Zastosowana wartość biologii molekularnej. Biolog molekularny

Biologia molekularna, Nauka, która posiada swoje zadanie, znajomość natury zjawisk życia poprzez studiowanie obiektów biologicznych i systemów na poziomie zbliżającym się molekularnym, aw niektórych przypadkach osiągnięcie tego limitu. Ostatecznym celem jest dowiedzieć się, jak iw jakim stopniu charakterystyczne przejawy życia, takie jak dziedziczność, odtwarzanie siebie podobne, biosyntezę białek, pobudliwości, wzrostu i rozwoju, przechowywania i transfer informacji, transformację energii, mobilności itp. Do struktury, właściwości i interakcji cząsteczek biologicznie ważnych substancji, przede wszystkim dwie główne klasy biopolimerów o wysokiej masie cząsteczkowej - białka i kwasy nukleinowe. Charakterystyczna cecha M. B. - Badanie zjawisk życia na nie mieszkalne lub tych, którzy są nieodłącznymi w najbardziej prymitywnych objawach życia. Są to edukacja biologiczna poziom komórki oraz poniżej: organelle subkomórkowe, takie jak izolowane jądro komórek, mitochondria, rybosomy, chromosom, błony komórkowe; Dalsze - systemy stojące na granicy żywego i nieożywionego natury - wirusów, w tym bakteriofages, a kończąc z cząsteczkami najważniejszych składników żywej materii - kwasy nukleinowe i białek.

Fundacja, na której opracowano M. B, został położony przez takie nauki, jak genetyka, biochemia, fizjologia procesów elementarnych itp. Według początków jego rozwoju, M. B. nierozerwalnie związane z genetyką molekularną, która nadal ma ważną rolę

Osobliwość M. b. jest jego trójwymiarowością. Istota M. b. Oglądanie M. Peruza do interpretacji funkcji biologicznych w koncepcjach struktury molekularnej. M. b. Jego zadanie, aby uzyskać odpowiedzi na pytanie "Jak," z istotą roli i udziałem całej konstrukcji cząsteczki, a do pytań "dlaczego" i "dlaczego", dowiedz się z jednej strony, związek między Właściwości cząsteczki (ponownie, przede wszystkim, białka i kwasy nukleinowe) oraz funkcje przeprowadzane przez niego, a z drugiej strony rolę takich indywidualnych funkcji w ogólnym kompleksie manifestacji życia.

Istotne osiągnięcia biologia molekularna. Nie jest to pełna lista tych osiągnięć: ujawnienie struktury i mechanizmu funkcji biologicznej DNA, wszystkie rodzaje RNA i rybosomy, ujawnienie kod genetyczny; Otwarcie odwrotnej transkrypcji, tj. Syntezę DNA na macierzy RNA; badanie mechanizmów funkcjonowania pigmentów układu oddechowego; Otwarcie struktury trójwymiarowej i jego funkcjonalnej roli w działaniu enzymów, zasada syntezy matrycy i mechanizmów biosyntezy białkowych; Ujawnienie struktury wirusów i mechanizmów ich replikacji, podstawowej i częściowo, struktury przestrzennej przeciwciał; Izolacja poszczególnych genów, substancji chemicznych, a następnie biologicznej (enzymatycznej) syntezy genów, w tym człowieka, z komórki (in vitro); Przeniesienie genów z jednego organizmu do drugiego, w tym w ludzkich komórkach; szybko rozszyfrował strukturę chemiczną rosnącej liczby pojedynczych białek, głównie enzymów, a także kwasów nukleinowych; Wykrywanie zjawisk "samodzielnego montażu" pewnych biologicznych przedmiotów ciągłej złożoności, od cząsteczek kwasu nukleinowego i przenoszenie do enzymów wielokomponentów, wirusów, rybosomów itp.; Filmowanie alkoholu i innych podstawowych zasad regulacji funkcje biologiczne i procesy.

Zadania biologii molekularnej. Wraz z ważnymi zadaniami M. B. (Znajomość ustawodawstwa "Uznawania", samozasłużone i integracji) Obecny kierunek poszukiwania naukowego najbliższej przyszłości jest rozwój metod, które umożliwiają rozszyfrować strukturę, a następnie trójwymiarową organizację przestrzenną o wysokiej molekularnej nukleice kwasy. Wszystkie najważniejsze metody, z których stosowanie pod warunkiem, że pojawienie się i sukcesy M. b., Zostały zaproponowane i opracowane przez fizycy (ultrawiracja, analiza strukturalna rentgenowska, mikroskopia elektronowa, jądrowa rezonans magnetyczny itp.). Prawie wszystkie nowe podejścia do eksperymentalnych fizycznych (na przykład stosowanie komputera, synchrotronu lub hamulca, promieniowania, technologii laserowej itp.) Otwórz nowe możliwości dla dogłębnej badania problemów M. B. Wśród najważniejszych zadań praktycznych natury odpowiedź, na którą oczekuje się od M. b., W pierwszej kolejności występuje problem z fundamentami molekularnymi wzrostu złośliwego wzrostu, a następnie ścieżki ostrzegawcze i być może pokonując choroby dziedziczne - " Choroby molekularne ". O wielkiej wagi będzie wyjaśnić podstawy molekularne katalizy biologicznej, tj. Działania enzymów. Wśród najważniejszych współczesnych kierunków M. B. Pragnienie rozszyfrowania mechanizmów molekularnych palnika, substancji toksycznych i leczniczych, a także dowiedzieć się o szczegółach struktura molekularna oraz funkcjonowanie takich struktur komórek, jak membrany biologiczne zaangażowane w regulację procesów przenikania substancji i transportu. Bardziej odległe cele M. b. - Znajomość natury procesów nerwowych, mechanizmów pamięci itp. Jedną z ważnych wyłaniających się sekcji M. b. - T. N. Inżynieria genetyczna, która umieszcza swoje zadanie ukierunkowane na działanie w urządzeniu genetycznym (genomie) organizmów żywych, począwszy od mikrobów i niższej (pojedynczej komórki) i kończąc osobę (w tym drugim przypadku, przede wszystkim, w celu obróbki radykalnej chorób dziedzicznych i korekty wad genetycznych).

Najważniejsze kierunki MB:

- Genetyka molekularna - Badanie strukturalnej i funkcjonalnej organizacji aparatu genetycznego komórek i mechanizmu wdrażania dziedzicznych informacji

- wirusologia molekularna - badanie mechanizmów molekularnych interakcji wirusów z komórek

- Immunologia molekularna - badanie wzorców odpowiedzi immunologicznych ciała

- biologia molekularna rozwoju - badanie wyglądu odmian komórek podczas indywidualny rozwój organizmy i specjalizacja komórek

Głównymi przedmiotami badań są wirusy (w tym bakteriofages), komórki i struktury subkomórkowe, makrocząsteczki, organizmy wielokomórkowe.

Można powiedzieć, że biologia molekularna bada manifestacje życia w nieżywotnych strukturach lub systemach z elementarnymi oznakami istotnych działań (które mogą być oddzielne makrocząsteczki biologiczne, ich kompleksy lub organelles), studiowanie, jak kluczowe procesy charakteryzujące Interakcje i transformacje chemiczne.

Przydział biologii molekularnej z biochemii do niezależnego obszaru nauki jest podyktowany faktem, że jego głównym zadaniem jest zbadanie struktury i właściwości biologicznych makrocząsteczek zaangażowanych w różne procesy, stwierdzając mechanizmy ich interakcji. Biochemia zajmuje się badaniem procesów aktywności istotnej, wzorce ich przepływu w żywym organizmie i konwersję cząsteczek towarzyszących tym procesom. Ostatecznie biologia molekularna próbuje odpowiedzieć na pytanie, dlaczego ten proces ten występuje, podczas gdy biochemia odpowiada na pytania, w których występuje i w jaki sposób proces rozpatrywał w kategoriach chemii.

Historia

Biologia molekularna jako oddzielny kierunek biochemii zaczął tworzyć w latach 30. XX wieku. To było wtedy, że na dogłębne zrozumienie zjawiska życia wystąpił potrzebę ukierunkowanych studiów poziom molekularny Procesy przechowywania i transmisji dziedzicznych informacji w organizmach żywych. Następnie zadanie biologii molekularnej określono w badaniu struktury, właściwości i interakcji kwasów nukleinowych i białek. Termin "biologia molekularna" została po raz pierwszy wykorzystywana przez angielski naukowiec William Astbury w kontekście badań dotyczących wyjaśnienia zależności między strukturą molekularną a właściwościami fizycznymi i biologicznymi białkami włókienowymi, takimi jak kolagen, fibryna krwi lub cięcia białek mięśniowych .

Przy świcie występowania biologii molekularnej RNA był uważany za składnik roślin i grzybów, a DNA uważano za typowy składnik komórek zwierzęcych. Pierwszym badaczem, który udowodnił, że DNA jest zawarte w zakładach, Andrei Nikolayevich Belozersky, który przeznaczył Grochu DNA w 1935 roku. To odkrycie ustalono fakt, że DNA jest uniwersalnym kwasem nukleinowym obecnym w roślinach i komórkach zwierzęcych.

