Co studiuje biologię molekularną. Przedmiot, zadania i cele biologii molekularnej

Biologia molekularna / m ə. l.ɛ doJOT.ʊ l.ər. / Jest to gałąź biologii, w odniesieniu do molekularnej podstawy aktywności biologicznej między biojęcamiami w różnych systemach komórkowych, w tym interakcji między DNA, RNA, białek i ich biosyntezę, a także rozporządzeniem tych interakcji. Napisz B. natura W 1961 r. Astbury opisał biologię molekularną:

Nie tyle techniki jako podejścia, podejście z punktu widzenia tzw. Nauk podstawowych z wiodącym pomysłem na znalezienie poniżej manifestacji na dużą skalę klasycznego biologii dla odpowiedniego planu molekularnego. W szczególności jest zainteresowany formy Cząsteczki biologiczne i [...] głównie trójwymiarowe i strukturalnie - co nie znaczy jednak, że jest to tylko wyjaśnienie morfologii. Musi jednocześnie zbadać geneza i funkcje.

Stosunek do innych nauk biologicznych

Naukowcy w dziedzinie biologii molekularnej stosują określone metody rosnącej biologii molekularnej, ale coraz więcej łączą je z metodami i pomysłami z genetyki i biochemii. Istnieje nie określona linia między tymi dyscyplinami. Jest to pokazane w poniższym schorzeniu, który przedstawia jeden możliwy rodzaj relacji między polami:

• Biochemia jest badaniem chemikaliów i istotnych procesów w żywych organizmach. Biochemici trudno skupić się na ról, funkcjach i strukturach biomoleków. Badanie chemii procesów biologicznych i syntezy modułu aktywnego biologicznie z przykładami biochemii.
• Genetyka jest badaniem wpływu różnic genetycznych w organizmach. Może to często usuwać normalny składnik (na przykład gen). Badanie "mutantów" jest organizowane przez jeden lub więcej elementów funkcjonalnych w odniesieniu do tak zwanego "typu dzikiego" lub normalnego fenotypu. Interakcje genetyczne (epistasis) są często mylone przez proste interpretacje takich badań "nokautów".
• Biologia molekularna Jest to badanie procesów molekularnych replikacji, transkrypcji, tłumaczeń i procesów komórkowych. Główny dogmat biologii molekularnej, gdzie materiał genetyczny jest przepisany w RNA, a następnie przetłumaczony na białko, pomimo rozległym, nadal zapewnia dobry punkt wyjścia do zrozumienia pola. Obraz został zmieniony w świetle pojawiających się nowych ról RNA.

Metody biologii molekularnej

Klonowanie molekularne.

Jedną z najbardziej podstawowych metod biologii molekularnej do badania funkcji białek jest klonowanie molekularne. W tej technice DNA kodujący białko, które jest interesujące sklonowane z reakcją łańcuchową polimerazy (PCR) i / lub enzymy restrykcyjne w plazmidzie (wektor ekspresyjny). Wektor ma 3 charakterystyczne cechy: początek replikacji i witryny wielokrotnego klonowania (MCS) oraz znacznik selektywny, z reguły, z odpornością na antybiotyki. Powyższa witryna z klonowaniem jest terenami promotorowymi i transkrypcjami inicjacji, które regulują ekspresję klonowanego genu. Ten plazmid można włożyć do komórek bakteryjnych lub zwierzęcych. Podawanie DNA do komórek bakteryjnych można wykonać poprzez przekształcenie z absorpcją gołego DNA, koniugacji za pomocą kontaktów międzykomórkowych lub transdukcji przy użyciu wektora wirusowego. Wprowadzenie DNA do komórek eukariotycznych, takich jak komórki zwierzęce, o środkach fizycznych lub chemicznych, nazywa się transfekcją. Dostępne są kilka różnych metod transfekcji, takich jak fosforan transfekcji, elektroporację, mikroinjection i transfekcja liposomalna. Plazmid może być zintegrowany z genomem, który prowadzi do stabilnego transfekcji lub może pozostać niezależny od genomu, zwany procesami transformacji przemijającymi.

