isti zadaci kao i ispred cijele biologije u cjelini - znanje o suštini života i njegovim osnovnim fenomenima, posebno, kao što je nasljednost i varijabilnost. Moderna molekularna biologija prvenstveno je namijenjena dešifrirati strukturu i funkciju gena, putova i mehanizama za provedbu genetskih informacija o organizmima u različitim fazama ontogeneze i na različitim fazama čitanja. Osmišljen je za otvaranje suptilnih mehanizama za reguliranje aktivnosti gena i diferencijacije stanica, kako bi saznali prirodu mutageneze i molekularnih baza evolucijskog procesa.

Uspostava genetske uloge nukleinskih kiselina

Za formiranje molekularne biologije, sljedeća otkrića imala je najveću vrijednost. Godine 1944. američki istraživači O. Everi, K. Mac-Lodoz (Nobel nagrada, 1923) i M. Mac slika pokazali su da je molekula DNA izolirana iz pneumokoka koja posjeduje transformirajuće aktivnosti. Nakon hidrolize tih DNA, dezoksiribonuklease, njihova transformacijska aktivnost je potpuno nestala. Dakle, uvjeren je da je DNA s genetskim funkcijama u stanici, a ne proteinu.

Radi poštenja, treba napomenuti da je fenomen bakterijske transformacije otkriven znatno ranije od otvaranja ikada, Mac-Leod i Mac-Slika. Godine 1928. F. Griffith je objavio članak u kojem je kazao kako je nakon dodavanja nepopravljivih (nereguliranih) pneumokokalnih stanica kapsuliranog virulentnog soja, dobivena smjesa stanica postaje destruktivna za miševe. Štoviše, žive stanice zaražene ovom mješavinom životinja zaraženim ovom smjesom već su bile virulentne i opsjednute polisaharidnu kapsulu. Dakle, u ovom eksperimentu, pokazalo se da je pod utjecajem nekih komponenti ubijenih stanica pneumokoka stanica, necepsulirani oblik bakterija pretvara u virulentni oblik kapsule. 16 godina kasnije, Evere, Mac-CEO i Mac-Powered zamijenjeni u ovom iskustvu ubili su cijele stanice pneumokoka njihove dezoksiribonukleinske kiseline i pokazali da je to DNA koja ima transformirajuću aktivnost (vidi također poglavlja 7 i 25). Vrijednost ovog otkrića je teško precijeniti. Stimulirao je proučavanje nukleinskih kiselina u mnogim laboratorijima svijeta i prisiljen usredotočiti pozornost znanstvenika na DNK.

Uz otkriće ikada, Mac-Loda i Mac slika, do početka 50-ih, prilično veliki broj izravnih i neizravnih podataka već je akumulirao da nukleinske kiseline igraju iznimnu ulogu u životu i nose genetsku funkciju. To je, posebno, također ukazao na prirodu lokalizacije DNA u stanici i podataka R. Vendrelli (1948) da je sadržaj DNA na stanici strogo stalno i korelira sa stupnjem ravnoteže: u haploidnim uvedenim stanicama DNA pola manje nego u diploidnom somatskom. U korist genetske uloge DNA, također je svjedočila njegova izražena metabolička stabilnost. Do početka 50-ih godina, mnoge različite činjenice akumulirali su da većina poznatih mutagenih čimbenika djeluje uglavnom na nukleinskim kiselinama i, posebno, na DNA (R. Chistikijs, 1949; Efrussi-Taylor, 1951; E. Friz, 1957, itd.).

Od posebne važnosti u osnivanju genetske uloge nukleinskih kiselina bio je proučavanje različitih fara i virusa. Godine 1933. D. Schlesinger je pronašao DNK u bakteriofagiju crijevnih štapića. Od dodjele W. Weni (1935, Nobelove nagrade, 1946) Mozaik virus duhana (VTM) u kristalnom stanju počeo je nova faza U proučavanju biljnih virusa. 1937. - 1938 Zaposlenici poljoprivredne stanice Rotamved (Engleska) F. Boudena i N. Piri pokazali su da mnogi biljni virusi dodijeljeni njima nisu globulinski, već su ribonukleotoidi i sadrže nukleinsku kiselinu kao obveznu komponentu. Na samom početku 40-ih godina, rad Grada Scrame (1940.), PA Agatova (1941), Miller i Wenley (1941.) objavljeni su (1941), što ukazuje na to da je primjetna kemijska modifikacija proteinske komponente ne voditi na gubitak VTM infektivnosti. To je pokazalo da se komponenta proteina ne može biti nosač nasljednih svojstava virusa, što se i dalje razmatra mnogi mikrobiolozi. Pripadni dokazi u korist genetske uloge nukleinske kiseline (RNA) u biljnim virusima dobivena je 1956. godine od strane Scramm u Tubingenu (Njemačka) i X. Frankel-konstantno u Kaliforniji (SAD). Ti su istraživači gotovo istodobno dodijelili iz VTM RNA i pokazali da je to to, a ne proteina, ima infektivnost: kao rezultat infekcije duhanskih biljaka ove RNA, oni su formiranje i reprodukcija normalnih virusnih čestica. To je značilo da RNA sadrži informacije za sintezu i montažu svih virusnih komponenti, uključujući virusni protein. Godine 1968., I. G. Atabekov je otkrio da protein igra značajnu ulogu u samoj infekciji biljaka - priroda proteina određuje raspon biljaka domaćina.

Godine 1957. Frankel Const, prvi put, proveo je rekonstrukciju WTM od komponenti njegovih komponenti - RNA i proteina. Uz normalne čestice, dobio je mješovite "hibride", u kojem je RNA bila iz jednog soja i proteina iz drugog. Nasljednost takvih hibrida u potpunosti je određena RNA, a potomstvo virusa pripadalo je tom naprezanju čija je RNA korištena za dobivanje početnih miješanih čestica. Kasnije eksperimenti A. Girera, Shuster i Schramma (1958) i Vitman (1960 - 1966) pokazali su da kemijska modifikacija nukleističke komponente VTM-a dovodi do nastanka različitih mutanata ovog virusa.

Godine 1970. D. Baltimore i Tehin otkrili su da se prijenos genetskih informacija može dogoditi ne samo od DNA do RNA, već naprotiv. Našli su u nekim onkogenim virusima koji sadrže RNA (onCornaviruses) poseban enzim, tzv. Reverzna transkriptaza, koja je sposobna komplementarna RNA krugovima da sintetizira DNA. Ovo veliko otkriće omogućilo je da razumije mehanizam označavanja u genom genetskih informacija o virusima koji sadrže RNA i pogledaju prirodu njihove onkogene akcije na nov način.

Otvaranje nukleinskih kiselina i proučavanje njihovih svojstava

Pojam nukleinska kiselina uvela je njemački biokemičar R. Altman 1889. godine, nakon što su ovi spojevi otvoreni 1869. godine od strane švicarskog liječnika F. Mišić. Mišir je izvukao stanice gnoj razrijeđena klorovodičnom kiselinom tijekom nekoliko tjedana i dobila je gotovo čisti nuklearni materijal u ostatku. Ovaj materijal je smatrao karakterističnom "supstancom stanica jezgra i nazvana ga nukleazom. U smislu njegovih svojstava, jezgra se oštro razlikovala od proteina: bio je više kisela, nije sadržavao sumpor, ali je bio mnogo fosfora, bio je dobro topljivi u alkaliju, ali se ne otopi u razrijeđenim kiselinama.

Rezultati njihovih zapažanja nad jezgrama Mišir poslali su F. GOPPE ZAMELER za objavljivanje u časopisu. Opisana tvar bila je tako neobična (u to vrijeme samo lecitin je bio poznat iz svih spojeva koji sadrže biološke fosforne) koji Goppe-Zayler nije vjerovao u eksperimente Mišir, vratio mu rukopis i uputio svoje zaposlenike N. Poelosh i N. Lubavin provjeriti njegove zaključke na drugom materijalu. Rad mišića "na kemijskom sastavu žica stanica" objavljen je u dvije godine kasnije (1871). U isto vrijeme objavljeno je rad Hoppe Zapeler i njegovo osoblje o sastavu stanica gnoj, eritrocita ptica, zmija i drugih stanica. Tijekom sljedeće tri godine, jezgra je izolirana iz životinjskih stanica i kvasca.

U svom radu, Mišir je primijetio da bi detaljno proučavanje različitih nukleina moglo dovesti do uspostave razlika između njih, i time predvidjeti ideju o specifičnosti nukleinskih kiselina. Istražujući losos mlijeko, Mišir je otkrio da je nuklein u njima u obliku soli i povezan je s glavnim proteinima, koji je nazvao Protamot.

Godine 1879., A. Kosel je počeo proučavati A. Kosel u laboratoriju Labpe-Zapeler. Godine 1881. dodijelio je hipoksantin od nuklein, ali je u to vrijeme još uvijek sumnjao u podrijetlo ovog temelja i vjerovao da bi hipoksantin mogao biti proizvod degradacije proteina. Godine 1891., među proizvodima nukleenske hidrolize, Kossel je otkrio adenin, gvanin, fosfornu kiselinu i drugu tvar sa svojstvima šećera. Za istraživanje o kemiji nukleinskih kiselina Kososhel 1910. godine dodijeljena je Nobelova nagrada.

Daljnji uspjesi u dešifriranju strukture nukleinskih kiselina povezani su s studije P. Levin i zaposlenici (1911. - 1934.). Godine 1911., P. Levin i V. Zhakobs identificirali su komponente ugljikohidrata adenozina i gvanozina; Otkrili su da D-riboza ulazi u te nukleozide. Godine 1930. Levin je pokazao da ugljikohidrata komponenta deoksiribonukleozida je 2-deoksi-d-riboza. Postalo je poznato iz svog rada da su nukleinske kiseline konstruirane od nukleotida, tj. Fosforiliranih nukleozida. Levin je vjerovao da je glavna vrsta komunikacije u nukleinskim kiselinama (RNA) 2 ", 5" -fosfodieter komunikacija. Ta se zastupljenost pokazala pogrešnim. Zahvaljujući djelima engleskog kemičara A. Todda (Nobelova nagrada, 1957.) i njegovih zaposlenika, kao i engleski biokemičari R. Markham i J. Smith početkom 50-ih, postao je poznato da je glavna vrsta komunikacije u RNA 3 ", 5" - Komunikacija fosfodiera.