Poważnym osiągnięciem był ustanowienie bezpośredniego związku przyczynowego między genesami a białkami. W swoich eksperymentach poddawali się komórkom neurograficznym ( Neurostora.crassa.) Napromieniowanie, które spowodowało mutację. Uzyskane wyniki wykazały, że doprowadziło to do zmiany właściwości określonych enzymów.

W 1940 r. Albert Claude przydzielono cytoplazmatyczne granulki zawierające RNA z cytoplazmy komórek zwierzęcych, które były mniej mitochondria. Nazwał ich mikrosomami. Następnie, w badaniu struktur i właściwości odosobnionych cząstek, ustalono ich fundamentalną rolę w biosyntezie białka. W 1958 r. Na pierwsze sympozjum poświęcone tymi cząstkami, postanowiono zadzwonić do tych cząstek rybosomów.

Innym ważnym krokiem w rozwoju biologii molekularnej opublikowano w 1944 r., Dane doświadczalne Osvaldej Everie, Colin Maclaud i MCleP, które wykazały, że przyczyną transformacji bakterii jest DNA. Był to pierwszy eksperymentalny dowód roli DNA w przeniesieniu informacji dziedzicznych, co zostało obciążone przez wcześniej ważne wyobrażenie o charakterze białka genów.

Na początku lat 50. Frederick Sanger pokazał, że łańcuch białkowy jest wyjątkową sekwencją reszt aminokwasowych. Pod koniec lat 50., Max Perus i John Kendrew rozszyfrował strukturę przestrzenną pierwszych białek. Już w 2000 roku, setki tysięcy naturalnych sekwencji aminokwasowych i tysiące struktur przestrzennych były znane.

Mniej więcej w tym samym czasie, badanie Erwina Chargaffa pozwoliło mu sformułować zasady opisujące stosunek baz azotów w DNA (przepisy twierdzą, że niezależnie od różnic gatunkowych w DNA, ilość guaniny jest równa ilości cytozyny , a ilość adeniny jest równa liczbie TEMIN), która pomogła dalej, aby największy przełom w biologii molekularnej i jeden z największe odkrycia W biologii w ogóle.

To wydarzenie miało miejsce w 1953 roku, kiedy James Watson i Francis Creek, oparty na dziełach Rosalind Franklin i Maurice Wilkins analiza strukturalna rentgenowska DNA, zainstalowała strukturę dwóch spawania cząsteczki DNA. To odkrycie umożliwiło odpowiedz na podstawowe pytanie dotyczące zdolności przewoźnika dziedzicznych informacji do samodzielnej reprodukcji i zrozumieć mechanizm przekazywania takich informacji. Te same naukowcy zostały sformułowane przez zasadę komplementarności zasad azotowych, mające kluczowe znaczenie dla zrozumienia mechanizmu tworzenia struktur supramolekularnych. Ta zasada używana teraz do opisania wszystkich kompleksów molekularnych pozwala na opisanie i przewidywanie warunków wystąpienia słabej (nieocenialnych) interakcji międzyokręgowych, które określają możliwość tworzenia wtórnego, trzeciorzędowego itp. Struktury makrocząsteczek, przepływ samodzielnego montażu supramolekularnych systemów biologicznych, które określają tak szeroką gamę struktur molekularnych i ich zestawy funkcjonalne. Jednocześnie w 1953 r. W Journal of Molecular Bill Journal of Journal of Molekularnym. Kierował Johnem Kendry, Kula zainteresowania naukowe co było badaniem struktury białek kulistnych ( nagroda Nobla 1962 Wraz z Max Peruz). Podobny magazyn języka rosyjskojęzycznego o nazwie "Biologię molekularną" została założona w ZSRR V. A. Engelhardt w 1966 roku.

W 1958 r. Franciszek Creek sformułował tzw. Central Dogma Molecular Biology: Pomysł nieodwracalnością przepływu informacji genetycznych z DNA za pośrednictwem RNA do białek według schematu DNA → DNA (replikacja, tworzenie kopii DNA), DNA → RNA (transkrypcja, generacja genów ), RNA → białko (tłumaczenie, dekodowanie białek informacji o strukturze). Ten dogmat w 1970 roku został skorygowany w nieco prawidłowo biorąc pod uwagę skumulowaną wiedzę, ponieważ zjawisko odwrotnej transkrypcji zostało otwarte niezależnie Howard Toye i David Baltimore: Enzym został odkryty - odwrotna sprawa odpowiedzialna za realizację odwrotnej transkrypcji - formacji Dwułańcowego DNA na jednowarstwie matrycy RNA, która występuje z wirusów onkogennych. Należy zauważyć, że surowa potrzeba przepływu informacji genetycznych z kwasów nukleinowych do białek jest nadal podstawą biologii molekularnej.

W 1957 r. Aleksander Sergeevich Spirin wraz z Andrei Nikolayevich Belozersky pokazał, że ze znacznymi różnicami w składzie nukleotydowym DNA z różnych organizmów, skład całkowitych RNA był podobny. Na podstawie tych danych przybyli do rewelacyjnego wniosku, że całkowita komórka RNA może działać jako nośnik informacji genetycznych z DNA do białek, ponieważ nie pasuje do niego w jej kompozycji. Jednocześnie zauważyli, że istnieje niewielka część RNA, która w pełni odpowiada DNA w ich kompozycji nukleotydowej i może być prawdziwym nosicielem naruszeń genetycznych z DNA do białek. W rezultacie przewidywali istnienie stosunkowo małych cząsteczek RNA, które są w strukturze analogów poszczególnych sekcji DNA i wykonywania roli pośredników podczas przesyłania informacji genetycznych zawartych w DNA w Ribosomach, gdzie cząsteczki białka są syntetyzowane przy użyciu tych informacji . W 1961 r. (S. Brenner, F. Jacob, M. Mesheselson z jednej strony i F. GRO, Francois Jakuba i Jacques Mono były pierwszym, który doświadczyli potwierdzenia istnienia takich cząsteczek - RNA Informacji (Matrix). Potem rozwinęli Koncepcja i model funkcjonalnych jednostek Opero DNA, które umożliwiły wyjaśnienie dokładnie, jak regulować ekspresję genów w prokariotach. Badanie mechanizmów biosyntezy białkowych i zasad organizacji strukturalnej i eksploatacji maszyn molekulowych-rybosomy - wykonane Można sformułować postulat opisujący ruch informacji genetycznych, zwane dogmą centralną biologii molekularnej: DNA - DNA Irnk - białko.

W 1961 roku, a przez następne kilka lat, Heinrich Matteha i Marshall Nirenberg, a następnie Kharom Korana i Robert Holly odbyli się kilku prac nad rozszyfrowaniem kodu genetycznego, w wyniku którego bezpośredni związek między strukturą DNA a zsyntetyzowanymi białkami było Ustalona, \u200b\u200ba sekwencja nukleotydowa określa zestaw aminokwasów w białku. Uzyskane również dane na temat powszechności kodu genetycznego. Odkrycia odnotowano nagrodę Nobla z 1968 roku.

Dla rozwoju nowoczesne pomysły W funkcjach RNA odkrycie nierekurencyjnego RNA, wykonane przez Aleksander Sergeevicha, wspólnie z Andrei Nikolayevich Belozersky, 1958, Charles Brenner z współautorami i spacelman Solar, 1961. Ten typ RNA jest główną częścią RNA Cell. Niewyraźnie obejmuje przede wszystkim RNA rybosomalny.

Metody uprawy i hybrydyzacji komórek zwierzęcych uzyskały poważny rozwój. W 1963 r. Francois Jacob i Sydnema Benner sformułowano przez pomysły na sekwencje repliki z natury replikując geny wyjaśniające ważne aspekty regulacji replikacji genów.

W 1967 r. W laboratorium A. S. Spirin został po raz pierwszy wykazany, że forma sprężonego chłodzonego RNA określa morfologię cząstki rybosomalnej.

W 1968 r. Wykonano znaczne podstawowe odkrycie. Przepis, znalezienie fragmentów DNA łańcucha opóźniającego w badaniu procesu replikacji, nazwany na cześć go przez fragmenty świadczenia, wyjaśnił mechanizm replikacji DNA.

W 1970 r. Nastąpiło istotne odkrycie niezależnie od Howarda i David Baltimore: odkryto znaczący enzym otwarcia, który jest odpowiedzialny za realizację odwrotnej transkrypcji - tworzenie DNA dwuumiłowego DNA na jednowarstwie matrycy RNA, która występuje w Onkogenne wirusy zawierające RNA.

Innym ważnym osiągnięciem biologii molekularnej było wyjaśnienie mechanizmu mutacji na poziomie molekularnym. W wyniku serii badań ustalono główne typy mutacji: powielanie, inwersje, delecje, translokacje i transpozycje. Umożliwiło to rozważenie zmian ewolucyjnych z punktu widzenia procesów genowych, umożliwiło opracowanie teorii godzin molekularnych, które jest stosowane w Phyloge.