Można teraz wyrażać bieżące białka z kodowaniem DNA, obecnie wewnątrz komórki i białek. Różnorodność systemów, takich jak indukowane promotory i specyficzne czynniki sygnalizacyjne komórkowe, które pomogą wyrazić zainteresowanie białka na wysokim poziomie. Duże ilości białka można następnie ekstrahować z komórki bakteryjnej lub eukariotycznej. Białko można sprawdzić pod kątem aktywności enzymatycznej w różnych sytuacjach, białko może być krystalizowane zatem jego struktura trzeciorzędowa może być badana, lub w przemyśle farmaceutycznym, aktywność nowych leków przeciwko białko może być zbadana.

Reakcja łańcuchowa polimerazy

MacroCeules blotting and bada

Warunki północny , zachód i orientalny Blotting dostaje się z tego, co pierwotnie było biologia molekularna żart, który grał w terminie Sarewnet. Po tej technice opisanej przez Edwin Southern dla zmieszanej hybrydyzacji DNA. Patricia Thomas, deweloper RNA - blotting, który był następnie znany jako północny - Blotling. , Nie tak naprawdę używaj tego terminu.

Sauternibotting.

Nazwany na cześć jego wynalazcy, biolog Edwin South, a następnie Sarew - Bot jest metodą badania na obecność określonej sekwencji DNA w próbce DNA. Próbki DNA przed lub po enzymu restrykcyjnym (RESTRTICTASIS) trawienia są oddzielone elektroforeza w żelu, a następnie przeniesiony do membrany przy użyciu blotowania przy użyciu działania kapilarnego. Membrana jest następnie narażona na oznaczoną sondę DNA, która ma sekwencję podstawową, aby dodać sekwencję na temat zainteresowania DNA. Southern blotting jest mniej szeroko stosowany w laboratorium naukowym ze względu na zdolność innych metod, takich jak PCR, aby wykryć sekwencje specyficzne dla DNA z próbek DNA. Kombony te są nadal używane do niektórych zastosowań, takich jak pomiar transgenu liczby kopii na myszy transgenicznych lub w inżynierii genu linii nokautowych komórek macierzystych.

Północny Blotling.

Północna mapa blotów.

Blotting East.

Badania kliniczne i metody leczenia wynikające z biologii molekularnej są częściowo objęte terapią genową. Zastosowanie biologii molekularnej lub biologii komórek molekularnych podejść w medycynie jest obecnie nazywany lekiem molekularnym. Biologia molekularna odgrywa również ważną rolę w rozumieniu edukacji, działań i przepisów różnych części komórek, które mogą być stosowane do skutecznego docelowego docelowych leków, diagnostyki choroby i zrozumieć fizjologię komórki.

dalsze czytanie

• Cohen, SN, Chang, NKD, Boyer, H. & Heling, RB Budowa biologicznie funkcjonalnych bakteryjnych plazmidów in vitro. .

1. Wstęp.

Obiekt, zadania i metody biologii molekularnej i genetyki. Wartość "klasycznej" genetyki i genetyki mikroorganizmów w tworzeniu biologii molekularnej i inżynierii genetycznej. Pojęcie genu w genetyce "klasycznej" i molekularnej, jego ewolucji. Wkład metodologii inżynierii genetycznej w rozwoju genetyki molekularnej. Zastosowana wartość inżynierii genetycznej dla biotechnologii.

2. Baza molekularna dziedziczności.

Koncepcja komórki, jego kompozycja makromolekularna. Charakter materiału genetycznego. Historia dowodów funkcji DNA genetycznego.