Levin je pokazao da se različite nukleinske kiseline mogu razlikovati po prirodi ugljikohidratne komponente: neki od njih sadrže šećer deoksiribozu, a drugi - riboza. Osim toga, ove dvije vrste nukleinskih kiselina razlikovali su se prirodom jedne od baza: u nukleinskim kiselinama pentularnog tipa sadržavale su uracil, te u nukleinskim kiselinama deksiptentotskog tipa - timin. Deoksipenomička nukleinska kiselina (prema modernoj terminologiji, deoksiribonukleinska kiselina - DNA) se obično lako izolira u velikim količinama timusa (uljne žlijezde) teladi. Stoga je dobilo ime pojmozne kiseline. Izvor nukleinske kiseline pentosularnog tipa (RNA) služio je uglavnom kvasca i vlastitu pšenicu. Ovaj tip se često naziva nukleinskom kiselinom kvasca.

Početkom 30-ih prezentacija je bila vrlo čvrsto ukorijenjena, kao da je karakterizirana nukleinska kiselina tipa kvasca, a thimonukleinska kiselina je karakteristična samo od jezgre životinja. Dvije vrste nukleinskih kiselina - RNA i DNA - u to vrijeme su se nazivaju s povrćem i životinjskim nukleinskim kiselinama. Međutim, kao što su prikazane prethodne studije, A. N. Belozersky, takva podjela nukleinskih kiselina je neopravdana. Godine 1934. Belozersky je prvi put otkrio thimonukleve kiseline u biljnim stanicama: dodijelio je sadnice graška i identificirali karakteristiku DNA za dnu. Zatim je otkrio Timin i druge biljke (sjemenke soje, grah). Godine 1936., A. N. Belozersky i I. I. I. I. DUBROVSKAYA dodijelila je preparativnu DNK od Sovjetskih sadnica Castana. Osim toga, niz radova izvedenih u 40-ima u Engleskoj D. Davidson sa zaposlenicima uvjerljivo je pokazao da je biljna nukleinska kiselina (RNA) sadržana u mnogim životinjskim stanicama.

Rasprostranjena uporaba rossenbeck (1924) citokemijske reakcije na DNK i RNA reakciju (1924) (1944) na RNA razvijena je prilično brzo i nedvosmisleno riješiti pitanje preferencijalne lokalizacije tih nukleinskih kiselina u stanici. Pokazalo se da je DNA koncentrirana u kernelu, dok se RNA uglavnom koncentrira u citoplazmi. Kasnije je pronađeno da je RNA sadržana iu citoplazmi i u jezgri, a zatim se otkriva citoplazmatska DNA.

Što se tiče pitanja primarne strukture nukleinskih kiselina, do sredine 40-ih godina, prezentacija P. Levin je čvrsto uspostavljena u znanosti, prema kojoj su sve nukleinske kiseline konstruirane s jednim tipom i sastoje se od istog tzv tetranukleotida blokovi. Svaki od tih blokova, prema Levinu, sadrži četiri različita nukleotida. Teorija tetranukleotidnog strukture nukleinskih kiselina u velikoj mjeri lišila ove biopolimere specifičnosti. Stoga ne čudi da su sve specifičnosti živahne povezane u to vrijeme samo s proteinima, čiji je priroda monomera mnogo raznolikih (20 aminokiselina).

Prvo kršenje u teoriji tetranukleotidne strukture nukleinskih kiselina probila je analitičke podatke engleskog kemičara J. Gullanda (1945. - 1947.). Prilikom određivanja pripravka nukleinskih kiselina na bazi dušika, nije dobila omjer ekvimolarne baze, jer bi trebao biti u skladu s teorijom levin. Konačno tetranukleotidna teorija strukture nukleinskih kiselina srušila se kao rezultat istraživanja E. chargaff i njegovih zaposlenika (1949. - 1951.). Da bi se odvajanje baza izdvajala iz DNA kao rezultat njegove kisele hidrolize, chargaff koristi kromatografijom na papiru. Svaka od tih baza je točno definirana spektrofotometrijski. Charguff je primijetio značajna odstupanja od ekvimolarnog omjera baza u DNK raznih podrijetla i po prvi puta je definitivno izjavio da DNA ima izraženu specifičnost vrsta. Tako je završio s konceptom hegemonije o specifičnosti proteina u dnevnom kavezu. Analizirajući DNK raznih podrijetla, što je Chargaf otkrio i formulirao jedinstvene obrasce DNA kompozicije, uključeni u znanost pod nazivom Chargaff pravila. Prema ovim Pravilima, u svim DNA, bez obzira na podrijetlo, količina adenin je jednak količini timina (A \u003d T), količina gvanina jednaka je količini citozina (R \u003d C), količine Purine su jednake količini pirimidina (G + A \u003d C + T) baza s 6-amino skupinama jednaka količini baza s 6-keto-obodu (A + C \u003d R + T). U isto vrijeme, unatoč tako strogim kvantitativnim korespondencijama, DNK različitih vrsta razlikuju se u smislu omjera A + T: G + C. U nekim DNA, broj gvanina i citozina prevladava preko količine adenin i timin (ovi DNK chargaff koji se zove DNA Hz-tip); Druge DNA sadrže adenin i timin više od gvanina i citozina (ove DNA se nazvane na tipkovni DNA). DNA podaci dobiveni chargafom igrali su iznimnu ulogu u molekularnoj biologiji. Bilo je to što su se temeljili na otvaranju strukture DNA napravljene 1953. godine. J. Watson i F. Screech.

Još u 1938, W. Astbury i F. zvona, s rendgenskim strukturnim analizama, pokazala je da bi temeljna ravnina u DNA trebala biti okomita na dugu osovinu molekule i podsjetila je hrpu ploča koje leže jedni na druge. Kako je tehnika rendgenske strukturne analize poboljšana do 1952. - 1953. Informacije su se akumulirale, što je omogućilo suditi duljinu pojedinih veza i nagibnih uglova. To je omogućilo najvećom vjerojatnost da će predstaviti prirodu orijentacije prstenova pentosularnih ostataka u sukrofosfatnoj kosti DNA molekule. Godine 1952., S. Farberg je predložio dva spekulativna DNA modela, koja su predstavljala presavijenu ili upletenu molekulu. Barem je predloženi spekulativni model strukture DNA predložen 1953. godine L. Polingom (laureat Nobelove nagrade, 1954) i R. Corey. U ovom modelu, troslojni DNK krugovi formirali su dugu spiralu, čija je šipka predstavljena fosfatnim skupinama, a baza se nalazila izvan nje. Do 1953., M. Wilkins i R. Franklin dobili su jasniji X-Ray slike DNA. Njihova analiza pokazala je potpunu nedosljednost Ferberga, poliranja i corey modela. Koristeći podatke o chargaffu, uspoređujući različite kombinacije molekularnih modela pojedinih monomera i podataka o rendgenskim analize, J. Watson i F. Creek 1953. došli su do zaključka da bi molekula DNA trebala biti jeftinija spiralna. Chargaff pravila oštro su ograničavala broj mogućih naručenih kombinacija baza u predloženom modelu DNA; Predloženi su Watsonu i kriku da bi u molekuli DNA trebao biti specifičan parenje baza - adenin s timinom i gvaninom s citozinom. Drugim riječima, adenin u jednom DNK krugu uvijek strogo odgovara zvoniku u drugom lancu, a gvanin u jednom lancu nužno odgovara citozin u drugoj. Stoga je Watson i Creek prvi put formulirali iznimnu važnost načela komplementarne strukture DNA, prema kojem je jedan lanac DNA nadopunjuje drugi, odnosno slijed baza jednog lanca jedinstveno određuje osnovnu sekvencu u drugom (komplementarnom) lanac. Postalo je očito da je već u strukturi DNA, potencijal za njegovo precizno reprodukciju. Ovaj model strukture DNA trenutno se obično priznaje. Za dekodiranje strukture DNA krika, Watsona i Wilkinsa 1962. godine dodijeljena je Nobelovu nagrada.

Treba napomenuti da je ideja o mehanizmu točne reprodukcije makromolekula i prijenosa nasljednih informacija nastao u našoj zemlji. Godine 1927., n, K. Koltitsov je predložio da tijekom reprodukcije stanica postoji reprodukcija molekula točnom autokatalitičkom reprodukcijom postojećih majka molekula. Istina, u to vrijeme, prstenovi su obdarili tu imovinu molekule DNA, ali molekule prirode proteina, čija je funkcionalna vrijednost tada nije bila poznata. Ipak, sama misao o autokatalitičkoj reprodukciji makromolekula i prijenosni mehanizam nasljednih nekretnina bio je proročki: postala je vodeća ideja moderne molekularne biologije.

A. N. Belozersky, A. S. Spirin, G. N. Zaitseva, B. F. Vanyushin, S. O. Uryson, A. S. Antonov i ostala dugoročna istraživanja (1957-1974) DNK sastav Različiti ST različiti organizmi Potpuno su potvrdili uzorke koji su otkriveni chargaffom i potpunu korespondenciju s molekularnim modelom strukture DNA koji je predložio Watson i Cry. Ove studije su pokazale da DNK različitih bakterija, gljiva, algi, aktinomicete, viših biljaka, beskralježnjaka i kralježnjaka imaju specifičnost pripravka. Posebno su oštro razlike u pripravku (sadržaj at-at-parova) izražene u mikroorganizmima, okrećući se na važan taksonomski znak. Na višim biljkama i životinjama, varijacije vrsta u DNA izražene su značajno slabije. Ali to ne znači da je DNA manje specifična. Osim sastava razloga, specifičnost se u velikoj mjeri određuje njihovom sekvencom u DNA lancima.

Uz konvencionalne baze pronađene su dodatne dušične baze u pripravku DNA i RNA. Tako je u sastavu DNA biljaka i životinja, bijela (1950.) pronađena 5-metilcitozin, i D. Dunn i J. Smith (1958) otkriven u nekom DNA metiliranom adeninu. Dugo se vrijeme metilcitozin smatralo prepoznatljivom značajkom genetskog materijala viših organizmica. Godine 1968., A. N. Belozersky, B. F. Vanyushin i N. A. Kokurin je otkrio da se također može susresti u DNK bakterijama.