Na początku lat 70. sformułowano podstawowe zasady funkcjonowania kwasów nukleinowych i białek w żywym organizmie. Stwierdzono, że białka i kwasy nukleinowe w organizmie są syntetyzowane przez mechanizm matrycy, cząsteczka matrycy niesie zaszyfrowane informacje o sekwencji aminokwasów (w białku) lub nukleotydach (w kwasie nukleinowym). Podczas replikacji (DNA podwojenia) lub transkrypcję (synteza IRNA) DNA jest obsługiwany przez taką matrycę, gdy nadawanie (synteza białka) lub odwrotna transkrypcja - IRNA.

W ten sposób powstały teoretyczne warunki teoretyczne do opracowania stosowanych kierunków biologii molekularnej, w szczególności inżynierii genetycznej. W 1972 r. Paul Berg, Herbert Boer i Stanley Cohen rozwinęli technologię klonowania cząsteczkowego. Następnie otrzymano najpierw w rurce rekombinowanej DNA. Te wybitne eksperymenty położyły fundamenty inżynierii genetycznej, a w tym roku uważa się za datę urodzenia tego kierunku naukowego.

W 1977 roku Frederick Sanger i niezależnie Allan Maxam i Walter Gilbert opracował różne metody określania struktury pierwotnej (sekwencjonowanie) DNA. Metoda piosenkarza, tzw. Metoda przerwy łańcuchowej jest podstawą nowoczesnej metody sekwencjonowania. Zasada sekwencjonowania opiera się na stosowaniu znakowanych baz działających jako terminatory w cyklicznej reakcji sekwencjonowania. Ta metoda była rozpowszechniona ze względu na zdolność do szybkiego analizy.

1976 - Frederick. Sanger odszyfrował sekwencję nukleotydową faga φχ174 DNA 5375 par nukleotydowych.

1981 - niedokrwistość sierpokomórka staje się pierwszą chorobą genetyczną diagnozowaną przez analizę DNA.

1982-1983 Otwarcie funkcji RNA katalitycznej w amerykańskich laboratoriach T. Check and S. Oltman zmienił istniejący pomysł wyjątkowej roli białek. Przez analogię z białkami katalitycznymi - enzymami, katalityczne RNA nazywano rybę.

1987 Carey Mulletis otworzył reakcję łańcuchową polimerazy, dzięki czemu możliwe jest sztucznie znacznie zwiększyć liczbę cząsteczek DNA w roztworze do dalszej pracy. Do tej pory jest to jedna z najważniejszych metod biologii molekularnej, stosowanej w badaniu chorób dziedzicznych i wirusowych, podczas badania genów i w identyfikacji genetycznej jednostki i ustanawiające pokrewieństwo itp.

W 1990 r. Jednocześnie trzy grupy naukowców opublikowały metodę, która umożliwiła syntetycznie funkcjonalnie aktywny RNA w laboratorium syntetycznej funkcjonalnie aktywnej RNA (sztuczna ryba lub cząsteczki interakcji z różnymi ligandami - aptamerów). Ta metoda została wywołana "Ewolucja w probówce". Wkrótce potem w latach 1991-1993 w laboratorium A.B. Chetverina była eksperymentalnie wykazała możliwość istnienia, wzrostu i wzmocnienia cząsteczek RNA w postaci kolonii na stałe media.

W 1998 r. Prawie jednocześnie Craig Melo i Andrew Faer opisany wcześniej obserwowany z eksperymentami genetycznymi z bakteriami i kolorami Zakłócenia RNA., w których mała dwuliczeni cząsteczka RNA prowadzi do określonego tłumienia ekspresji genów.

Otwarcie mechanizmu interferencji RNA ma bardzo ważne praktyczne znaczenie dla nowoczesnej biologii molekularnej. Zjawisko to jest szeroko stosowane eksperymenty naukowe Jako narzędzie do "zamknięcia", to jest tłumienie ekspresji poszczególnych genów. Szczególnie interesujące jest spowodowane faktem, że ta metoda pozwala wykonać odwracalne (tymczasowe) tłumienia aktywności badanych genów. Badania są możliwe wykorzystanie tego zjawiska do leczenia chorób wirusowych, nowotworowych, zwyrodnieniowych i metabolicznych. Należy zauważyć, że w 2002 r. Otworzono mutanty wirusów polio, zdolny do uniknięcia ingerencji RNA, a zatem konieczne jest, aby opracować prawdziwie skuteczne metody leczenia oparte na tym zjawisku.

W latach 1999-2001 określono kilka grup badaczy o rozdzielczości 5,5 do 2,4 angstromów struktury ribosomów bakteryjnych.

Rzecz

Osiągnięcia biologii molekularnej w wiedzy z dzikiej przyrody jest trudne do przeceny. Duży sukces udało się osiągnąć dzięki udanej koncepcji badań: złożone procesy biologiczne są uważane od położenia poszczególnych systemów molekularnych, co umożliwia stosowanie dokładnych metod badawczych fizykochemicznych. Przyciągnął również wiele wielkich umysłów z powiązanych kierunków do tej dziedziny nauki: chemia, fizyki, cytologii, wirusologii, która ma również korzystny wpływ na zakres i szybkość wiedzy naukowej w tej dziedzinie. Takie znaczące odkrycia jako definicja struktury DNA, deszyfrowanie kodu genetycznego, sztuczną modyfikację kierunkowej genomu, umożliwiło znacząco głębsze określenie procesów rozwoju organizmów i skutecznie rozwiązać liczne najważniejsze fundamentalne oraz stosowane zadania naukowe, medyczne i społeczne, które nie były jeszcze uważane za nierozpuszczalne.

Przedmiotem badania biologii molekularnej jest głównie białka, kwasy nukleinowe i kompleksy molekularne (maszyny cząsteczkowe) na ich podstawie i procesy, w których uczestniczą.

Kwasy nukleinowe są polimerami liniowymi składającymi się z łączników nukleotydowych (związki z cukru pięczowo-członowy z grupą fosforanową o piątym atomie cyklu oraz jeden z czterech baz azotowych) połączonymi przez wiązanie grup fosforanowych. W ten sposób kwas nukleinowy jest polimerem pentosofosforanowym z zasadami azotowymi jako podstawników bocznych. Skład chemiczny łańcucha RNA różni się od DNA, ponieważ pierwszy składa się z pięcioosobowego cyklu węglowodanowego rilosa, podczas gdy druga pochodzi z dehydroksylllated pochodna rybozy - deoksyryboza. W tym przypadku przestrzennie te cząsteczki różnią się dramatycznie, ponieważ RNA jest elastyczną cząsteczką jedno-łańcuchową, podczas gdy DNA jest dwuliczką cząsteczką.

Białka są polimerami liniowymi, które są łańcuchami alfa-aminokwasów połączonymi wiązaniem peptydowym, z których ich drugą nazwą jest polipeptydy. Skład naturalnych białek obejmuje wiele różnych jednostek aminokwasowych - u ludzi do 20 -, co określa szeroką gamę właściwości funkcjonalnych tych cząsteczek. Te lub inne białka biorą udział w prawie każdym procesie w organizmie i wykonują wiele zadań: odgrywają rolę materiału budowlanego komórkowego, zapewniają transport substancji i jonów, katalizowanych reakcje chemiczne- Ta lista jest bardzo długa. Proteiny stanowią stabilne konformacje molekularne różnych poziomów organizacji (struktury wtórne i trzeciorzędowe) i kompleksów molekularnych, co jest jeszcze bardziej rozszerzające ich funkcjonalność. Cząsteczki te mogą mieć wysoką specyficzność w celu wykonywania wszelkich zadań z powodu tworzenia złożonej przestrzennej struktury kulistą. Szeroka gama białek zapewnia ciągłe zainteresowanie naukowców tego typu cząsteczek.

Nowoczesne pomysły na temat biologii molekularnej opierają się na uogólnieniu, nominowanym po raz pierwszy w 1958 r. Przez Franciszka Crycus jako centralny dogmat biologii molekularnej. Jego istota polegała na zatwierdzeniu, że informacje genetyczne w organizmach żywych ulega ściśle niektóre etapy wdrażania: kopiowanie z DNA w dziedziczeniu DNA, od DNA do RNA, a następnie z RNA do białka, a odwrotne przejście nie wdraża. Niniejsze stwierdzenie było dość tylko ze strony, a następnie, a następnie centralny dogmat został skorygowany z pożyczką do tych otwartych nowych danych.

W tej chwili znana jest kilka sposobów na wdrożenie materiału genetycznego reprezentującego różne sekwencje wdrażania trzech typów informacji genetycznych: DNA, RNA i białko. W dziewięciu możliwych ścieżek realizacji wyróżnia się trzy grupy: są to trzy wspólne transformacje (ogólnie), które są zwykle wdrażane w większości żywych organizmów; Trzy specjalne transformacje (specjalne), przeprowadzone w niektórych wirusach lub w specjalnych warunkach laboratoryjnych; Trzy nieznane transformacje (nieznane), którego wdrożenie jest uważane za niemożliwe.

Ogólna transformacja obejmuje następujące sposoby wdrażania kodu genetycznego: DNA → DNA (replikacja), DNA → RNA (transkrypcja), RNA → białko (transmisja).