2.1. Różne rodzaje kwasów nukleinowych. Biologiczne funkcje kwasów nukleinowych. Struktura chemiczna, struktura przestrzenna i właściwości fizyczne kwasów nukleinowych. Cechy struktury materiału genetycznego PRO - i EUKARAROTES. Uzupełniające pary bazy krzymień Wastsona. Kod genetyczny. Historia rozszyfrowania kodu genetycznego. Główne właściwości kodu: Triplet, kod bez przecinków, degeneracy. Cechy słownika kodów, rodziny Codon, semantyczny i "bezsensownych" kodonów. Cząsteczki pierścieniowe DNA i koncepcja DNA Supermocle. Topoizomery DNA i ich typy. Mechanizmy topoizomerazy działania. Bakterie DNA Giase.

2.2. Transkrypcja DNA. Certyfikat polimerazy RNA, jego podjednostka i struktura trójwymiarowa. Różnorodność czynników Sigma. Promotor genów belki prokary, jej elementy strukturalne. Etapy cyklu transkrypcji. Rozpoczęcie, edukacja "Open Complex", Wydłużenie i zakończenie transkrypcji. Tłumienie transkrypcyjne. Regulacja ekspresji tryptofanu operonu. "Rigiopers". Mechanizmy zakończenia transkrypcji. Ujemne i dodatnie rozporządzenie na transkrypcję. Operon laktozy. Rozporządzenie transkrypcyjne w rozwoju faga lambda. Zasady rozpoznawania białek regulacyjnych DNA (SAR Białka i Represoror Lambda). Cechy transkrypcji w Eukariota. Przetwarzanie RNA w Eukariotach. Tiging, splasy i poliadenylowanie transkryptów. Mechanizmy spotsingu. Rola małych czynników RNA i białka jądrowego. Alternatywne splasy, przykłady.

2.3. Nadawanie, Jej etapy, funkcja rybosoma. Lokalizacja rybosomów w komórce. Rodzaje rybosomów prokariotycznych i eukariotycznych; Ribosomy 70. i 80.. Ribosoma morfologii. Division dla podstronników (podjednostek). Wiązanie zależne do kodonu związku aminoacil-trna w cyklu wydłużania. Interakcja kodu-anty-chodonowa. Udział czynnika EF1 EF1 (EF-TU) w wiązaniu aminoacil-trna z rybosoma. Współczynnik wydłużenia EF1B (EF-TS), jego funkcja, sekwencja reakcji z jego udziałem. Antybiotyki wpływające na etap zabezpieczenia zależnego dla kodonów wiązania aminoacil-trna z rybosomem. Aminoglikosidate antybiotyki (Streptomycyna, Neomycyna, Kanamycyna, Gentamycyna itp.), Mechanizm ich działania. Tetracyls jako inhibitory wiązania aminocyl-trad z rybosomem. Inicjacja tłumaczenia. Główne etapy procesu inicjacji. Inicjowanie translacji w Prokaryotm: Czynniki inicjacyjne, Codons inicjatorów, 3 ¢ RNA RNA RNA-RNA-RNA-RNA-RNA i sekwencja łańcucha-Dallarno w mRNA. Inicjacja Tłumaczenia EUCARIOT: Czynniki inicjujące, cykony inicjatorów, 5 ¢ obszarze i inicjacja "końska zależna od CEP). "Wewnętrzny" inicjacja niezależna od CEP w eukariotach. Transpeptydacja. Inhibitory transpeptedycyjne: chloramfenikol, lincomycyna, amizetyna, streptogramy, anisomycyna. Translokacja. Udział czynnika wydłużenia EF2 (EF-G) i GTF. Inhibitory translokacji: kwas fusidyczny, vyomycyna, ich mechanizmy działania. Zakończenie transmisji. Zakończenie kodonów. Czynniki białkowe do zakończenia prokariotów i eukariotów; Dwie klasy czynników wypowiedzenia i mechanizmów ich działania. Regulacja tłumaczenia w prokariotach.