Godine 1964. M. Gold i J. Hurvitz otvorio je novu klasu enzima koji provode prirodnu modifikaciju DNA - njegove metilacije. Nakon toga, otkriće je bilo jasno da je maloljetni (sadržan u malim količinama) baze nastao već na gotovom polinukleotidnom lancu DNA kao rezultat specifične metilacije citozin i adeninskih ostataka u posebnim sekvencama. Posebno, prema B.F. Vanyushini, Ya. I. Burnnova i A. N. Belozersky (1969) Metilizacija adenin u DNK crijevnog štapa može se pojaviti u terminalnim kodovima. Prema A. N. Belozersky i zaposlenicima (1968. - 1970.), kao i M. Meselson (SAD) i V. Markerry (1965. - 1969.), metilacija daje DNA jedinstvene individualne osobine iu kombinaciji s djelovanjem određenog dijela jezgre kompleksnog mehanizma koji prati sintezu DNA u stanici. Drugim riječima, priroda metilacije jedne ili druge DNA unaprijed određuje pitanje da li se može umnožiti u ovoj ćeliji.

Gotovo u isto vrijeme, dodjela i intenzivna studija DNK metila i ograničavanje endonukleaza započela je; 1969. - 1975 Nukleotidne sekvence prepoznate u DNK utvrđuju se neki od ovih enzima (X. Boyer, X. Smith, S. Lynn, K. Murray). U hidrolizu različitog DNA, remontantni enzim razmači prilično velike fragmente s istim "ljepljivim" krajevima. To omogućuje ne samo analizirati strukturu gena, kao što se radi u malim virusima (D. Natans, S. Adler, 1973. - 1975.), ali i dizajnira razne genome. Otvaranjem ovih specifičnih restrikcijskih enzima, genetski inženjering je postao opipljiva stvarnost. Ugrađeni u male plazmidne DNA gene različitih orijentira već se lako uvode u različite stanice. Stoga je nova vrsta biološki aktivnog plazmida, dajući otpornost na neke antibiotike (C. Cohen, 1973), uveden je ribosomskim genima žaba i drozofili u plazmidima crijevnih štapića (J. Morrow, 1974; X. Boyer, D. Hoggres, R. Devis, 1974 - 1975). Dakle, stvarne putove su otvorene za dobivanje fundamentalno novih organizama davanjem i ugradnjom u svoj genski bazen raznim genima. Ovo otkriće može biti usmjereno na korist svih čovječanstva.

Godine 1952. White i S. Cohen je utvrdio da T-Phage DNA sadrži neobičnu bazu - 5-oksimetilnu ekscitozu. Kasnije, E. Wolkina i R. Sinsheimer (1954) i Cohen (1956) (1954) (1954) i Cohen (1956.) počeli su da ostaci oksimetilnog uzbuđenja mogu biti u potpunosti ili djelomično glukosidated, kao rezultat kojih se ispada molekula DNA fage biti zaštićeni od hidrolitičkog djelovanja nukleaza.

U ranim 50-ih godina, D. Dunna i J. Smith (Engleska), S. Vychlohof (SAD) i A. Vacra (Njemačka) postali su poznati da mnogi umjetni analozi tla mogu biti uključeni u DNK, ponekad do 50% zvona. U pravilu, te supstitucije dovode do pogrešaka u replikaciji, transkripciji DNA i emitiranja i na pojavu mutanata. Dakle, J. Marmour (1962) otkrio je da u DNK nekih fagova, umjesto timinala, sadrži oksimetiluracil. Godine 1963., I. Takahashi i J. Marmour otkrili su da DNK jednog od fagova umjesto Timin sadrži Uracil. Dakle, još jedan princip srušen u kojem su prethodno odvojene nukleinske kiseline. Od rada P. Levina se smatralo da je prepoznatljiva značajka DNA je timin i RNA - Uracil. Postalo je jasno da ovaj znak nije uvijek pouzdan, a glavna razlika u kemijskoj prirodi dviju vrsta nukleinskih kiselina, kao što se danas pojavljuje, služi samo karakter ugljikohidratne komponente.

Kada proučavaju fage, otvoreni su mnogi neobični znakovi organskih nukleinskih kiselina. Od 1953. godine vjeruje se da su svi DNA žongliranje linearnih molekula, a RNA je samo jednokratna. Ova odredba je bitno tresena 1961. godine, kada je R. Sinheimer otkrio da je faga DNA φ X X 174 predstavljena jednom-tekućom molekulom prstena. Istina, onda se ispostavilo da u ovom obliku, ova DNA postoji samo u vegetativnoj čestici fage, a replikativni oblik DNA ovog faga je također varanje. Osim toga, pokazalo se vrlo neočekivano da RNA neke viruse mogu varati. Ovaj novi tip makromolekularne RNK organizacije otkriven je 1962. godine P. hometosome, I. TAMM i drugi istraživači u nekim životinjskim virusima i virus biljaka na ranu. Nedavno je V. I. Agol i A. A. Bogdanov (1970.) otkrio da je uz linearne RNA molekule postoje i zatvorene ili cikličke molekule. Ciklička žongliranje RNA je otkrivena od strane, posebno, u virusu encefalomelokarditisa. Zahvaljujući djelima X. Devo, L. Tokino, T. I. Tikhonenko, E. I. Budovsky i drugi (1960. - 1974.) postali su glavne značajke organizacije (polaganje) genetskog materijala u bakteriofazima.

Krajem 50-ih, američki znanstvenik P. Doti otkrio je da se tijekom grijanja događa denaturacija DNA, popraćeno razgradnjom vodikovih veza između osnovnih parova i odstupanja između komplementarnih lanaca. Ovaj proces je karakter faznog prijelaza prema vrsti "spiralnog zapleta" i podsjeća na taljenje kristala. Stoga je proces toplinske denaturacije DNA DNA nazvao DNA tališta. S polaganim hlađenjem dolazi do renata molekula, tj. Ujedinjenje komplementarnih polovica.

Načelo renaturacije 1960. godine koristio je J. Marmur i K. Shildkraut kako bi se odredio stupanj "hibridizacije" DNK različitih mikroorganizama. Nakon toga, E. Bolton i B. Mac-slika poboljšali ovu tehniku, predlažu metodu takozvanih DNA agarskih zvučnika. Ova metoda je bila nezamjenjiva u proučavanju stupnja homologije nukleotidne sekvence različite DNA i razjašnjenja genetskog srodstva različitih organizmica. Otvorena DA denaturacija DNA u kombinaciji s opisanim J. Mandela i A. Hershey * (1960.) kromatografijom na metiliranom albumin i centrifugiranje u gradijentu gustoće (metoda je razvijena 1957. M. Meselson, F. i D. Vinogradov) je široko se koristi za odvajanje, pražnjenje i analizu pojedinačnih komplementarnih DNK lanca, na primjer, V. Shibalski (SAD) koristeći ove tehnike za odvajanje DNA Lambda faga, pokazali su se u 1967-1969, koji su genetski aktivni su i lanci faga, a ne jedan, kao što se smatralo (S. Spigelman, 1961). Treba napomenuti da je po prvi put da je ideja o genetskoj značajnosti oba lanca DNA Lambda Faga izrađena u SSSR S. E. Bresleru (1961).

* (Za rad na genetici bakterija i virusa A. Hershi zajedno s M. Delbryuk i S. Lurijom dodijeljeni su 1969. godine Nobelove nagrade.)

Razumjeti organizaciju i funkcionalnu aktivnost genoma, definicija nukleotidnog sekvence DNA je od najveće važnosti. Pretraživanje metoda ove definicije provodi se u mnogim laboratorijima u svijetu. U SAD-u, M. Bir sa zaposlenicima od kraja 50-ih, pokušavajući uspostaviti DNA sekvencu s elektronskom mikroskopijom, ali do sada neuspješno. U ranim 50-ima, prva djela Sinheimera, chargaffa i drugih istraživača u enzimskoj degradaciji DNA postali su poznati da su različiti nukleotidi u molekuli DNA raspoređene, iako je samoelično, ali neravnomjeran. Prema engleskom kemičaru K. Barton (1961), pirimidini (više od 70%) uglavnom su usmjereni u obliku odgovarajućih blokova. A. L. Mazin i B. F. Vanyushin (1968. - 1969.) otkrili su da različiti DNA imaju različite stupnjeve pirimidinske šanse i da u DNK životinjskim organizmi, značajno se povećava kao najniži do više. Dakle, evolucija organizama se odražava u strukturi njihovih genoma. Zbog toga je za razumijevanje evolucijskog procesa u cjelini, komparativna studija strukture nukleinskih kiselina od posebne je važnosti. Analiza strukture biološki važnih polimera i, prije svega, DNA je iznimno važna za rješavanje mnogih privatnih pitanja filogenetike i taksonomije.

Zanimljivo je napomenuti da je engleski fiziolog E. Lankester, koji je proučavao hemoglobins od mekušaca, točno prije 100 godina, predviđajući ideje o molekularnoj biologiji, napisao: "Kemijske razlike u različitim vrstama i manice životinja i biljaka su važne razjasniti povijest svog porijekla, kao i razlike u njihovom obliku. Ako bismo mogli jasno uspostaviti razlike u molekularnoj organizaciji i funkcioniranju organizama, moći ćemo značajno bolje razumjeti podrijetlo i evoluciju različitih organizama nego na temelju temelja morfoloških opažanja "*. Značaj biokemijskih studija za sistematike naglasio je V. L. Komarov, koji je napisao da je "u srcu svih čak i isključivo morfološki znakovi, Na temelju kojih klasificiramo i instaliramo vrste, precizno su biokemijske razlike "**.

* (E. R. Lankester. Uber das vorcommen von hemoglobin u Den Muskeln der Mollusken und Die Verbreitung Desselben u Den Lebrenndigen organizmen.- "PLTFLuger" S Archiv krzno die Gsammmte Physiol., 1871, BD 4, 319.)

** (V. L. Komarov. Odabrani CIT., T. 1. M.-L., izdavačka kuća Akademije znanosti SSSR-a 1945., str. 331.)

A. V. Blagoveshchensky i S. L. Ivanov i dalje u 20-ima uzeli su prve korake u našoj zemlji kako bi razjasnili neka pitanja evolucije i sistematike organizama na temelju komparativne analize njihove biokemijske kompozicije (vidi ch. 2). Usporedna analiza Strukture proteina i nukleinskih kiselina trenutno postaju sve opipljiviji za sistematike (vidi poglavlje 21). Ova metoda molekularne biologije omogućuje ne samo razjasniti položaj pojedinih vrsta u sustavu, ali također prisiljava načela klasifikacije organizama na novi način, a ponekad i revidirati cijeli sustav u cjelini, kao što se to dogodilo, Primjer, uz sistematike mikroorganizama. Nesumnjivo, u budućnosti, analiza strukture genoma zauzimaju središnje mjesto u kemijskim organizmima.