Aby przeprowadzić przeniesienie cech dziedzicznych, rodzice muszą przekazać potomkowie kompletnej cząsteczki DNA. Proces, dzięki czemu, w oparciu o oryginalny DNA, jego dokładna kopia może być syntetyzowana, a zatem materiał genetyczny może być przesyłany, zwana replikacją. Jest prowadzona przez specjalne białka, które golą cząsteczkę (wyprostować swoją stronę), spirale dwustronnie spiralne i przy pomocy polimerazy DNA, utwórz dokładną kopię oryginalnej cząsteczki DNA.

Aby zapewnić utrzymanie do życia komórki, musi stale uzyskać dostęp do kodu genetycznego określonego w podwójnej helix DNA. Jednak ta cząsteczka jest zbyt duża i niejasna, aby użyć go jako bezpośredniego źródła materiału genetycznego do syntezy ciągłej białka. Dlatego podczas wdrażania informacji ustanowionych w DNA istnieje etap mediacji: synteza IRNA, która jest małą cząsteczką jednoniciową, komplementarną do pewnego cięcia DNA kodującego niektóre białko. Proces transkrypcji jest dostarczany przez polimerazę RNA i czynniki transkrypcji. Uzyskaną cząsteczkę można następnie łatwo dostarczyć do działu komórek odpowiedzialnego za syntezę białek - Ribosome.

Po wejściu i RNA ostatni etap wdrażania informacji genetycznych jest w rybosomie. W tym samym czasie Ribosome odczytuje się z kodem genetycznym IRNA z Trouble Consed Codons i syntetyzuje odpowiednie białko na podstawie uzyskanych informacji.

Podczas specjalnych transformacji, kod genetyczny jest zaimplementowany zgodnie z schematem RNA → RNA (replikacja), RNA → DNA (odwrotna transkrypcja), DNA → białko (transmisję na żywo). Replikacja tego gatunku jest realizowana w wielu wirusach, gdzie prowadzona jest przez polimerazę RNA zależną od RNA Enzyma. Podobne enzymy są również w Eukariotach, gdzie są związane z procesem uzasadnienia RNA (wyciszenie). Odwrotna transkrypcja jest wykrywana w retrowirusach, gdzie prowadzona jest w działaniu enzymu odwrotnego transkryptazy, a także w niektórych przypadkach w komórkach eukariotycznych, na przykład, z syntezą telomerową. Transmisja na żywo jest wykonywana tylko w sztucznych warunkach w odosobnionym systemie poza komórką.

Każda z trzech możliwych informacji genetycznych przejść z białka w białku, RNA lub DNA jest uważana za niemożliwe. Przypadek narażenia na prony na białkach, w wyniku czego powstaje podobna pron, może być uzasadniona przypisywana do rodzaju informacji genetycznej białka → białko. Jednak nie jest to formalne, ponieważ nie wpływa na sekwencję aminokwasową w białku.

Historia pojawienia się terminu "Dogma centralna" jest ciekawa. Ponieważ słowo Dogma w ogóle oznacza oświadczenie, które nie jest wątpliwe, a samo słowo ma wyraźny podtekst religijny, wybierając go jako opis fakt naukowy Niezupełnie uzasadniony. Według samego Sama Francis Creek, to był jego błąd. Chciał dać rozszerzoną teorię większego znaczenia, przeznaczyć go na tle innych teorii i hipotez; Dla których postanowił użyć tego majestatycznego, zgodnie z jego reprezentacją, słowem, bez zrozumienia jego prawdziwego znaczenia. Nazwa jest jednak gotyta.

Biologia molekularna dzisiaj.

Szybki rozwój biologii molekularnej, stałe zainteresowanie osiągnięciami w tej dziedzinie przez Spółkę i obiektywne znaczenie badań doprowadziło do pojawienia się dużej liczby głównych ośrodków badawczych biologii molekularnej na całym świecie. Wśród największych należy wymienić w następujący sposób: Laboratorium biologii molekularnej w Cambridge, Royal Institute w Londynie - w Wielkiej Brytanii; Instytuty biologii molekularnej w Paryżu, Marsylia i Strasburgu, Instytut Pasteur - we Francji; Wydziały biologii molekularnej na Uniwersytecie Harvarda i Massachusetts Institute of Technology, University w Berkeley, w Instytucie California Institute of Technology, Uniwersytet Rockefeller, w Instytucie Zdrowia w Beteses - w Stanach Zjednoczonych; Instytuty Maxa Plancka, uniwersytetów w Gottingen i Monachium, Centralny Instytut Biologii Molekularnej w Berlinie, instytuty w Jenie i Halle - w Niemczech; Instytut Caroline w Sztokholmie w Szwecji.

W Rosji wiodące centra w tej dziedzinie są Instytut Biologii Molekularnej. V.A.ENGLGARDT RAS, Instytut Genetyki Molekularnej Rosyjskiej Akademii Nauk, Instytut Biologii, Genu RAS, Instytut Biologii Physico-Chemical. A.N. Belozersky Moscow State University. M.v. Lomonosov, Instytut Biochemii. A.N.BACH RAS i Instytut Białka Rosyjskiej Akademii Nauk w Pushchino.

Obecnie obszar interesów biologów molekularnych obejmuje szeroką gamę fundamentalnych kwestii naukowych. Badanie struktury kwasów nukleinowych i biosyntezy białkowej, strukturę struktury i funkcji różnych struktur wewnątrzkomórkowych oraz powierzchnie komórek zajmuje wiodącą rolę. Również ważne obszary badań są badanie mechanizmów odbioru i transmisji sygnałów, mechanizmy molekularne transportu związków wewnątrz komórki, a także z komórki do środowiska zewnętrznego iz powrotem. W głównych kierunkach naukowych w kraju w dziedzinie zastosowanej biologii molekularnej, jeden z najbardziej priorytetów jest problem występowania i rozwoju nowotworów. Również bardzo ważny kierunek, badanie, z których sekcja biologii molekularnej jest zaangażowana w genetykę molekularną, jest badanie podstawy molekularnej pojawienia się chorób dziedzicznych i chorób wirusowych, takich jak AIDS, a także rozwój Sposoby zapobiegania im i, możliwie, leczeniu na poziomie genów. Powszechne zastosowania znalazły odkrycie i rozwój biologów molekularnych w medycynie kryminalistycznej. Prawdziwa rewolucja w dziedzinie identyfikacji osobowości została wykonana w latach 80. przez naukowców z Rosji, USA i Wielkiej Brytanii, dzięki rozwojowi i wdrażaniu metody "Genomic Dactyloscopy" w codziennej praktyce osobowości DNA. Badania w tej dziedzinie nie są przestały do \u200b\u200btego dnia, nowoczesne metody Pozwól, aby ustanowić osobę z prawdopodobieństwem błędu jeden miliard procent. Teraz istnieje aktywny rozwój projektu paszportu genetycznego, który ma być dopuszczony do silnego zmniejszenia stopy przestępczości.

Metodologia

Obecnie biologia molekularna ma obszerne metody arsenalne, które umożliwiają rozwiązywanie najbardziej zaawansowanych i najbardziej złożonych zadań stojących z naukowcami.

Jedna z najczęstszych metod biologii molekularnej jest elektroforeza żelowaktóry rozwiązuje problem oddzielenia mieszaniny makrocząsteczek w rozmiarze lub ładującym. Prawie zawsze, po oddzieleniu makrocząsteczek w żelu, stosuje się blotting, metoda, która pozwala przenieść makrocząsteczki z żelu (sorbit) na powierzchnię membrany do wygody dalszej pracy z nimi, w szczególności hybrydyzacji. Hybrydyzacja jest tworzeniem hybrydowego DNA dwóch łańcuchów o innej naturze - metody, która odgrywa ważną rolę w badaniach podstawowych. Służy do określenia uzupełniający Segmenty w różnych DNA (DNA różnych gatunków), z jego pomocą w poszukiwaniu nowych genesów występuje, z jego pomocą, otworzy się zakłócenia, a jej zasada opiera się na genomowej daktyloskopii.

Większa rola we współczesnej praktyce molekularnych badań biologicznych jest odgrywa metodą sekwencjonowania - określającą sekwencję nukleotydów w kwasach nukleinowych i aminokwasach w białkach.

Nowoczesna biologia molekularna nie może być reprezentowana bez metody reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR). Dzięki tej metodzie przeprowadzono wzrost kwoty (wzmocnienie) kopii niektórych sekwencji DNA, aby uzyskać wystarczającą ilość substancji z jednej cząsteczki do współpracy z nim. Podobny wynik osiąga się przez technologię klonowania cząsteczkowego, w którym wymagana sekwencja nukleotydowa jest wprowadzana do bakterii DNA (systemy żywe), po czym reprodukcja bakterii prowadzi do pożądanego wyniku. Takie podejście jest technicznie bardziej skomplikowane, ale pozwala jednocześnie uzyskać wynik ekspresji sekwencji nukleotydowej.

Metody UltracteriFugation są szeroko stosowane w badaniach biologicznych molekularnych (do oddzielenia makrocząsteczek (duże ilości), komórek, organelles), metody mikroskopii elektronowej i fluorescencyjnej, metod spektrofotometrycznych, analizy strukturalnej rentgenowskiej, autoradiografii i tym podobnych.