2.4. replikacja DNA i jego kontrola genetyczna. Polimerancje związane z replikacją, charakterystyczną dla ich aktywności enzymatycznej. Dokładność reprodukcji DNA. Rola interakcji sterycznych między parami baz DNA pod replikacją. Polymerazę I, II i III E. coli. Polimeraza Subunita III. Plug replikacja, wątki "prowadzące" i "opóźnione" w przypadku replikacji. Fragmenty świadczenia. Kompleks białkowy w rozwidleniu replikacji. Regulacja inicjacji replikacji w E. Soli. Zakończenie replikacji przez bakterie. Cechy regulacji replikacji plazmidowej. Dwukierunkowa replikacja i replikacja według rodzaju pierścienia walcowego.

2.5. Rekombinacja, Jej typy i modele. Ogólna lub homologiczna rekombinacja. DNNA podwójne luki, inicjowanie rekombinacji. Rola rekombinacji w zaspokajaniu poopuszczalni szczelin dwuwymiarowych. Struktura wzgórza w modelu rekombinacji. Enzymologia ogólnej rekombinacji w E. coli. Kompleks RECBCD. RECA białko. Rola palcowania w zapewnieniu syntezy DNA podczas uszkodzenia DNA Replikacja przerywania. Rekombinacja w Eukarot. Enzymy rekombinacji w Eukarot. Rekombinacja specyficzna dla witryny. Różnice w mechanizmach molekularnych rekombinacji ogólnej i specyficznej w miejscu. Klasyfikacja rekombinazy. Rodzaje przestawności chromosomowych przeprowadzonych w rekombinacji specyficznej w miejscu. Rola regulacyjna rekombinacji specyficzna w miejscu w bakteriach. Projektowanie chromosomów wielokomórkowych eukarariotów przy użyciu rekombinacji specyficznej dla witryny fag.

2.6. Reparacja DNA. Klasyfikacja rodzajów reparacji. Bezpośrednia naprawa dimerów tyminiowych i metylowanej guaniny. Teren cięcia. Glikozylaza. Mechanizm naprawienia nieuporowanych nukleotydów (naprawa niedopasowania). Wybierz Uzyskany wątek DNA. SOS-Reparation. Właściwości DNA PolymeRAZ biorące udział w Reparacjach SOS w prokariotm i eukariotach. Idea "adaptacyjnych mutacji" przez bakterie. Reparacja dwuwymiarowych szczelin: homologiczna rekombinacja poopolicjatywny i łącząca niehologiczne końce cząsteczki DNA. Relacja replikacji, rekombinacji i procesów naprawczych.

3. Proces mutacji.

Rola mutantów biochemicznych w tworzeniu teorii jednego genu jest jeden enzym. Klasyfikacja mutacji. Mutacje punktowe i restrukturyzacja chromosomorów, mechanizm ich wykształcenia. Spontaniczna i indukowana mutageneza. Klasyfikacja mutagens. Mechanizm molekularny mutagenezy. Relacja mutagenezy i reparacji. Identyfikacja i wybór mutantów. Tłumienie: intragiczne, międzygrengiczne i fenotypowe.

4. Extomic Elementy genetyczne.

Plazmidy, ich struktura i klasyfikacja. Końcowy czynnik F, jego struktura i cykl życia. Rola czynnika F w mobilizowaniu transferu chromosomowego. Tworzenie dawców typu HFR i F ". Mechanizm koniugacji. Bakteriofages, ich struktura i cykl życia. Mieszkańcy i umiarkowane bakteriofages. Lisoches i transdukcja. Ogólna i specyficzna transdukcja. Migrujące elementy genetyczne: transpozycje i są sekwencjami, ich rola wymiana genetyczna. DNA -transPonders w genomach prokariotyzmu i eukariota. Sekwencja bakterii, ich struktura. Sekwencja jako składnik współczynnika F bakterii F, który określa zdolność do przesyłania materiału genetycznego w koniugacji. Transpozycje Bakterie i organizmy eukariotyczne. Bezpośrednie niezwiązane i replikacyjne mechanizmy transpozycji. Wyświetl poziome przeniesienie transpozonów i ich rolę w konstrukcyjnych resztach (rekombinacja ektopowa) iw ewolucji genomu.