Velika je važnost za formiranje molekularne biologije dekodiranje replikacije DNA i mehanizmi transkripcije (vidi 24 poglavlje).

Protein biosinteze

Važan pomak u rješavanju problema biosinteze proteina povezana je s uspjehom u proučavanju nukleinskih kiselina. Godine 1941., T. Kasperson (Švedska) i 1942. godine, J. Brat, skrenuo je pozornost na činjenicu da u tkivima s aktivnom sintezom proteina, povećana količina RNA sadrži povećanu količinu RNA. Zaključili su da ribonukleinske kiseline igraju odlučujuću ulogu u sintezi proteina. Godine 1953., E. Gale i D. Fox, kao da je primio izravne dokaze o izravnom sudjelovanju RNA u biosintezi proteina: prema njihovim podacima, ribonuklease je značajno potisnuo uključivanje aminokiselina u bakterijske stanične lizate. Dobiveni su V. Alfrei, M. Delhi i A. Mirsky (1953) na homogenetima jetre. Kasnije, E. Gale je odbio dati im pravu ideju o vodećoj RNA ulozi u sintezi proteina, pogrešno vjerujući da je aktiviranje sinteze proteina u sustavu bez stanica utjecala na neku drugu supstancu nepoznate prirode. Godine 1954., P. Prince, D. Litlfield, R. B. Hesin-Lurie i drugi otkrili su da se najaktivnije uključivanje aminokiselina događa u bogatim RNA frakcijama subcelularnih čestica - micros. P. Potpisivanje i E. Keller (1953. - 1954.) utvrdio je da je uključivanje aminokiselina značajno pojačana u prisutnosti supernatantne frakcije u uvjetima regeneracije ATP-a. P. Sichevitz (1952) i M. Choghland (1956) izoliran je od supernatantnog proteina (frakcija pH 5), koji je bio odgovoran za oštru stimulaciju uključivanja aminokiselina u microscomes. Uz proteine \u200b\u200bu supernatant, otkrivena je posebna klasa RNA male molekularne težine, koja se sada naziva transportnom RNA (TRNA). Godine 1958., chogland i izbor, kao i P. Berg, R. Švit i F. Allen i mnogi drugi istraživači otkrili su da je njihov poseban enzim, ATP i specifični TRNA bili potrebni za aktiviranje svake aminokiseline. Postalo je jasno da je TRNA izvedena isključivo funkcijom adaptera, tj. Uređaji koji se nalaze na nukleističkoj matrici (IRNK) mjesto odgovarajuće aminokiseline u molekuli koja tvore proteinu. Ove su studije u potpunosti potvrdile hipotezu adaptera F. Creek (1957), koji je predvidio postojanje polinukleotidnih adaptera u stanici, neophodno za ispravan raspored aminokiselinskih ostataka sintetiziranog proteina na nukleističkoj matrici. Već mnogo kasnijeg francuskog znanstvenika F. Sharvil (1962.) u laboratoriju F. Lipman (Nobelova nagrada, 1953) u SAD-u vrlo duhoviti i nedvosmisleno su pokazali da je mjesto aminokiseline u sintetizirajućim proteinskim molekulima u potpunosti određena specifičnu TRNA, na koju je pričvršćena. Adapter krioteza krika razvijen je u djelima choglanda i odabira.

Do 1958. godine poznate su sljedeće glavne faze sinteze proteina: 1) aktiviranje aminokiselina s specifičnim enzimom iz "pH 5 frakcije" u prisutnosti ATP-a da bi se formirao aminoacilatelativ; 2) vezanost aktivirane aminokiseline na specifičnu trnu s otpuštanjem adenozinskog monofosfata (AMP); 3) Kombinacija aminoacil-tRNA (TrNA, napunjena s amino kiselinom) s mikrosomima i uključivanjem aminokiselina u protein za otpuštanje TRNA. Chogland (1958) je primijetio da je u posljednjoj fazi sinteze proteina, dužan guanoozintrifosfat (GTF).

Prijevoz RNA i sinteza gena

Nakon što se detektira TRNA, aktivna potraga za njihovom frakcioniranjem i određivanjem nukleotidnog sekvence počelo je. Američki biokemičar R. Holly je postigao najveće prednosti. Godine 1965. uspostavio je strukturu Alanin Trne iz kvasca. Uz pomoć ribonukleaze (Guanilla RNA-aza i gušterače RNA-Aza), Holly je podijelila molekulu nukleinske kiseline u nekoliko fragmenata, određene u svakoj od njih nukleotidne sekvence, a zatim rekonstruira sekvencu cijele molekule alanina. Ovaj put analize nukleotidne sekvence je pod nazivom blok metoda. Zasluga Holly sastojala se uglavnom u činjenici da je naučio podijeliti molekulu RNA ne samo na male komadiće, što je to učinilo njemu, ali i na velikim fragmentima (četvrtine i polovice). To mu je dalo priliku da pravilno okupite pojedinačne male komadiće i time ponovno stvaraju potpunu nukleotidnu sekvencu cijele TRNA molekule (Nobelova nagrada, 1968).

Ovaj prijem je odmah usvojen u mnogim laboratorijima na svijetu. Tijekom sljedeće dvije godine u SSSR i inozemstvu, primarna struktura nekoliko Trna dešifrirana. A. A. Baev (1967) i zaposlenici su najprije uspostavili niz nukleotida u kvascu ventila Trna. Do danas je već proučavano više od desetak različitih TRNA. Vrsta zapisa u određivanju nukleotidne sekvence uspostavljen je u Cambridge F. Senger i Brownley. Ovi istraživači su razvili nevjerojatno elegantnu metodu odvajanja oligonukleotida i instalirali slijed takozvanih 5 s (ribosomske) RNA iz stanica crijevnih štapića (1968). Ova RNA se sastoji od 120 nukleotidnih ostataka i, za razliku od TRNA, ne sadrži dodatne manje baze, što značajno olakšavaju analizu nukleotidne sekvence, služeći jedinstvenim referentnim točkama pojedinih fragmenata molekule. Trenutno, zahvaljujući korištenju senger i Browni metode, rad se uspješno promiče kako bi proučio slijed duge ribosomalne RNA i neke virusne RNA u laboratoriju J. Ebela (Francuska) i drugih istraživača.

A. A. Baev i zaposlenici (1967.) utvrdili su da je Valin Trna prašina u pola vraća svoju makromolekularnu strukturu u otopini i, unatoč nedostatku u primarnoj strukturi, ima funkcionalnu aktivnost početne (nativne) molekule. Ovaj pristup je rekonstrukcija rezanih makromolekula nakon uklanjanja određenih fragmenata - ispostavilo se da je vrlo obećavajuće. Sada se sada koristi kako bi saznali funkcionalnu ulogu pojedinih dijelova određene TRNA.

Posljednjih godina postignut je veliki uspjeh u dobivanju kristalnih pripravaka pojedine Trvine. Sada u nekoliko laboratorija u Sjedinjenim Državama i Engleska je uspjela kristalizirati mnoge TRNA. To je omogućilo istražiti TRNA suprotnost s rendgenskim strukturnim analizom. Godine 1970., R. Strana je predstavila prve radiografije i trodimenzionalne modele nekoliko TRNA, koju je stvorio na Sveučilištu Wisconsin. Ovi modeli pomažu u određivanju lokalizacije pojedinih funkcionalno aktivnih lokaliteta u TRNA i razumjenju osnovnih načela funkcioniranja tih molekula.

Najznačajnija je važnost za otkrivanje mehanizma sinteze proteina i rješavanje problema specifičnosti ovog procesa bio je dešifrirati prirodu genetskog koda (vidi 24 poglavlje), koja se, bez pretjerivanja može smatrati vodećim osvajanjem Prirodna znanost XX. Stoljeća.

Otkrivanje R. Holly primarne strukture TRNA dao je poticaj djelima grada Kur'ana * (SAD) o sintezi oligonukleotida i poslao ih na put sinteze određene biološke strukture - molekule DNA kodiranje Alanic TRNA. Prvi koraci kemijske sinteze kratkih oligonukleotida napravljeni su prije gotovo 15 godina završeni 1970. godine. Prvi put je inicijativom gena. Kuran i njegovo osoblje prvo iz pojedinačnih nukleotida sintetizirani su kemikalijama kratkim fragmentima s duljinom 8-12 nukleotidnih ostataka. Ovi fragmenti s danom nukleotidnom sekvencom formiraju spontano vesele komplementarne dijelove s preklapanjem u 4 - 5 nukleotida. Tada su ovi gotovi komadi u željenom redoslijedu naizmjenično spojili kraj na kraj pomoću enzim DNA ligaze. Tako, za razliku od replikacije molekula DNA, prema A. Cornberg ** (vidi 24 poglavlje 24.), Kur'an je uspio ponovno stvoriti prirodnu molekulu DNA bez predulika u skladu s unaprijed određenim programom u skladu s opisanim TRNA sekvencom bolly. Slično tome, rad je u tijeku na sintezi drugih gena (M. N. Kolosov, 3. A. Shabarova, D. G. Knorre, 1970. - 1975.).

* (Za istraživanje genetskog koda, grad Kuran i M. Nirereberg dodijeljen je 1968. godine Nobelovu nagradu.)

** (Za otvaranje polimeraze i sinteze DNA A. Kornberg, a za sintezu RNA S. Ochoa 1959. godine dobio je Nobelovu nagradu.)

Mikrosomi, ribosomi, emitiraju

Sredinom 50-ih se smatralo da je središte sinteze proteina u stanici mikrosomi. Pojam mikrosoma prvi je uveden 1949. godine A. Claudea za određivanje djelića malih granula. Kasnije se ispostavilo da je cijeli frakcija mikrosona, koji se sastoji od membrana i granula, bio je odgovoran za sintezu proteina, ali samo male ribonukleprotoidne čestice. Te čestice 1958. godine zvali su R. Roberts Ribosomi.