Dzięki postępowi technicznemu i badaniom naukowym w dziedzinie chemii, fizyki, biologii i informatyki, nowoczesny sprzęt umożliwia przeznaczenie, badanie i zmianę poszczególnych genów i procesów, w których są zaangażowane.

31.2

Dla przyjaciół!

odniesienie

Biologia molekularna wzrosła z biochemii w kwietniu 1953 roku. Jego wygląd jest związany z nazwiskami Jamesa Watsona i Franciszka, który otworzył strukturę cząsteczki DNA. Odkrycie było możliwe dzięki badaniu genetyki, bakterii i biochemii wirusów. Zawód biolog molekularny nie jest powszechny, ale dziś jego rola nowoczesne społeczeństwo Bardzo dobrze. Duża liczba Choroby, w tym manifestowanie na poziomie genetycznym, wymagają naukowców znaleźć rozwiązania tego problemu.

Opis aktywności

Wirusy i bakterie stale mutują, co oznacza, że \u200b\u200bosoba przestaje pomagać lekom i chorobom stają się trudne. Zadaniem biologii molekularnej jest wydostanie się z tego procesu i opracowanie nowego lekarstwa na choroby. Naukowcy pracują zgodnie z dobrze zdefiniowanym schemacją: blokując przyczyny choroby, eliminację mechanizmów dziedzicznych i ułatwiają warunki pacjenta. Istnieje wiele centrów, klinik i szpitali na świecie, gdzie biologowie molekularne pomagają pacjentom rozwijać nowe leczenia.

Obowiązki pracy

Obowiązki biologa molekularnego obejmują badanie procesów wewnątrz komórki (na przykład zmiany w DNA w rozwoju nowotworów). Również eksperci badają cechy DNA, ich wpływ na cały organizm i oddzielną komórkę. Takie badania są przeprowadzane, na przykład na podstawie PCR (polimerazę reakcja łańcuchowa), co pozwala przeanalizować ciało na infekcje, choroby dziedziczne i określić związek biologiczny.

Cechy wzrostu kariery

Zawód biolog molekularny jest dość obiecujący w swojej dziedzinie, a dziś twierdzi, że pierwsze miejsca w rankingu zawodów medycznych przyszłości. Nawiasem mówiąc, biolog molekularny niekoniecznie cały czas pozostanie w tej dziedzinie. Jeśli istnieje pragnienie zmiany generowania klas, może przekwalifikować się do menedżerów sprzedaży sprzętu laboratoryjnego, rozpocząć rozwijanie instrumentów do różnych badań lub otwarcie Twojej firmy.

Biologia molekularna przetrwała okres szybkiego rozwoju własnych metod badawczych, które są teraz różne od biochemii. W szczególności obejmuje metody inżynierii genetycznej, klonowanie, sztuczne wyrażenie i nocelia genów. Ponieważ DNA jest materialnym nośnikiem informacji genetycznej, biologia molekularna stała się bardzo blisko genetyki, a genetyka molekularna powstała w tym samym czasie, która jest jednocześnie sekcja genetyki i biologii molekularnej. Tak jak biologia molekularna wykorzystuje wirusy jako narzędzie do badania, wirusologii, metody biologii molekularnej służą do rozwiązania swoich zadań. Techniki obliczeniowe są zaangażowane w analizę informacji genetycznych, a zatem pojawiły się nowe kierunki genetyki molekularnej, które są czasami uważane za specjalne dyscypliny: bioinformatyka, genomika i proteomiki.

Historia rozwoju

To fundamentalne odkrycie zostało przygotowane przez długą fazę badań genetyki i biochemii wirusów i bakterii.

W 1928 r. Fryderick Griffith najpierw pokazał, że ekstrakt zabity przez ogrzewanie bakterii patogennych może przekazywać znak patogenności przez bakterie niemożliwe. Badanie transformacji bakterii w przyszłości doprowadziło do oczyszczania środka patogennego, który sprzeczny z oczekiwaniami, nie był białkiem, ale kwasem nukleinowym. Sama kwas nukleinowy nie jest niebezpieczny, przenosi tylko geny określające patogenność i inne właściwości mikroorganizmu.

W latach 50. XX wieku wykazano, że bakterie mają prymitywny proces seksualny, są w stanie wymieniać pozachromosomalne DNA, plazmidów. Odkrycie plazmidu, a także transformację, opierało się na technologii plazmidowej rozprowadzonej w biologii molekularnej. Innym ważnym odkryciem metodologii był wykrycie na początku wirusów bakterii 20. wieku, bakteriofages. Fagi mogą również nosić materiał genetyczny z jednej komórki bakteryjnej do drugiej. Zakażenie bakterii przez fagi prowadzi do zmiany składu RNA bakteryjnego. Jeśli bez fagów, skład RNA jest podobny do składu DNA bakterii, a następnie po zakażeniu RNA staje się bardziej jak bakteriofaga DNA. Stwierdzono zatem, że struktura RNA jest określona przez strukturę DNA. Z kolei szybkość syntezy białek w komórkach zależy od liczby kompleksów białek RNA. Więc został sformułowany Środkowa biologia molekularna Dogma: DNA ↔ RNA → białko.

Dalszym rozwojem biologii molekularnej towarzyszyło zarówno opracowywanie jego metodologii, w szczególności, wynalazku sposobu określenia sekwencji nukleotydowej DNA (U. Gilberta i F. Sengera, Nagroda Nobla w chemii 1980) oraz nowe odkrycia Pole badania struktury i funkcjonowania genów (patrz historia genetyki). Na początku XXI, dane uzyskano na pierwotnej strukturze całego ludzkiego DNA i szereg innych organizmów najważniejszych dla medycyny, rolnictwa i badań naukowych, które doprowadziły do \u200b\u200bkilku nowych kierunków biologii: Genomika, bioinformatyka itp .

Zobacz też

• Biologia molekularna (magazyn)
• Transkryptomiczny
• Paleontologia molekularna
• Embo - Europejska Organizacja biologów molekularnych

Literatura

• Singer M., Berg P. Geny i genomy. - Moskwa, 1998.
• Stent G., Calindar R. Genetyka molekularna. - Moskwa, 1981.
• Sambrook J., Fritsch E.f., Maniatis T. Klonowanie molekularne. - 1989.
• Patrupiev L. I. Wyraz genów. - M.: Science, 2000. - 000 s., Il. ISBN 5-02-001890-2.

Spinki do mankietów

Fundacja Wikimedia. 2010.

• Ardatov District of the Nizhny Novgorod Region
• Arzamas District of the Nizhny Novgorod Region

Oglądaj, co jest "biologii molekularnej" w innych słownikach:

BIOLOGIA MOLEKULARNA - Excelves The OSN. Właściwości i objawy życia na poziomie molekularnym. Najważniejsze kierunki M. b. Istnieją badania strukturalnie funkcjonalnej organizacji aparatu genetycznego komórek i mechanizmu wdrażania dziedzicznych informacji ... ... Biologiczny słownik encyklopedycyny

BIOLOGIA MOLEKULARNA - bada główne właściwości i objawy życia na poziomie molekularnym. Okazuje się, jak iw jakim stopniu wzrost i rozwój organizmów, przechowywania i przeniesienia informacji dziedzicznej, konwersji energii w żywych komórkach itp. Zjawiska wynika z ... Duży słownik encyklopedycki

BIOLOGIA MOLEKULARNA Nowoczesna encyklopedia.

BIOLOGIA MOLEKULARNA - Biologia molekularna, badanie biologiczne struktury i funkcjonowanie cząsteczek, z których składają się żywe organizmy. Głównymi sektorami badań obejmują właściwości fizyczne i chemiczne białek i kwasów nukleinowych, takich jak DNA. Zobacz też… … Słownik encyklopedicznego naukowego i technicznego

biologia molekularna - Sekcja Biol., Który bada podstawowe właściwości i objawy życia na poziomie molekularnym. Okazuje się, jak iw jakim stopniu wzrost i rozwój organizmów, przechowywania i przeniesienia informacji dziedzicznej, transformację energii w żywych komórkach i ... ... Słownik mikrobiologii.

biologia molekularna - - Motywy biotechnologii en molekularnej biologii ... Techniczny katalog translatora

Biologia molekularna - Biologia molekularna, bada podstawowe właściwości i objawy życia na poziomie molekularnym. Okazuje się, jak iw jakim stopniu wzrost i rozwój organizmów, przechowywania i przeniesienia informacji dziedzicznej, transformację energii w żywych komórkach i ... ... Zilustrowany słownik encyklopedycki

Biologia molekularna - Nauka, która posiada swoje zadanie, wiedzę o charakterze zjawisku życia, studiując obiekty biologiczne i systemy na poziomie zbliżającym się molekularnym, aw niektórych przypadkach osiągnięcie tego limitu. Ostateczny cel w tym samym czasie ... ... Duży radziecka Encyklopedia.