5. Badanie struktury i funkcji genu.

Elementy analizy genetycznej. Test uzupełniający CIS. Mapowanie genetyczne przy użyciu koniugacji, transdukcji i transformacji. Budynek mapy genetyczne.. Cienkie mapowanie genetyczne. Analiza fizyczna struktury genów. Analiza heterodesx. Analiza restrykcyjna. Metody sekwencjonowania. Reakcja łańcuchowa polimerazy. Wykrywanie funkcji genu.

6. Regulacja ekspresji genów. Opero i regularna koncepcja. Kontrola na poziomie inicjacji transkrypcji. Promotor, operator i białka regulacyjne. Pozytywna i negatywna kontrola ekspresji genów. Kontrola na poziomie zakończenia transkrypcji. Oppory sterowane katabolitami: modele operonów laktozy, galaktozy, arabiny i maltozy. Operony kontrolowane przez tłumy: Model Tryptofan Opeker. Wielowarstwowa regulacja ekspresji genów. Systemy regulacji globalnych. Reagowanie regulacyjne na stres. Kontrola pocztowa. Transdukcja sigala. Rozporządzenie z udziałem RNA: mały RNA, RNA sensoryczne.

7. Podstawy inżynierii genetycznej. Enzymy restrykcyjne i modyfikacje. Wybór i klonowanie genów. Wektory do klonowania molekularnego. Zasady projektowania rekombinowanego DNA i ich wprowadzenia do komórek odbiorcy. Stosowane aspekty inżynierii genetycznej.

ale). Główna literatura:

1. Watson J., TUZ J., Rekombinowany DNA: Krótki kurs. - M.: Mir, 1986.

2. Geny. - M.: Pokój. 1987.

3. Biologia molekularna: struktura i biosynteza kwasów nukleinowych. / Ed. . - M. Wyższy SK. 1990.

4. - Biotechnologia molekularna. M. 2002.

5. Spin Ribosomy i biosynteza białkowa. - M.: Wyższa szkoła, 1986.

b). Dodatkowa literatura:

1. Hafin Genome. - M.: Nauka. 1984.

2. Inżynieria genetyczna Rybchin. - SPB.: SPBSTU. 1999.

3. Geny patrupieńskie. - M.: Science, 2000.

4. Nowoczesna mikrobiologia. Prokariot (w 2 tty). - M.: Mir, 2005.

5. M. Piosenkarka, P. Berg. Geny i genomy. - M.: Mir, 1998.

6. Przekąski inżynierskie. - Nowosybirsk: Od SIB. Univ., 2004.

7. Biologia Stepanova. Struktura i funkcja białek. - M.: V. Sh., 1996.

Biolog molekularny jest badaczem w dziedzinie medycyny, której misję polega na tym, że nie ma znaczenia, w zbawieniu ludzkości z niebezpiecznych chorób. Wśród takich chorób, na przykład onkologii, dziś stała się jedną z głównych przyczyn śmiertelności na świecie, tylko trochę gorsza od lidera - choroby sercowo-naczyniowe. Nowe metody wczesnej diagnozy onkologii raka, zapobiegania i leczeniu raka są priorytetem współczesnej medycyny. Biologowie molekularne w dziedzinie onkologii rozwijają się przeciwciała i rekombinowane (genetycznie zaprojektowane) białka do wczesnej diagnozy lub ukierunkowanej dostarczania leków w organizmie. Specjaliści tej kuli wykorzystują najbardziej zaawansowane osiągnięcia nauki i technologii do tworzenia nowych organizmów i substancji organicznych w celu dalszego wykorzystania ich w działaniach badawczych i klinicznych. Wśród sposobów stosujących biologów molekularnych - klonowanie, transfekcji, zakażenia, reakcji łańcuchowej polimerazy, geny sekwencjonowania i innych. Jedna z firm zainteresowanych biologów molekularnych w Rosji, Plarzeniem LLC. Organizacja zajmuje się wytwarzaniem przeciwciał do diagnozowania chorób onkologicznych. Takie przeciwciała są stosowane głównie do określenia rodzaju nowotworu, jego pochodzenia i złośliwości, czyli zdolność do przerzutów (rozprzestrzeniania się na inne części ciała). Przeciwciała są stosowane do cienkich sekcji badaniem tkanki, po czym są wiążące do komórek z niektórymi białkami - markerami, które są obecne w komórkach nowotworowych, ale są nieobecne w zdrowiu i odwrotnie. W zależności od wyników badania wyznaczono dalsze traktowanie. Wśród klientów Plarzenie są nie tylko medyczni, ale także instytucjami naukowymi, ponieważ przeciwciała mogą być wykorzystywane do rozwiązywania problemów badawczych. W takich przypadkach można wykonać unikalne przeciwciała, zdolne do komunikowania się z badaniem białka, w określonym zadaniu na specjalne zamówienie. Inny obiecujący obszar badań Spółki jest ukierunkowany (cel) dostarczanie leków w organizmie. W tym przypadku przeciwciała są wykorzystywane jako transport: dzięki ich pomocy leki są dostarczane bezpośrednio do dotkniętych narządów. Tak więc leczenie staje się bardziej wydajne i ma mniej negatywne konsekwencje dla organizmu niż na przykład chemioterapię, która dotyka nie tylko raka, ale także inne komórki. Oczekuje się, że zawód biologa molekularnego w nadchodzących dziesięcioleciach będzie coraz bardziej popularne: ze wzrostem średniej długości życia osoby, liczba chorób onkologicznych wzrośnie. Wczesna diagnoza guzów i innowacyjnych metod leczenia przy pomocy substancji uzyskanych przez biologów molekularnych uratuje życie i poprawi swoją jakość ogromnej liczbie osób.

Podstawowa edukacja zawodowa

Odsetki odzwierciedlają dystrybucję specjalistów z pewnym poziomem edukacji na rynku pracy. Najważniejsze specjalizacje dotyczące rozwoju zawodu są oznaczone na zielono.

Umiejętności i umiejętności

• Możliwość obsługi odczynników, próbek, musisz pracować z małymi przedmiotami
• Umiejętności pracy z dużą ilością informacji
• Zdolność do pracy ramion

Zainteresowania i preferencje

• Pragnienie rozpoznania czegoś nowego
• Możliwość pracy w trybie wielozadaniowym (konieczne jest monitorowanie przebiegu kilku reakcji i procesów w tym samym czasie)
• Precyzja
• Odpowiedzialność (niemożliwe jest opuszczenie pracy "na jutro", ponieważ próbki można zepsuć)
• Scrupulusity.
• Dobrze pracujący
• Uważność (musisz przestrzegać mikroprocesji)

Zawód u osób

Maria Shitova.

Daria Samoilova.

Alexey Grachev.

Biologia molekularna w dziedzinie onkologii jest perspektywicznym kierunkiem zawodowym, ponieważ walka z rakiem jest jednym z priorytetów medycyny świata.

Biolodzy molekularne są na popyt w wielu obszarach w związku z aktywnym rozwojem nauki, biotechnologicznymi i innowacyjnymi przedsiębiorstwami. Do tej pory istnieje mały deficyt specjalistów, zwłaszcza tych, którzy mają pewne doświadczenie w specjalności. Do tej pory dość duża liczba absolwentów nadal pozostawia do pracy za granicą. Teraz pojawiają się możliwości skutecznej pracy w dziedzinie biotechnologii w Rosji, ale jest zbyt wcześnie, aby mówić o mszy.