Klasične studije bakterijskih ribosoma održali su A. Tisier i J. Watson 1958. - 1959. godine. Bakterijski ribosomi bili su nešto manji od biljnih i životinja. J. Littleton (1960.), M. Clark (1964) i E. N. Sveta (1966) pokazali su da ribosomi kloroplasta viših biljaka i mitohondrije pripadaju bakterijskoj vrsti. A. Tisier i drugi (1958.) otkrili su da se ribosomi razlikuju s dvije nejednake podjedinice sadrže jednu molekulu RNA. Krajem 50-ih se smatralo da se svaka ribosomalna RNA molekula sastoji od nekoliko kratkih fragmenata. Međutim, A. S. Spirin 1960. prvi je pokazao da RNA u pod-purecima predstavlja kontinuiranu molekulu. D. Waller (1960.), dijeljenje ribosomalnih proteina koji koriste elektroforezu u škrobnom gelu, otkrili su da su vrlo heterogeni. U početku, mnogi su sumnjali u podatke o Walleru, budući da se činilo da ribosomatski protein treba biti strogo homogen kao, na primjer, VTM protein. Trenutno, kao rezultat istraživanja D. Waller, R. TRATU, P. Tradub i ostalih biokemičara postali su poznati da je više od 50 potpuno drugačije u strukturi proteina postalo dio ribosomalnih čestica. A. S. Spira 1963. godine, prvi put je bilo moguće implementirati ribosomalne podcnziste i pokazati da se ribosomi su kompaktno upleteni ribonukleoprote-vratilo, koji se u određenim uvjetima može rasporediti. 1967. - 1968 M. Nomura je u potpunosti rekonstruirala biološki aktivnu podpartigin od ribosomalne RNA i proteina, pa čak i primio takve ribosome u kojima su proteini i RNA pripadali različitim mikroorganizmima.

Do danas je uloga ribosomalne RNA nejasna. Pretpostavlja se da je to jedinstvena specifična matrica, na kojoj, u formiranju ribosomalne čestice, pronalazi strogo definirano mjesto svakog od brojnih ribosomalnih proteina (A. S. spirin, 1968).

A. Bogat (1962) otkrio je agregate iz nekoliko ribosoma međusobno povezanih s nizom za irnn. Ovi se kompleksi zvali su polismi. Otkrivanje politike omogućio je bogat i Watson (1963) kako bi se istaknula pretpostavka da se sinteza polipeptidnog lanca javlja na ribosomu, koji se kreće duž irnk lanca. Kako se ribosomi promoviraju duž lanca IRNN-a u čestici, izvode se informacije i formiranje proteina polipeptidnog lanca, a novi ribosomi naizmjenično se pridružuju otpuštanju čitanje kraja IRNK. Od tih Riga i Watsona slijedi da se vrijednost stanice u ćeliji sastoji u masovnoj proizvodnji proteina dosljedno čitanje matrice na nekoliko ribosoma odjednom.

Kao rezultat istraživanja M. nirenberg, S. Ochua, F. Lipman, Korana i drugi 1963. - 1970. Postalo je poznato da zajedno s IRNA, ribosomima, ATP i aminoacil-TRNA u procesu prijenosa sudjeluje veliki broj različitih čimbenika, a sam proces emitiranja može biti uvjetno podijeljen u tri faze - iniciranje, zapravo emitiranje i prekid.

Inicijacija prevođenja znači sintezu prve peptidne veze u kompleksu ribosoma - matriks polinukleotid - aminoacil-trgovanje. Nije bilo koji aminoacil-tRNA, već formilmetionl-TRNA, ima takve inicijatorske aktivnosti. Ova tvar je prvi put dodijeljena 1964. godine F. Senger i K. Markera. S. Barcher i K. Marker (1966) pokazali su da je funkcija inicijatora formilmetionyl-TRNA zbog povećanog afiniteta za peptidalni centar ribosoma. Za početak emitiranja, neki faktori inicijacije proteina također su iznimno važni, što je istaknuto u laboratorijima S. Ochoa, F. GRO i drugim istražnim centrima. Nakon formiranja prve peptidne veze u ribosomu, sama emitira počinje, tj. Sekvencijalni dodatak aminoacilnog ostatka do C-kraja polipeptida. Mnogi pojedinosti o procesu emitiranja proučavali su K. Monroe i J. Bishop (Engleska), I. Rykhlik i F. Shorm (Češka), F. Lipman, M. Badetcher, V. Gilbert (SAD) i drugi istraživači. Godine 1968., A. S. Spirin, objasniti mehanizam rada ribosoma, predložio je izvornu hipotezu. Pogonski mehanizam koji pruža sve prostorne pokrete TRNA i IRNN-a tijekom emitiranja je periodično otvaranje i zatvaranje podzanjaka ribosoma. Kraj emitiranja je kodiran u najčitabilnijoj matrici koja sadrži prekide kodone. Kao S. Brenner (1965 - 1967.) pokazao, takve kodone su UAA, UAG i UGA driplets. M. Capinchi (1967) također je otkrio posebne faktore raskida proteina. A. S. Spirin i L. P. Gavrilova opisala je takozvanu "ne-fermentiranu" sintezu proteina u ribosomima (1972. - 1975.) bez sudjelovanja proteinskih čimbenika. Ovo otkriće je važno za razumijevanje podrijetla i evolucije biosinteze proteina.

Regulacija aktivnosti gena i proteina

Nakon što je problem specifičnosti sinteze proteina na prvom mjestu u molekularnoj biologiji, problem reguliranja sinteze proteina, ili, je isti, regulacija aktivnosti gena.

Funkcionalna nejediranje stanica i odmazde povezanih s njom i aktivacijom gena su dugo privukla pozornost genetičara, ali do nedavno je pravi mehanizam za kontrolu genetske aktivnosti ostao nepoznat.

Prvi pokušaji objašnjavanja regulatorne aktivnosti gena povezani su s proučavanjem histonskih proteina. Više supružnika Stadman * na početku 40-ih godina XX. Stoljeća. Izrazili su ideju da je to histone koji bi mogli igrati glavnu ulogu u ovom fenomenu. U budućnosti su primili prve jasne podatke o razlikama u kemijskoj prirodi proteina histona. Trenutno, broj činjenica koje svjedoče o ovoj hipotezi, svake godine sve više raste.

* (E. Stedman, E. Stedman. Osnovni proteini stanične jezgre. - filozoff. Trans. Roy. Soc. London, 1951, V. 235, 565 - 595.)

U isto vrijeme, sve veći broj podataka govoreći je da je regulacija aktivnosti gena mnogo složeniji proces od jednostavne interakcije gena gena s molekulama histonskih proteina. 1960. - 1962 U laboratoriju, RB hesin-lurie je utvrđeno da se geni faga počinju čitati uzvodno: geni faga T2 mogu se podijeliti na rano, čije je funkcioniranje dogodilo u prvim minutama infekcije bakterijske stanice, a kasno , počinju sintetizirati IRNK nakon završetka ranih gena.

Godine 1961. francuski biokemiji F. Jacob i J. Mono predložili su shemu za reguliranje aktivnosti gena, koji je odigrao iznimnu ulogu u razumijevanju regulatornih mehanizama stanice na sve. Prema Jakovu i mono shemi, u DNK, osim strukturnih (informacijskih) gena, još uvijek postoje regulatori bumenta i geni operateri. Gene regulator kodira sintezu određene tvari - represor, koji se može pridružiti i na induktor i operatera gena. Generator je povezan sa strukturnim genima, a gen za zupčanik je na nekoj udaljenosti od njih. Ako ne postoji induktor u okolišu, na primjer, laktoza, represor sintetiziran genom regulatora je obvezujući za strojarski gen i, blokirajući ga, isključuje rad cijelog operona (blok strukturnih gena zajedno s upraviteljima operatera ). Formiranje enzima pod ovim uvjetima ne pojavljuje se. Ako se induktor (laktoza) pojavljuje u mediju, proizvod genetskog regulatora - represor je povezan s laktozom i uklanja blok od gena generatora. U tom slučaju, rad strukturnog gena koji kodira sintezu enzima postaje mogući, a enzim (laktoza) pojavljuje se u mediju.

Prema Jakovu i Mono, ovaj uredski program primjenjiv je na sve adaptivne enzime i može se pojaviti i tijekom represije, kada je formiranje enzima potisnuta viškom produkta reakcije i tijekom indukcije, kada supstrat doprinosi sintezi enzim. Za istraživanje propise aktivnosti Jacob gena i Mono, Nobelov nagrada dodijeljena je 1965. godine.

U početku se ova shema činila previše daleko. Međutim, kasnije se pokazalo da se regulacija gena na ovom načelu odvija ne samo u bakterijama, već iu drugim organizmima.

Od 1960. godine, zamjetno mjesto u molekularnoj biologiji zauzima proučavanje organizacije genoma i strukturu kromatina u eukariotskim organizmima (J. Bonner, R. Britten, V. Olfry, P. Walker, Yu. S. Chentsov , IB Zbarsky i drugi.) I regulacijom transkripcije (A. Mirsky, P. Georgiev, M. Burnistil, D. Gall, R. Tsanguev, R. I. Salganik). Dugo vremena bila je nepoznata i kontroverzna priroda represora. Godine 1968., M. Ptashne (SAD) pokazali su da je represor protein. On ga je istaknuo u laboratoriju J. Watsona i otkrio da represor, doista, ima afinitet za induktor (laktozu) i istovremeno "prepoznaje" generator lac operoatora i posebno komunicira s njom.

U posljednjih 5 - 7 godina, podaci su dobiveni na prisutnosti druge upravljačke stanice aktivnosti gena - promotor. Pokazalo se da u susjedstvu s operatorom, na koji je proizvod spojen, sintetiziran na kontroliranoj spolno-proteinskoj tvari represora, postoji još jedno područje, koje se također treba pripisati članovima regulatornog sustava genske aktivnosti , Molekula enzima RNA polimeraze je vezana na ovo područje. U međusobnom prepoznavanju jedinstvenog slijeda nukleotida u DNA i specifična konfiguracija proteina RNA polimeraze mora se pojaviti u promotivnom dijelu. Učinkovitost priznavanja ovisit će o provedbi procesa čitanja genetskih informacija s ovom nizom operskih gena u blizini promotora.