BIOLOGIA MOLEKULARNA - Badania zjawisk życia na poziomie makrocząsteczek (rozdz. Programy i nuklein do t) w strukturach bez komórek (rybosomy itp.), W wirusach, jak również w komórkach. Obiekt M. B. Ustawianie roli i mechanizmu funkcjonowania tych makroczyków opartych na ... ... Encyklopedia chemiczna

biologia molekularna - bada główne właściwości i objawy życia na poziomie molekularnym. Okazuje się, jak iw jakim stopniu wzrost i rozwój organizmów, przechowywania i przeniesienia informacji dziedzicznych, transformacji energii w żywych komórkach i innych zjawiskach ... ... Słownik encyklopedycki

Książki

• Komórki biologii molekularnej. Kolekcja zadań, J. Wilson, T. Hunt. Księga amerykańskich autorów - Załącznik KO 2 - Ulepsza edycja podręcznika "Biologia molekularna komórek" B. Alberts, D. Breya, J. Lewis itp. Zawiera pytania i zadania, których celem jest pogłębienie ...

Biologia molekularna

nauka, która posiada swoje zadanie, znajomość natury zjawisk życia poprzez studiowanie obiektów biologicznych i systemów na poziomie zbliżającym się molekularnym, aw niektórych przypadkach osiągnięcie tego limitu. Ostatecznym celem jest dowiedzieć się, jak iw jakim stopniu charakterystyczne przejawy życia, takie jak dziedziczność, rozmnażają się podobnie, biosyntezę białek, pobudliwość, wzrost i rozwój, przechowywanie i przeniesienie informacji, przekształcenie energii, mobilność itp Struktura, właściwości i interakcja biologicznie ważnych cząsteczek, przede wszystkim dwie główne klasy biopolimerów o wysokiej masie cząsteczkowej (patrz biopolimery) - białka i kwasy nukleinowe. Charakterystyczna cecha M. B. - Badanie zjawisk życia na nie mieszkalne lub tych, którzy są nieodłącznymi w najbardziej prymitywnych objawach życia. Są to formacje biologiczne z poziomu komórkowego i poniżej: organelle subkomórkowe, takie jak izolowane jądra komórek, mitochondria, rybosomy, chromosom, membrany komórkowe; Następne - systemy stojące na granicy żywego i nieożywionego natury - wirusy, w tym bakteriofages, a kończąc cząsteczkami najważniejszych składników żywych materiałów - kwasy nukleinowe (patrz kwasy nukleinowe) i białka (patrz białka).

M. b. - nowy zakres nauk przyrodniczych, ściśle związany z długotrwałymi obszarami studiów, które są objęte biochemią (patrz biochemia), biofizyki (patrz biofizyka) i chemii bioorganicznej (patrz bioorganiczna chemia). Wyróżnienie jest tutaj możliwe tylko na podstawie rachunkowości stosowanych metod i na głównym charakterze zastosowanych podejść.

Fundacja, na której opracowano M. B, został położony przez takie nauki, jak genetyka, biochemia, fizjologia procesów elementarnych itp. Według początków jego rozwoju, M. B. Nagrywanie z genetyką molekularną (patrz genetyka molekularna) , który nadal ma ważną część M. b., Chociaż został utworzony już w dużej mierze w niezależnej dyscyplinie. Wykonanie M. B. Z biochemii podyktowanej następującymi względami. Zadania biochemii ograniczają się głównie do oświadczenia o pewnym miejscu substancje chemiczne z pewnymi funkcjami biologicznymi i procesami i wyjaśnieniem charakteru ich transformacji; Wartość wiodąca należy do informacji o reaktywności i głównych cechach struktury chemicznej wyrażonej przez zwykłą formułę chemiczną. T. o. Zasadniczo uwaga koncentruje się na transformacjach wpływających na główne wyzwania. Tymczasem L. Pauling Om jest podkreślony , w systemy biologiczne Manifestacje istotnej aktywności powinny być przydzielane przez niekompszechnieszkodliwe obligacje działające w ramach tej samej cząsteczki, ale różnorodne rodzaje obligacji, które powodują oddziaływaje międzycząsteczkowe (elektrostatyczne, van der taj, wiązania wodorowe itp.).

Ostateczny wynik badania biochemicznego może być reprezentowany w postaci układu równań chemicznych, zwykle całkowicie wyczerpujący przez ich obraz na płaszczyźnie, tj. W dwóch wymiarach. Charakterystyczna cecha M. B. jest jego trójwymiarowością. Istota M. b. M. Perus jest postrzegany, aby interpretować funkcje biologiczne w koncepcjach struktury molekularnej. Można powiedzieć, że jeśli wcześniej, studiując obiekty biologiczne, konieczne było odpowiedzieć na pytanie "że", czyli, jakie substancje są obecne, a pytanie "gdzie" - w którym tkanki i organy, a następnie M. B. stawia swoje zadanie, aby uzyskać odpowiedzi na pytanie "Jak", przynosząc istotę roli i udziału całej struktury cząsteczki, a na pytania "dlaczego" i "dlaczego", dowiedz się, z jednej strony, związek Pomiędzy właściwościami cząsteczki (ponownie, przede wszystkim, białka i kwasy nukleinowe) oraz funkcje przeprowadzane przez niego, a z drugiej strony rolę takich indywidualnych funkcji w ogólnym kompleksie manifestacji życia.

Kluczowa rola została nabyta przez wzajemne rozwiązanie atomów i ich ugrupowań wspólna struktura Makromolecyków, ich relacje przestrzenne. Dotyczy to zarówno indywidualnych, indywidualnych, komponentów i ogólnej konfiguracji cząsteczki jako całości. Wynika to w wyniku występowania ściśle deterministycznej struktury objętościowej cząsteczki biopolimerowej nabywając te właściwości, dzięki której okażą się, aby móc służyć jako podstawy funkcji biologicznych. Ta zasada podejścia do badania życia jest najbardziej charakterystyczną, typową linią M. b.

Historyczne odniesienie. Ogromne znaczenie badań problemów biologicznych na poziomie cząsteczkowym przewidzianym I. P. Pavlov , Kto mówił o ostatnim etapie nauki o życiu - fizjologii żywej cząsteczki. Termin "M. b. " Po raz pierwszy angielski był używany. Naukowy U. Astbury w załączniku do badań związanych z wyjaśnieniem zależności między strukturą molekularną a właściwościami fizycznymi i biologicznymi białkami fibrylarnymi (włóknistą), takich jak kolagen, fibryna krwi lub białka skurczowe mięśni. Szeroko stosuje termin "M. b. " stal od początku lat 50-tych. 20 V.

Pojawienie się M. b. Ponieważ formowana nauka jest zwyczajowa do 1953 r., Kiedy J. Watson Om i F. Creek OM w Cambridge (Wielka Brytania) ujawnili trójwymiarową strukturę kwasu deoksyrybonukleinowego (patrz kwas deoksyrybonukleinowy) (DNA). Umożliwiło to porozmawiać o tym, jak szczegóły tej struktury określają funkcje biologiczne DNA jako materialnego przewoźnika dziedzicznych informacji. Zasadniczo DNA stał się nieco znany wcześniej o tej roli (1944) w wyniku prac amerykańskiej genetyki OT Avery z pracownikami (patrz Genetyka molekularna), ale nie wiadomo, z jakim tym zakresem tej funkcji zależy struktura molekularna DNA. Było to możliwe tylko po laboratoriach UL Bragg (patrz Bragg - Wulf Stan), J. Bernal A i innych. Opracowano nowe zasady analizy strukturalnej rentgenowskiej, co zapewniło wykorzystanie tej metody szczegółowej znajomości Struktura przestrzenna makrouków białek i kwasów nukleinowych.

Poziom organizacji molekularnej. W 1957 r. Kendrew zainstalował trójwymiarową strukturę Mioglobin A , W kolejnych latach wykonano to przez M. Peruz przeciwko Hemoglobinowi a. Sformułowano pomysły na różne poziomy organizacji przestrzennej makrocecyle. Podstawową strukturą jest sekwencja poszczególnych jednostek (monomerów) w łańcuchu powstałej cząsteczki polimerowej. W przypadku białek monomery są aminokwasami , Dla kwasów nukleinowych - nukleotydów. Liniowy, nitkowaty cząsteczkę biofolimeru w wyniku wiązań wodorowych, ma możliwość dopasowania w określony sposób w przestrzeni, na przykład, w przypadku białek, jak L. Poling wykazywał, aby uzyskać kształt helisy. Jest to oznaczone jako struktura wtórna. O strukturze trzeciorzędowej powiedzą, gdy posiada cząsteczkę struktura wtórnaJest dalej składany w taki czy inny sposób, napełniając trójwymiarową przestrzeń. Wreszcie cząsteczki z trójwymiarową strukturą mogą wejść do interakcji, naturalnie zlokalizowane w przestrzeni względem siebie i tworząc to, co jest oznaczone jako struktura czwartorzędowa; Jego poszczególne elementy są zwykle nazywane podjednostkami.