Działanie biologa molekularnego zapobiega aktywnym uczestnikowi specjalisty w działalności naukowej, która staje się mechanizmem dla rozwoju kariery. Rozwój w zawodzie jest możliwe dzięki uczestnictwu w projektach naukowych i konferencjach, możliwe jest poprzez rozwój sąsiednich obszarów wiedzy. Istnieje również rozwój akademicki od młodszego badacza za pośrednictwem starszego badacza do wiodącego pracownika naukowego, profesora i / lub szefa działu / laboratorium.

wywiad

Sergei Pirogov - Uczestnik przygotowań do biologii biologii organizowanej przez "Elephant and Giraffe" w 2012 roku
Zwycięzca Międzynarodowego Universiade na biologii
Zwycięzca Lomonosov Olympiad
Zwycięzcą sceny regionalnej całej rosyjskiej biologii Olympiady w 2012 roku
Naucz się Moskwy Uniwersytetu Państwowego. M.v. Lomonosov na wydziale biologicznym: Departament Biologii Molekularnej, na 6. kursie. Działa w laboratorium biochemicznego genetyki zwierząt Instytutu Genetyki Molekularnej.

- Seryozha, jeśli czytelnicy mają pytania, będą mogli je zapytać?

Tak, oczywiście możesz zadawać pytania przynajmniej natychmiast. W tej dziedzinie:

Kliknij, aby zadać pytanie.

- Zacznijmy od szkoły, wydawało się, że nie jesteś szkołą SuperCourse?

Studiowałem w bardzo słabej szkole szkolnej Moskwy, taka przeciętna szkoła. To prawda, że \u200b\u200bmieliśmy wspaniały nauczyciel na MHC, dzięki czemu mieliśmy dużą nominalną "sztuki historycznej" orientacji szkoły.

- A co z biologią?

Mieliśmy bardzo starszą starszą biologię, głuchy i ostrą kobietę, którą wszyscy bali się. Ale miłość do jej obiektu nie dodała. Od mojego dzieciństwa byłem pasjonatem biologii, od pięciu lat. Czytałem wszystko, głównie lubię anatomię i zoologię. Tak więc przedmioty szkolne istniały równolegle z własnymi interesami. Wszystkie zmieniły olimpiady.

- Powiedz mi więcej o tym.

W klasie 7 po raz pierwszy wziąłem udział w etapie miejskim (oczywiście, natychmiast prawie we wszystkich przedmiotach, ponieważ byłem jedynym uczniem, którego nauczyciele mieli podstawy do wysłania). I stał się zwycięzcą biologii. Wtedy szkoła zareagowała na to jako zabawna, ale nie zbyt interesująca fakt.

- Czy pomoże ci w szkole?

Pamiętam, że pomimo genialnego badania, często uzyskano od nauczyciela na biologii czwartych z żołnierzami takimi jak "na figurze cięcia żarówki korzenia powinno być malowane brązowy, a nie szary". Wszystko to było dość przygnębiające. W 8. klasie znowu poszedłem na olimpiady, ale z jakiegoś powodu nie wysłałem mnie na biologii. Ale stał się zwycięzcą i nagrodą dla innych przedmiotów.

- Co było w klasie 9?

W klasie 9 nie poszedł na etap okręgowy. Nieoczekiwanie strzeliłem słaby, punkt graniczny, który okazał się przejściem do etapu regionalnego. Miał potężną siłą motywującą - świadomość tego, jak bardzo się okazuje, nie wiem, ile osób, wszystko to wie (ilu ludzi w skali kraju nawet bałem się wyobrazić).

- Powiedz mi, jak się przygotowałeś.

Intensywna niezależna lekcja, naloty na księgarniach i tysiące ubiegłorocznych zadań były efektem gojenia. Zdobyłem jeden z największych punktów dla teorii (co było również całkowicie nagłe), poszedł do praktycznego etapu ... i zawiodłem go. W tym czasie nadal nie wiedziałem o istnieniu praktycznego etapu.

- Czy Olympiada na ciebie wpłynęła?