Osim opisanog Jacoba i mono sheme, u stanici postoje i drugi mehanizmi za proizvodnju. F. Jacob i S. Brenner (1963.) utvrdili su da je regulacija replikacije bakterijske DNA definirana staničnom membranom. Stručnjaci Jacoba (1954) o indukciji različitih nalik na okoliš uvjerljivo su pokazali da, pod utjecajem raznih mutagenih čimbenika, izborno replikacija programa gen započinje, a replikacija genoma domaćina je blokirana. Godine 1970. F. Bell je izvijestio da se male molekule DNA mogu prenijeti u citoplazmu kernela i tamo su već prepisane.

Prema tome, regulacija aktivnosti gena može se provesti na razini replikacije, transkripcije i emitiranja.

Značajan uspjeh postiže se u proučavanju propisa ne samo sinteze enzima, nego i njihove aktivnosti. Fenomene regulacije aktivnosti enzima u stanici označeni su 1950-ih godina A. Novik i L. SZilllard. USHUBARGER (1956) utvrdio je da u stanici postoji vrlo racionalan način za suzbijanje aktivnosti enzima konačnim proizvodom povratne reakcijskog lanca. Kao što je osnovan od strane J. Mono, J. Sharge, F. Jacob, A. Padi i drugi istraživači (1956. - 1960.), regulacija enzimske aktivnosti može se provesti načelo alostera. Enzim ili jedna od njegovih podjedinica, osim afiniteta za supstrat, ima afinitet za jedan od proizvoda za reakcijski lanac. Pod utjecajem takvog signala proizvoda, enzim mijenja njegovu konformaciju, koja gubi svoju aktivnost. Kao rezultat toga, cijeli lanac enzimatskih reakcija se isključuje na samom početku. O značajnoj ulozi konformacijskih promjena u proteinima u enzimskim reakcijama iu određeni smisao I za prisutnost altohectic efekta, D. Weem i R. Woodward (1952; Nobelovu nagradu, 1965).

Struktura i funkcija proteina

Kao rezultat T. Osborne, Gofmeister, A. Gürbera, F. Schulz i mnogi drugi na kraju XIX stoljeća. Mnoge životinje i biljne proteine \u200b\u200bdobivene su u kristalnom. Otprilike u isto vrijeme, molekularne težine nekih proteina instalirani su uz pomoć različitih fizikalnih metoda. Tako je 1891. A. Sabaneyev i N. Alexandrov izvijestio da je molekularna težina ovalbumina 14.000; Godine 1905., E. Reid je otkrio da je molekularna težina hemoglobina jednaka 48.000. Polimerna struktura proteina je otkrivena 1871. G. Glazulotz i D. Gabermana. Ideja o peptidnoj komunikaciji pojedinih aminokiselinskih ostataka u proteinima izrazila je T. Kurtij (1883). Aminokiselinski kemijski kondenzacijski radovi (E. Shaal, 1871; Schiff, 1897; L. Balbiano i D. tracati, 1900.) i heteropolipeptipent sinteza (E. Fisher, 1902 - 1907, Nobelova nagrada, 1902) dovela je do razvoja osnovnog Načela Kemijska struktura proteina.

Prvi kristalni enzim (ureaza) dobiven je 1926. godine. J. Samner (Nobelova nagrada, 1946), a 1930. godine, J. Northrop (Nobelova nagrada 1946.) primila je kristalni pepsin. Nakon tih djela postalo je jasno da enzimi imaju prirodu proteina. Godine 1940. M. Kunitz je dodijelio kristalnu RNA-Azu. Do 1958. već je poznato više od 100 kristalnih enzima i više od 500 enzima dodijelili su u ne-kristalnom obliku. Priprava visoko pročišćenih lijekova pojedinih proteina doprinijela je dešifriranju njihove primarne strukture i makromolekularne organizacije.

Od velike važnosti za razvoj molekularne biologije općenito, ljudska genetika, osobito otkriće L. Polingom (1940.) abnormalnog hemoglobina s, izoliranih od eritrocita ljudi s teškom nasljednom bolešću - anemijom srpastih stanica. 1955. - 1957 V. Ingram je koristio metodu otiska prsta koji je razvio F. Senger (mjesta formirana od strane pojedinačnih peptida tijekom papirne kromatografije) kako bi analizirali proizvode hidrolize hemoglobina s alkalijom i tripsinom. Godine 1961., Ingram je izvijestio da se hemoglobin S razlikuje od normalnog hemoglobina samo po prirodi jednog aminokiselinskog ostatka: u normalnom hemoglobinu u sedmom položaju lanca je ostatak glutaminske kiseline, te u hemoglobinom S - ostatak valin. Tako je u potpunosti potvrdio (1949), pretpostavku poliranja da je anemija srpastih stanica bolest molekularne prirode. Nasljedna promjena u samo jednom aminokiselinskom ostatku u svakoj polovici hemoglobina makromolekule dovodi do činjenice da hemoglobin gubi sposobnost da se lako otopiti na niskoj koncentraciji kisika i počinje kristalizirati, što dovodi do povrede strukture stanica. Ove su studije jasno pokazale da je struktura proteina strogo definirana aminokiselina sekvenca koja je kodirana u genom. Na ekskluzivnoj vrijednosti primarne strukture proteina u formiranju jedinstvene biološki aktivne konformacije makromolekule pokazala je rad K. Anfinsena (1951). Anfinsen je pokazao da je prehrambena biološki aktivna makrostruktura ribonukleaze gušterače predodređena aminokiselinskom sekvencom i može se ponovno pojaviti spontano kada su cistein sh-skupine oksidirane da tvore disulfidne uloge u strogo definiranim mjestima enzimskog peptidnog lanca.

Do danas je u detalje proučavana mehanizam djelovanja velikog broja enzima i određuje se struktura mnogih proteina.

Godine 1953. F. Senger je uspostavio aminokiselinsku sekvencu inzulina. : Ovaj se protein sastoji od dva polipeptida lanci povezani s dva disulfidna uloga. Jedan od lanaca sadrži samo 21 aminokiselinske ostatke, a drugi je 30 ostataka. Da biste dešifrirali strukturu ovog relativno jednostavnog proteina, Senger je proveo oko 10 godina. Godine 1958., za ovu izvanrednu studiju, dobio je Nobelovu nagradu. Nakon stvaranja V. Steina i S. Muroma (1957) automatskog analizatora aminokiselina, identifikacija proizvoda djelomične hidrolize proteina bio je značajno ubrzan. Godine 1960., Stein i Moore su već izvijestili. Uspjeli su odrediti slijed ribonuklease, čiji je peptidni lanac predstavljen s 124 aminokiselinskih ostataka. Iste godine, u laboratoriju Scramme u Tubingenu (Njemačka) F. Ander i drugi identificirali su aminokiselinski sekvenca u proteinu VTM. Tada je aminokiselinska sekvenca određena u mioglobinu (A. Edmunson) i a- i β-lancima hemoglobina osobe (pčelice, E. Schröder, itd.), Lizozyme iz proteina pilećeg jaja (Jullah, D. Keyfield). Godine 1963. F. Shorm i B. Keyl (Češka) uspostavila je sekvencu aminokiselina u molekuli kimotripsinogena. Iste godine određena je aminokiselinska sekvenca tripsinogena (F. Shorm, D. Walch). Godine 1965. K. Takahashi je uspostavio primarnu strukturu ribonukleaze T1. Tada je aminokiselinska sekvenca još uvijek definirana u nekoliko proteina.

Kao što je poznato, konačni dokaz ispravnosti određivanja jedne ili druge strukture je njegova sinteza. Godine 1969., R. Merifield (SAD) prvi je proveo kemijsku sintezu ribonuklease gušterače. Uz pomoć metode sinteze koja je ona razvila na nosaču s krutom odvojenom, merofil je pričvršćen jedan aminokiselina u lancu drugom prema sekvenci koja je opisala Stein i Murom. Kao rezultat toga, dobio je proteina, koji je u svojim kvalitetama bio identičan gušteradnom ribonukleasu A. Za otkrivanje strukture ribonukleaze V. Stein, S. Muru i K. Anfinsenu dobio je Nobelovu nagradu 1972. godine. Ova sinteza prirodnog proteina otvara ambiciozne perspektive, što ukazuje na mogućnost stvaranja proteina u skladu s planiranim slijedom.

Od studija difrakcije rendgenskih zraka, W. Astbury (1933) slijedi da su peptidni lanci proteinskih molekula bili upleteni ili strogo strogo položeni. Od tada su mnogi autori izrazili različite hipoteze o metodama polaganja proteinskih lanca, ali do 1951. godine svi modeli su ostali kao kriminalne konstrukcije koje nisu zadovoljile eksperimentalne podatke. Godine 1951., L. Poling i R. Corey objavili su seriju briljantnog rada, u kojem je konačno formulirana teorija sekundarne strukture proteina - teorija α-helix. Uz to je također postalo poznato da proteini imaju još jednu tercijarnu strukturu: α-helix peptidnog lanca može biti na određeni način formuliran, formirajući prilično kompaktnu strukturu.

Godine 1957., J. Kendrew i njegovo osoblje prvi su ponudili trodimenzionalni model strukture Mioglobina. Ovaj model je zatim rafiniran nekoliko godina, dok je 1961. godine nije bilo konačnog rada s karakteristikom prostorne strukture ovog proteina. Godine 1959., M. Perutz i zaposlenici uspostavili su trodimenzionalnu strukturu hemoglobina. Istraživači su proveli više od 20 godina (prve radiografije hemoglobina dobiveni su istinom 1937.). Budući da se molekula hemoglobina sastoji od četiri podjedinice, zatim dešifriranje svoje organizacije, čime se prvi put opisala kvartarnu strukturu proteina. Za rad na definiciji trodimenzionalne strukture proteina Kendrew i paketa 1962. godine dodijeljena je Nobelovu nagrada.

Stvaranje prostorni model strukture hemoglobina je omogućilo. Pristup razumijevanju mehanizma funkcioniranja ovog proteina, za koji se zna da provodi prijenos kisika u životinjskim stanicama. Još u 1937, F. Gaurovitz je došao do zaključka da interakcija hemoglobina s kisikom, zrakom treba biti popraćena promjenom u strukturi proteina. U 60-ima, Puertc i njegovo osoblje otkrili su uočljivi pomak hemoglobina nakon njegove oksidacije, uzrokovane pomicanjem željeznih atoma kao posljedica vezanja za kisik. Na temelju toga su nastale ideje o "disanju" proteinskih makromolekula.