Najbardziej wizualny przykład tego, jak molekularna trójwymiarowa struktura określa biologiczne funkcje cząsteczki, służy jako DNA. Posiada strukturę podwójnej spirali: dwa wątki pochodzące w przeciwnym kierunku (przeciw równolegle), jeden wokół innego, tworząc podwójną spiralną o wzajemnie uzupełniającej lokalizacji podstawy, tj. Tak więc w stosunku do pewnej zasady jednego łańcucha W innej podstawie łańcucha najlepszym sposobem Zapewnia tworzenie wiązań wodorowych: Adepina (A) tworzy parę z tymianą (t), guaniną (G) - z cytozyną (C). Taka struktura tworzy optymalne warunki dla najważniejszych funkcji biologicznych DNA: ilościowe rozmnażanie dziedzicznych informacji w procesie podziału komórek przy zachowaniu jakościowej niezmienności tego przepływu informacji genetycznej. Podczas dzielącej się komórki gwintowej podwójnej spirali DNA, która służy jako matryca lub szablon, mutację i na każdym z nich, komplementarny nowy gwint jest zsyntetyzowany pod działaniem enzymami. W wyniku tego, dwie prawidłowo identyczne cząsteczki córki (patrz komórkę, Mitz) otrzymuje się z jednej cząsteczki matki DNA.

Również w przypadku hemoglobiny okazało się, że jego funkcja biologiczna - zdolność do odwracani do przyłączenia tlenu do płuc, a następnie dawać go do tkanek - jest ściśle związany z osobliwością trójwymiarowej struktury hemoglobiny i jego zmian Proces wdrażania fizjologicznej roli w efekcie. W przypadku wiązania i dysocjacji O2, zmiany przestrzenne konformacji cząsteczki hemoglobiny występują, co prowadzi do zmiany powinowactwa z żelaznych atomów zawartych w nim do tlenu. Zmiany w wielkości cząsteczki hemoglobiny, przypominają zmiany w ilości klatki piersiowej podczas oddychania, pozostawiono do nazwy hemoglobiny "światło molekularne".

Jedną z najważniejszych cech żywych przedmiotów jest ich zdolność do lepszego dostosowania wszystkich przejawów życia. Główny wkład M. b. W odkrywkach naukowych konieczne jest rozważenie ujawnienia nowego, nieznanego mechanizmu regulacyjnego, oznaczonego jako efekt altogeterteric. Składa się na zdolność substancji o niskiej masie cząsteczkowej - tak dalej. Ligands - modyfikuj specyficzne funkcje biologiczne makrocząsteczki, głównie aktywnych katalitycznie białek - enzymy, hemoglobin, białka receptora zaangażowane w budowę błon biologicznych (patrz membrany biologiczne), w transmisji synaptycznej (patrz synapsy) itp.

Trzy strumień biotyczny.W świetle reprezentacji M. B. Zestaw zjawisk życia można oglądać w wyniku kombinacji trzech strumieni: przepływu materii, który jest jego ekspresją w fenomenach metabolicznych, tj. Asymulacja i zaproszenie; Strumień energii, która jest moc jazdy. do wszystkich przejawów aktywności życiowej; I przepływ informacji, który przenika nie tylko różnorodność rozwoju i istnienia każdego organizmu, ale także ciągłej serii pokoleń wraz z zastąpieniem. Jest to idea przepływu informacji wprowadzonych do doktryny świata żywego przez rozwój M. b., Nakłada na to jego specyficzny, unikalny nadruk.

Najważniejsze osiągnięcia biologii molekularnej. Wirujące, zakres i głębokość wpływów M. b. W celu sukcesu w wiedzy o rdzennych problemach badanie dzikiej przyrody jest dość porównywane, na przykład, wraz z wpływem teorii kwantowej na rozwój fizyki atomowej. Dwa wewnętrznie warunki określały ten efekt zrewolucjonizujący. Z jednej strony decydująca rola odgrywa wykrywanie możliwości studiowania najważniejszych przejawów aktywności istotnej w najprostszych warunkach zbliżających się do rodzaju eksperymentów chemicznych i fizycznych. Z drugiej strony, w wyniku określonej okoliczności, nastąpiło szybkie włączenie znacznej liczby przedstawicieli dokładne naukę - fizycy, chemicy, krystrofy, a następnie matematycy - w rozwoju problemów biologicznych. W swoim kruszywie okoliczności te doprowadziły do \u200b\u200bniezwykle szybkiego tempa rozwoju M. b., Liczba i znaczenie jej sukcesu osiągnięte w ciągu zaledwie dwóch dekad. Nie jest to pełna lista tych osiągnięć: ujawnienie struktury i mechanizmu funkcji biologicznej DNA, wszystkie rodzaje RNA i Ribosomów (patrz Ribosomy) , Ujawnienie kodu genetycznego (patrz kod genetyczny) ; Otwarcie odwrotnej transkrypcji (patrz transkrypcja) , I.E. Synteza DNA na matrycy RNA; badanie mechanizmów funkcjonowania pigmentów układu oddechowego; Otwarcie struktury trójwymiarowej i jego funkcjonalnej roli w działaniu enzymów (patrz enzymy) , Zasada syntezy matrycy i mechanizmów biosyntezy białkowych; Ujawnienie struktury wirusów (patrz wirusy) i mechanizmy ich replikacji, podstawowej i częściowej struktury przestrzennej przeciwciał; Izolacja poszczególnych genów , substancja chemiczna, a następnie biologiczna (enzymatyczna) synteza genu, w tym człowiek, poza komórką (in vitro); Przeniesienie genów z jednego organizmu do drugiego, w tym w ludzkich komórkach; szybko rozszyfrował strukturę chemiczną rosnącej liczby pojedynczych białek, głównie enzymów, a także kwasów nukleinowych; Wykrywanie zjawisk "samodzielnego montażu" pewnych biologicznych przedmiotów ciągłej złożoności, od cząsteczek kwasu nukleinowego i przenoszenie do enzymów wielokomponentów, wirusów, rybosomów itp.; Filmowanie alkoholu i innych podstawowych zasad regulacji funkcji i procesów biologicznych.

Redukcjonizm i integracja. M. b. Jest to ostatni etap tego kierunku w badaniu żywych przedmiotów, który jest oznaczony jako "redukcjonizm", tj. Pragnieniem zmniejszenia złożonych funkcji życia do zjawisk płynących na poziomie cząsteczek, a zatem dostępne do badania metod fizyki i chemii . Osiągnięty przez M. B. Sukcesy wskazują na skuteczność tego podejścia. Jednocześnie konieczne jest wziąć pod uwagę, że w warunkach naturalnych w komórce, tkaninie, organach i całym ciele mamy do czynienia z systemami rosnącego stopnia komplikacji. Takie systemy są utworzone z elementów niższego poziomu według regularnej integracji w integralności, zdobywając organizację strukturalną i funkcjonalną oraz posiadać nowe właściwości. Dlatego też, jak wiedza o przepisach dotyczących wzorców dostępnych do ujawnienia na poziomie molekularnym i przylegającym, przed M. B. Zadania wiedzy mechanizmów integracyjnych jako linia dalszego rozwoju w badaniu zjawisk życia. Punktem wyjścia służy tutaj jako badanie sił międzyokularnych interakcji - wiązań wodorowych, van der Waals, siły elektrostatyczne itp. I tak dalej. Jego całość i lokalizacja przestrzenna, tworzą to, co można wyznaczyć jako "Informacje integracyjne". Należy postrzegać jako jedną z głównych części wspomnianych informacji. W regionie M. b. Przykładami integracji mogą być zjawiskiem samodzielnego montażu złożonych formacji z mieszaniny ich składników. Obejmuje to na przykład, tworzenie się białek wielokomponentów z ich podjednostek, tworzenie wirusów z części składowych - białka i kwas nukleinowy, przywrócenie oryginalnej struktury rybosome po oddzielaniu ich białek i składników nukleinowych itp. Badanie tych zjawisk Jest bezpośrednio związany z wiedzą na temat zjawisk głównych "Rozpoznawanie» Cząsteczki biopolimerów. Rozmawiamy o odkryciu, które kombinacje aminokwasów - w białkach cząsteczkach nukleotydowych - w kwasach nukleinowych współdziałają ze sobą w procesach stowarzyszenia poszczególnych cząsteczek w celu tworzenia kompleksów ściśle specyficznych, wstrzykiwanie określonej kompozycji i struktury. Obejmuje to procesy tworzenia złożonych białek z ich podjednostek; Ponadto, selektywne wzajemność między cząsteczkami kwasów nukleinowych, takich jak transport i matryca (w tym przypadku, znacznie rozszerzył nasze informacje ujawniające kodeks genetyczny); Wreszcie jest to tworzenie wielu rodzajów struktur (na przykład, rybosomy, wirusy, chromosomy), w których są również zaangażowane białka i kwasy nukleinowe. Ujawnienie odpowiednich wzorców, znajomość "języka" leżącego u podstaw określonych interakcji jest jednym z najważniejszych obszarów M. B., wciąż czekając na jego rozwój. Obszar ten jest uważany za należący do liczby fundamentalnych problemów dla całej biosfery.