Godine 1960. D. Phillips i njegovi zaposlenici počeli su rendgenske difrakcijske studije lizozime molekula. Do 1967. bilo je više ili manje točne uspostaviti pojedinosti organizacije ovog proteina i lokalizaciju pojedinih atoma u svojoj molekuli. Osim toga, Phillips je saznao prirodu vezanosti lizozima na supstrat (triacetilglukozamin). To je omogućilo stvaranje mehanizma rada ovog enzima. Prema tome, znanje o primarnoj strukturi i makromolekularnoj organizaciji omogućilo je ne samo da se utvrdi priroda aktivnih centara mnogih enzima, već i da u potpunosti otkriva mehanizam funkcioniranja ovih makromolekula.

Korištenje metoda elektronske mikroskopije pomogla je otkriti načela makromolekularne organizacije takvih složenih formacija proteina, kao što su kopranske niti, fibrinogen, kontraktilne fibrile mišića, itd. U kasnim 50-ima, predloženi su modeli mišićnog kontraktilnog aparata. Otvaranje V. A. Engelhardta i M. N. Lyubamova (1939.) ATP-azinske aktivnosti miozina bio je izuzetan za razumijevanje mehanizma za smanjenje mišićnika. To je značilo da je osnova čina kontrakcije mišića promjena u fizikalno-kemijskim svojstvima i makromolekularnoj organizaciji kontraktilnog proteina pod utjecajem adenozinske trifosforne kiseline (vidi također poglavlje 11).

Da bi se razumjelo načela okupljanja bioloških struktura, bitne su virološke studije (vidi poglavlje 25).

Neriješeni problemi

Osnovni uspjesi u modernoj molekularnoj biologiji postižu se uglavnom kao rezultat proučavanja nukleinskih kiselina. Ipak, čak i na ovom području, nisu dopušteni svi problemi. Od velikog napora zahtijevat će, posebno dešifriranje cijele nukleotidne sekvence genoma. Ovaj problem je neraskidivo povezan s problemom heterogenosti DNA i zahtijeva razvoj novih metoda frakcioniranja i odvajanje pojedinačnih molekula iz ukupnog genetskog materijala stanice.

Do sada su se napori uglavnom usredotočili na zasebno proučavanje proteina i nukleinskih kiselina. U stanici, ovi biopolimeri su neraskidivo povezani jedni s drugima i djeluju uglavnom u obliku nukleotrote. Stoga se, sada s posebnom oštrinom, manifestirana je potreba za proučavanjem interakcije proteina i nukleinskih kiselina. Problem prepoznavanja proteinima određenih dijelova nukleinskih kiselina iznese se u prvi plan. Koraci su već navedeni za proučavanje takve interakcije tih biopolimera, bez kojih je potpuno razumijevanje strukture i funkcija kromosoma, ribosoma i drugih struktura nezamislivo. Bez toga, nemoguće je također razumjeti regulaciju aktivnosti gena i konačno dešifrirati načela rada tijela mehanizama za bijelolikot. Nakon radova Jakova i Mono, pojavili su se neki novi podaci o regulatoru značenja membrana u sintezi nuklearnog materijala. To stavlja zadatak dubljeg proučavanja uloge membrana u regulaciji replikacije DNA. Općenito, problem reguliranja aktivnosti gena i stanične aktivnosti općenito je postao jedan od najvažnijih problema moderne molekularne biologije.

Trenutno stanje biofizike

U bliskoj vezi s problemima molekularne biologije, biofizika je razvijena. Interes u ovom području biologije stimulirana, s jedne strane, potreba za sveobuhvatnom studijom djelovanja na tijelu različitih generacija zračenja, s druge - potrebu za proučavanjem fizičkih i fizikalno-kemijskim temeljima životnih fenomena koji se pojavljuju na molekularna razina.

Dobivanje točnih informacija o molekularnim strukturama i procesima u njima postalo je moguće kao rezultat korištenja novih suptilnih fizikalno-kemijskih metoda. Na temelju postignuća elektrokemije, bilo je moguće poboljšati metodu mjerenja bioelektričnih potencijala, primjenjujući ionske elektrode (Eisenman, B. P. Nikolsky, Khuri, 50 - 60-ih). Infracrvena spektroskopija (pomoću laserskih uređaja) sve je više u praksi, što omogućuje istraživanje konformacijskih promjena u proteinima (I. Stolari, 1940). Vrijedne informacije također pružaju metodu elektronske paramagnetske rezonancije (E. K. Zavoisk, 1944) i biokularne metode (B. N. Tarusov i sur., 1960), koji posebno dopuštaju suditi elektronskim prijevozom tijekom oksidativnih procesa.

50-ih godina biofizika osvaja čvrsto mjesto. Postoji potreba za pripremom kvalificiranih stručnjaka. Ako je 1911. u Europi samo na Sveučilištu u pitanju, u Mađarskoj, bio je Odjel za biofiziku, do 1973. godine takvi odjeli postoje u gotovo svim većim sveučilištima.

Godine 1960. organizirano je Međunarodno društvo biofizičara. U kolovozu 1961. održan je prvi međunarodni biofizički kongres u Stockholmu. Drugi kongres održan je 1965. godine u Parizu, treći - 1969. u Bostonu, četvrti - 1972. u Moskvi.

U biofizici se održava jasna razlika između dva različita sadržaja u sadržaju molekularne biofizike i biofizike stanica. Ova razlika dobiva i organizacijski izraz: odvojeni odjeli ovih dvaju smjerova biofizike nastaju. Na Sveučilištu u Moskvi, prvi odjel biofizike osnovana je 1953. godine na fakultetu bio-tla, malo kasnije, na fizičkom fakultetu pojavio se Odjel za biofiziku. Prema istom načelu, odjeli su organizirani na mnogim drugim sveučilištima.

Molekularni biofizički

U posljednjih nekoliko godina, veza molekularne biofizike s molekularnom biologijom postala je sve ojačana, a ponekad je teško odrediti gdje prelazi granica pregrade između njih. U općem pojavljivanju o problemu nasljednih informacija, takva suradnja biofizike s molekularnom biologijom je neizbježna.

Glavni smjer u istraživačkom radu je proučavanje fizike nukleinske kiseline - DNA i RNA. Upotreba gore navedenih metoda i iznad svih rendgenskih strukturnih analiza pridonijela je razgradnji molekularne strukture nukleinskih kiselina. Trenutno su u tijeku intenzivne studije kako bi proučavali ponašanje tih kiselina u otopinama. Posebna pozornost posvećena je konformacijskim prijelazima "spiralnog zapleta", proučavanih promjenama viskoznosti, optičkim i električnim pokazateljima. U vezi s proučavanjem mehanizama mutageneze, studije se razvijaju na proučavanju djelovanja ionizirajućeg zračenja o ponašanju nukleinskih kiselina u otopinama, kao i djelovanja zračenja o virusima i nukleinskoj kiselini faga. Učinak ultraljubičastog zračenja bio je izložen sveobuhvatnoj analizi, a neki spektralni dijelovi koji su poznati, dobro se apsorbiraju nukleinskim kiselinama. Veliki udio takvih studija zauzima detekciju aktivnih radikala nukleinskih kiselina i proteina elektrona paramagnetske rezonancije. Ovom metodom, pojava cijelog samorezije je povezana.

Problem kodiranja informacija DNA i RNA i njezin prijenos u sintezi proteina već je dugo bio zainteresiran za molekularne biofizike, a fizika su više puta izrazili određena razmatranja o ovom pitanju (E. Schrödinger, Gamov). Dekodiranje genetskog koda uzrokovao je brojne teorijske i eksperimentalne studije o strukturi DNA spirale, mehanizam klizanja i uvijanja njegovih niti, za proučavanje fizičkih sila uključenih u te procese.

Značajna pomoć molekularnoj biofizici ima molekularnu biologiju u proučavanju strukture proteinskih molekula pomoću rendgenske strukturne analize, najprije se primjenjuje 1930. godine J. Bernal. Kao rezultat korištenja fizikalnih metoda u kombinaciji s biokemijskim (enzimskim metodama) otvoren je molekularna konformacija i sekvenca aminokiselina u brojnim proteinima.

Moderne elektronske mikroskopske studije koje su otkrile prisutnost složenih membranskih sustava u stanicama i njegovih organoda, stimulirane pokušaje da se shvati svoju molekularnu strukturu (vidi poglavlja 10 i 11). Kemijski sastav membrana i posebno se proučava svojstva njihovih lipida. Utvrđeno je da su potonje sposobni za fokusiranje i ne-enzimske reakcije oksidacije lanca (Yu. A. Vladimirov i F. F. F. LITVIN, 1959; B. N. Tarusov i sur., 1960; I. Ivanov, 1967) koji dovodi do prekida membrane. Učiti sastav membrana počeo je koristiti i metode matematičko modeliranje (V. TS. PRESMAN, 1964 - 1968; M. M. Shemyakin, 1967; Yu. A. Ovchinnikov, 1972).

Stanica biofizika

Značajan događaj u povijesti biofizike bio je formiranje u 50-ima jasnih ideja o termodinamici bioloških procesa, zbog čega su pretpostavke konačno ispunjene o mogućnosti nezavisne formiranja energije u živim ćelijama, suprotno drugom zakonu termodinamike. Razumijevanje aktivnosti ovog zakona u biološkim sustavima povezano je s uvođenjem belgijskog znanstvenika I. Prigogina (1945) * u biološku termodinamiku koncepta otvorenih sustava koji razmjenjuju s vanjskim mediju energije i materije. Prigogin je pokazao da se pozitivna entropija formira u živim ćelijama na radnim procesima, odnosno, drugi zakon termodinamike. Jednadžbe koje su uvedene utvrdili su uvjete pod kojima se javlja takozvana stacionarna država (također se naziva dinamička ravnoteža), u kojoj količina slobodne energije (ne-neutrofija) dolazi u ćelije s hranom kompenzira svoj protok, i Prikazuje se pozitivna entropija. Ovo otkriće je pojačalo preveliku ideju o nerazdvojanim spajanju vanjskog i unutarnjeg medija stanica. Označio je početak prave studije termodinamike živih "sustava, uključujući metodu modeliranja (A. Barton, 1939; A. G. Pasynsky, 1967).

* (Opća teorija otvorenih sustava najprije je iznijela L. Bertalafi 1932. godine)

Prema temeljnom načelu biotemodinamike, preduvjet je za postojanje života stacionarno u razvoju svojih biokemijskih procesa, za provedbu koja je potrebna koordinacija stopa brojnih metaboličkih reakcija. Na temelju nove biofizičke termodinamike, smjer koji dodjeljuje vanjske i unutarnje čimbenike koji osiguravaju tu koordinaciju reakcija i čine ga stabilnim. Tijekom protekla dva desetljeća, velika je uloga otkrivena u održavanju stacionarnog stanja sustava inhibitora, a posebno antioksidansi (B. N. Tarusov i A. I. Zhuravlev, 1954, 1958). Utvrđeno je da je pouzdanost bolničkog razvoja povezana s čimbenicima vanjskog okruženja (temperature) i fizikalno-kemijskim svojstvima staničnog okruženja.

Moderna načela biotemodinamike dopuštena su fizičkom i kemijskom interpretaciji mehanizma prilagodbe. Prema našim podacima, prilagodba uvjetima vanjskog okruženja može se pojaviti samo ako tijelo može uspostaviti stacionarnost u razvoju bio kemijske reakcije (B. N. Tarusov, 1974). Pitanje je nastalo o razvoju novih metoda koje bi omogućilo da se procjene stacionarnog stanja nejedno i predvidjeti svoje moguće poremećaje. Uvođenje bioloških prilagodbenih procesa kibernetičkih načela samoregulirajućih sustava uvelike je korisno. Postalo je jasno da će riješiti pitanje stabilnosti stacionarnog država, registraciju takozvanih poremećaja čimbenika, na koje se odnose, posebno ne-enzimske reakcije oksidacije lipida. Nedavno, studije o reproduktivnim procesima u lipidnim fazama živih stanica i povećanja aktivnih radikalnih proizvoda koji krše regulatorne funkcije membrana se sve više širi. Izvor informacija o tim procesima je kao detekcija aktivnih peroksidantnih radikala i biolopid peroksidacije (A. Tappel, 1965; I. I. Ivanov, 1965; E. B. Burlakova, 1967 i drugi). Za otkrivanje radikala, koristi se biohemoluminiscencija koja nastaje u lipidima živih stanica tijekom njihove rekombinacije.

Na temelju fizikalno-kemijskih reprezentacija o stabilnosti stacionarnog stanja, biofizičke ideje o prilagodbi biljaka nastala je za promjene u uvjetima vanjskog okruženja kao kršenje inhibitornih antioksidacijskih sustava (BN Tarusov, ya. E. Doskokoch, BM Kitlaev , Am Ahaverdiev, 1968 - 1972). To je otvorilo priliku za procjenu takvih svojstava kao što su otpornost na mraz i otpornost soli, kao i odgovarajuće prognoze u odabiru poljoprivrednih biljaka.

U 50-ima je otvoren prekomjerni sjaj - biološki i infracrveni biološki objekti u vidljivim i infracrvenim dijelovima spektra (B. N. Tarusov, A. I. Zhuravlev, A. I. Polyvoda). To je postalo moguće kao rezultat razvoja metoda za registraciju ultra-plastičnih tokova svjetla uz pomoć fotoelektronskim multiplikatorima (L.A. Ketsky, 1934). Kao rezultat biokemijskih reakcija koje se pojavljuju u živoj ćeliji, biochemoluminiscence vam omogućuje da prosudite važne oksidativne procese u krugovima prijenosa elektrona između enzima. Otkriće i proučavanje biokemoluminiscencije ima veliki teorijski i praktična vrijednost, Dakle, B. N. Tarusov i Yu. B. Kudryahov imajte na umu najveću ulogu proizvoda oksidacije nezasićenih masnih kiselina u mehanizmu pojave patoloških uvjeta, razvijajući se pod utjecajem ionizirajućeg zračenja, tijekom karcinogeneze i drugih kršenja normalne funkcije Stanice.

U 50-ima, zbog brzog razvoja nuklearne fizike iz biofizike, radiobiologija je odvojena, istražujući biološki učinak ionizirajućeg zračenja. Dobivanje umjetnih radioaktivnih izotopa, stvaranje termonuklearnog oružja, atomskih reaktora i razvoj drugih oblika praktične upotrebe atomske energije isporučene sa svim oštrinama zaštite organizama od štetnih učinaka ionizirajućeg zračenja, razvoja teoretske temelje Prevencija i liječenje bolesti zračenja. Da biste to učinili, bilo je potrebno prije svega kako bi saznali koje su komponente ćelije i linkovi metabolizma najugroženije.

Cilj proučavanja biofizike i radiobiologije bio je pojašnjenje prirode primarnih kemijskih reakcija koje proizlaze u živim podlozima pod utjecajem energije zračenja. Ovdje je bilo važno ne samo da bi razumjeli mehanizme ovog fenomena, već i da bi mogli utjecati na proces promjene fizičke energije u kemikaliju, smanjiti svoj "koristan" koeficijent djelovanja. Radovi u tom smjeru postavljeni su na studiju škole N. N. Semenov (1933.) u SSSR-u i D. Khinchelwoodu (1935.) u Engleskoj.

Veliko mjesto u radiobiološkim studijama preuzelo je proučavanje stupnja otpornosti na radijaciju različitih organizama. Utvrđeno je da je povećani otpor radio (na primjer, pustinjski glodavci) posljedica visokog antioksidacijskog djelovanja lipida. stanične membrane (M. Chang i sur., 1964; N. K. Ogryzov i sur., 1969). Pokazalo se da u formiranju antioksidativnih svojstava tih sustava, tokoferola, vitamina K i tiošion (I. Ivanov i sur., 1972) igraju važnu ulogu. Posljednjih godina postoji i mnogo pozornosti na proučavanje mehanizama mutageneze. U tu svrhu proučava se učinak ionizirajućeg zračenja o ponašanju nukleinskih kiselina i in vitro proteina, kao iu virusima i faganima (A. Gustafson, 1945 - 1950.).

Borba za daljnje povećanje učinkovitosti kemijske zaštite, potraga za učinkovitijim inhibitorima i načelima inhibicije ostaju u tom smjeru glavne zadatke biofizike.

Proučavanje uzbuđenih stanja biopolimera, koje određuju njihovu visoku kemijsku aktivnost napreduju. Najuspješniji je bio proučavanje uzbuđenih država koje proizlaze u primarnoj fazi fotobioloških procesa - fotosinteza i vizije.

Tako je napravljen čvrsti doprinos razumijevanju primarne aktivacije molekula biljaka biljaka. Uspostavljena je velika važnost prijenosa (migracije) energije od uzbuđenih država bez gubitka od aktiviranih pigmenata na druge podloge. Veliku ulogu u razvoju tih ideja odigrala su teorijska djela A. N. Terentina (1947. i kasnije). A. A. Krasnovsky (1949) otvorio je i istraživao reakciju reverzibilnog fotokemijskog oporavka klorofila i njegovih analoga. Sada postoji opće uvjerenje da će u bliskoj budućnosti biti moguće reproducirati fotosintezu u umjetnim uvjetima (vidi također poglavlje 5).

Biofizika i dalje rade na otkrivanju prirode kontrakcije mišića i mehanizama živčanog uzbude i držanja (vidi poglavlje 11). Također je relevantno proučavanje tranzicijskih mehanizama iz uzbuđenog stanja u normalu. Uzbuđeno stanje sada se smatra kao rezultat capatalitičke reakcije automobila i kočenja - kao posljedica oštre mobilizacije inhibitorne antioksidacijske aktivnosti kao posljedica molekularnih preraspodjela u takvim spojevima kao što je tokoferol (II Ivanov, O. Rolz, 1966 Ili Kolz, 1970).

Najvažniji zajednički problem biofizike ostaje poznavanje kvalitativnih fizikalno-kemijskih značajki živih tvari. Takva svojstva kao sposobnost živih biopolimera selektivno vežu kalij ili polarizira električnu struju, nije moguće sačuvati čak i sa svojim najprežnjim uklanjanjem iz tijela. Stoga, biofizika stanica i dalje intenzivno razvijaju kriterije i metode za doživotno proučavanje žive tvari.

Unatoč mladosti molekularne biologije, uspjesi postignuti na ovom području su doista neodoljivi. Za relativno kratko razdoblje utvrđuje se priroda gena i osnovna načela njegove organizacije, reprodukcije i operacije. Štoviše, ne samo reprodukcija in vitro gena je provedena, već i po prvi put je završena puna sinteza gena. Genetski kod je u potpunosti dešifriran i dopušten je najvažniji biološki problem specifičnosti biosinteze proteina. Identificirani su i istraženi glavni putovi i mehanizmi za formiranje proteina u stanici. Primarna struktura mnogih transportnih RNA-specifičnih molekula prilagodnih adaptera, izvođenje prijevoda nukleinskih matrica u aminokiselinsku sekvencu sintetiziranog proteina, u potpunosti je određena. Aminokiselinska sekvenca mnogih proteina je potpuno dešifrirana i prostorna struktura nekih od njih je instalirana. To je omogućilo da saznate načelo i pojedinosti o funkcioniranju molekula enzima. Kemijska sinteza jednog od enzima je ribonuklease. Osnovna načela organizacije različitih čestica sub-stanica, mnoge viruse i fage i riješili su glavne načine njihove biogeneze u stanici. Otvoreni pristupi razumijevanju načina reguliranja aktivnosti gena i razjašnjenja regulatornih mehanizama vitalne aktivnosti. Već jednostavan popis ovih otkrića sugerira da je druga polovica XX stoljeća. obilježen je velikim napretkom biologije, koji je prije svega dužan dubinska studija Strukture i funkcije biološki esencijalnih makromolekula - nukleinskih kiselina i proteina.

Dostignuća molekularne biologije već se koriste u praksi danas i donose opipljive plodove u medicini, poljoprivredi i nekim industrijama. Nema sumnje da će se povratak ove znanosti povećati svaki dan. Međutim, glavni ishod treba smatrati da je pod utjecajem uspjeha molekularne biologije, povjerenje je ojačalo u postojanju neograničenih mogućnosti na način otkrivanja najintimnijih tajni života.

U budućnosti će se očito otvoriti nove načine istraživanja biološkog oblika kretanja stvari - s molekularna razina Biologija će se prebaciti na atomsku razinu. Međutim, sada ne postoji, možda, ne jedan istraživač koji bi stvarno mogao predvidjeti razvoj molekularne biologije čak i za sljedećih 20 godina.