Zadania biologii molekularnej. Wraz z ważnymi zadaniami M. B. (Znajomość ustawodawstw "Uznawanie", samozasłużone i integracji) Obecny kierunek poszukiwania naukowego najbliższej przyszłości jest rozwój metod, które umożliwiają odszyfrowanie struktury, a następnie trójwymiarową organizację przestrzenną o wysokiej masie cząsteczkowej kwasy nukleinowe. W tym czasie osiąga się to w odniesieniu do całkowitego planu trójwymiarowej struktury DNA (Double Helix), ale bez dokładnej znajomości swojej podstawowej struktury. Szybkie sukcesy w rozwoju metod analitycznych umożliwiają czekanie na osiągnięcie tych celów w nadchodzących latach. Oczywiście, głównym składkami pochodzą z przedstawicieli jednostek pokrewnych, przede wszystkim fizyki i chemii. Wszystkie najważniejsze metody, z których stosowanie pod warunkiem, że pojawienie się i sukcesy M. b., Zostały zaproponowane i opracowane przez fizycy (ultrawiracja, analiza strukturalna rentgenowska, mikroskopia elektronowa, jądrowa rezonans magnetyczny itp.). Prawie wszystkie nowe podejścia do eksperymentalnych fizycznych (na przykład stosowanie komputera, synchrotronu lub hamulca, promieniowania, technologii laserowej itp.) Otwórz nowe możliwości dla dogłębnej badania problemów M. B. Wśród najważniejszych zadań praktycznych natury odpowiedź, na którą oczekuje się od M. b., W pierwszej kolejności występuje problem z fundamentami molekularnymi wzrostu złośliwego wzrostu, a następnie ścieżki ostrzegawcze i być może pokonując choroby dziedziczne - " Choroby molekularne "(patrz choroby molekularne). O wielkiej wagi będzie wyjaśnić podstawy molekularne katalizy biologicznej, tj. Działania enzymów. Wśród najważniejszych współczesnych kierunków M. B. Pragnienie rozszyfrowania mechanizmów molekularnych działań hormonów (patrz hormony) , Substancje toksyczne i lekowe, a także dowiedzieć się o szczegółach struktury molekularnej i funkcjonowanie takich struktur komórek, ponieważ membrany biologiczne zaangażowane w regulację procesów przenikania i substancji transportowych. Bardziej odległe cele M. b. - Znajomość natury procesów nerwowych, mechanizmów pamięci (patrz pamięć) itp. Jedna z ważnych wyłaniających się sekcji M. b. - T. N. Inżynieria genetyczna, która umieszcza jego zadanie, ukierunkowane przez aparat genetyczny (genom om) organizmów żywych, począwszy od mikrobów i niższej (pojedynczej komórki) i kończąc osobę (w tym drugim przypadku, przede wszystkim, aby Radykalne traktowanie chorób dziedzicznych (patrz choroby dziedziczne) i korekta wad genetycznych). O bardziej rozbudowanych interwencji w zasadzie genetycznej osoby mogą być częścią mniejszej odległości, ponieważ powstaje poważne przeszkody zarówno do przyrody technicznej, jak i politycznej. W odniesieniu do mikrobów, roślin i ewentualnie S.-H. Zwierzęta takie perspektywy są bardzo zachęcające (na przykład, uzyskując odmiany roślin uprawnych z urządzeniami do mocowania azotu z powietrza i nie potrzebują nawozu). Opierają się na sukcesie już osiągniętej: odizolowany i syntezy genów, przeniesienie genów z jednego organizmu do drugiego, stosowanie masowych kultur komórek jako producentów ważnych substancji gospodarczych lub medycznych.

Organizacja badań na biologii molekularnej. Szybki rozwój M. B. Prowadził do pojawienia się dużej liczby specjalistycznych ośrodków badawczych. Kwota ich szybko wzrasta. Największa: w Wielkiej Brytanii - laboratorium biologii molekularnej w Cambridge, Royal Institute w Londynie; We Francji - Instytuty Biologii Molekularnej w Paryżu, Marsylia, Strasbour, Instytut Pasteur; W USA - departamenty M. B. Na uniwersytetach i instytutach w Bostonie (Uniwersytet Harvard, Massachusetts instytut Technologiczny), San Francisco (Berkeley), Los Angeles (California Institute of Technology), Nowy Jork (Rockefeller University), instytuty zdrowia w postawionych itp.; W Niemczech - Instytuty Max Planck, uniwersytety w Gottingen i Monachium; W Szwecji - Instytut Caroline w Sztokholmie; W GDR - Centralny Instytut Biologii Molekularnej w Berlinie instytuty w Jena i Galle; Na Węgrzech - Centrum biologiczne w Szeged. W ZSRR pierwszy specjalistyczny Instytut M. B. został stworzony w Moskwie w 1957 roku w Akademii ZSRR (patrz ); Następnie powstały: Instytut Chemii Bioorganicznej Akademii ZSRR ZSRR w Moskwie, Instytut Białka w Pushchinie, Wydział Biologiczny w Instytucie Energii Atomowej (Moskwa), Wydziały M. B. W instytucjach oddziału Syberyjskiego Akademii Nauk w Nowosybirsku, wściekły Laboratorium Bioorganicznej Chemii Uniwersytetu Moskiewskiego, sektora (wówczas instytutu) biologii molekularnej i genetyki Akademii ZSRR w Kijowie; Istotne prace nad M. B. Prowadzić w Instytucie połączenia o wysokiej masie cząsteczkowej W Leningradzie, w wielu działach i laboratoriach Akademii Nauk o ZSRR i innych działów.

Wraz z indywidualnymi centrami badawczymi były organizacje szerszej skali. W Europie Zachodniej, Europejska Organizacja M. B. (Embo), w którym uczestniczy ponad 10 krajów. W ZSRR, w Instytucie Biologii Molekularnej w 1966 r. Rada naukowa na M. B., która koordynuje i organizuje centrum w tej dziedzinie wiedzy. Udostępnili obszerną serię monografii na najważniejszych sekcjach M. b., "Szkoły zimowe" na M. B., Konferencje i sympozjanie w sprawie tematycznych zagadnień M. B są regularnie utrzymywane. W przyszłości, porady naukowe na M. B. Stworzony w AMN z ZSRR i wielu Republikańskich Akademii Nauk. W latach 1966 znajduje się magazyn "biologia molekularna" (6 kwestii rocznie).

W stosunkowo krótkim okresie w ZSRR wzrósł znaczące oderwanie naukowców w dziedzinie M. B; Są to naukowcy seniorów, którzy częściowo przełączyli swoje interesy z innych regionów; W głównej masie są to licznych młodych badaczy. Spośród wiodących naukowców, którzy przyjęli aktywny udział w tworzeniu i rozwoju M. B. W ZSRR można nazwać takie jak A. A. Baev, A. N. Belozersky, A. E. Braunstein, Yu. A. OvChinnikov, A. S. Spirin, M. M. Shemyakin, V. A. Engelgardt. Nowe osiągnięcia M. b. A genetyka molekularna będzie ułatwiona decyzją Centralnego Komitetu CPSU i Rady Ministrów ZSRR (maj 1974 r.) W sprawie środków w celu przyspieszenia rozwoju biologii molekularnej i genetyki molekularnej oraz wykorzystanie ich osiągnięć w gospodarka narodowa ".

OŚWIETLONY: Wagner R., Mitchell G., genetyka i metabolizm, trans. z angielskiego, M., 1958; Saint-różnią się i A., bioenergetyka, za. z angielskiego, M., 1960; ANFINSEN K., Podstawy molekularne ewolucji, na. z angielskiego, M., 1962; Stanley W., Walenes E., wirusy i natura życia, pióra. z angielskiego, M., 1963; Genetyka molekularna, na. z. Angielski, część 1, M., 1964; Volkenstein M. V., cząsteczki i życie. Wprowadzenie do biofizyki molekularnej, M., 1965; Gaurovits F., chemia i białka, pióra. z angielskiego, M., 1965; Bresler S. E., wprowadzenie do biologii molekularnej, 3 ed., M. - L., 1973; Ingram V., biosyntezy makrocząsteczki, na. z angielskiego, M., 1966; Engelgardt V. A., biologia molekularna w CN: Rozwój biologii w ZSRR, M., 1967; Wprowadzenie do biologii molekularnej, na. z angielskiego, M., 1967; Watson J., biologia molekularna genu, za. z angielskiego, M., 1967; Finean j., biologiczne ultrastruktury, za. z angielskiego, M., 1970; Bendall J., mięśnie, cząsteczki i ruch, na. z angielskiego, M., 1970; Och, M., Kod biologiczny, za. z angielskiego, M., 1971; Molekularna biologia wirusów, M., 1971; Podstawy molekularne biosyntezy białkowej, M., 1971; Bernhard C., struktura i funkcja enzymu, na. z angielskiego, M., 1971; Spirin A. S., Gavrilova L. P., Ribosome, 2 ed., M., 1971; Frankel-Konrat H., chemia i biologia wirusów, za. z angielskiego, M., 1972; Smith K., Henouwt F fotobiologii molekularnej. Procesy inaktywacji i odzyskiwania, na. z angielskiego, M., 1972; Harris, podstawy biochemicznej genetyki osoby, pasa. Od angielskiego, M., 1973.

V. A. Engelgardt.

Świetna radziecka encyklopedia. - m.: Encyklopedia radziecka. 1969-1978 .