Moje życie zmieniło radykalnie. Dowiedziałem się o wielu innych olimpijach, szczególnie kochał SKO. Następnie wiele pokazało dobrych wyników, niektórzy wygrali, dzięki Lomonosovowi, otrzymał prawo do wejścia bez egzaminów. Równolegle wygrałem Olimpiady na temat historii sztuki, do której byłem nierównomiernie oddychającym i tak dalej. To prawda, że \u200b\u200bnie był przyjazny z praktycznych wycieczek. W 11 klasie, wciąż dostałem się do ostatniego etapu, ale fortuna nie była korzystna i tym razem nie miałem czasu, aby wypełnić matrycę reakcji etapu teoretycznego. Ale nie ma zbytnio się martwić.

- Spotkałeś się z wieloma olympodiami?

Tak, wciąż wierzę, że mam szczęście z kręgiem moich rówieśników, całkiem rozszerzył moje horyzonty. Inną stroną olimpiady, oprócz motywacji, bardziej harmonijnie studiuje tematem był znajomych z Olympiadonami. Już w tym czasie zauważyłem, że komunikacja horyzontalna jest czasami bardziej przydatna niż pionowa - z nauczycielami na opłatach.

- Jak wszedłeś na uniwersytet? Wybierz Wydział?

Po klasie 11 wszedłem do BioFak MSU. Większość moich potem towarzyszy dokonała wyboru na korzyść FBB, ale wtedy roli priorytetowej odgrywa fakt, że nie stał się zwycięzcą Osteros. Musiałbym więc wziąć egzamin wewnętrzny w matematyce, a zwłaszcza w szkole - najwyższy kocham znacznie więcej - nie byłem silny. W szkole było bardzo słabe przygotowanie (nawet nie przygotowaliśmy się do prawie całości). Pod względem zainteresowania, to chyba, ostatecznie możesz dojść do każdego wyniku, niezależnie od miejsca przyjazdu. Następnie okazało się, że istnieje wiele absolwentów FBI, którzy poruszali się najlepiej mokrą biologii, a odwrotnie - wiele dobrych bioinformatycznych rozpoczęło się z kochankami. Chociaż w tym momencie wydawało mi się, że kontyngent nie był przykładem słabszego FBBSH. W tym z pewnością się myłem.

Czy wiedziałeś?

ciekawy

Czy wiedziałeś?

ciekawy

W obozie słonia i żyrafa znajdują się zmiany biochemii i biologii molekularnej, gdzie uczniowie z doświadczonymi nauczycielami z Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego są eksperymentami, a także przygotowują się do olimpiadów.

© Wywiad Prewen Denis Grabies. Zdjęcia uprzejmie zapewniały Sergey Piroggers.

Rozwój biochemii, biofizyki, genetyki, cytochemii, wiele sekcji mikrobiologii i wirusologii na początku lat 40. XX wieku. ściśle doprowadziły do \u200b\u200bbadania zjawisk życia na poziomie molekularnym. Sukcesy osiągane przez te nauki w tym samym czasie od różnych stron doprowadziło do świadomości faktu, że na poziomie molekularnym, że główne systemy zarządzania funkcji ciała i że dalszy postęp tych nauk będzie zależał od ujawnienia funkcje biologiczne Cząsteczki stanowiące organizmów organizmów, ich udział w syntezie i rozpadach, wzajemnych transformacji i reprodukcji związków w komórce, a także występują energię i wymiana informacji. Tak więc na skrzyżowaniu tych dyscyplin biologicznych z chemią i fizyką była zupełnie nowa biologia molekularna.

W przeciwieństwie do biochemii, uwagę nowoczesnej biologii molekularnej koncentruje się głównie na badaniu struktury i funkcji najważniejszych klas biopolimerów - białek i kwasów nukleinowych, z których pierwszy określa możliwość płynącej reakcji wymiany, a drugi - biosynteza określonych białek. Dlatego jasne jest, że niemożliwe jest przeprowadzenie jasnego rozróżnienia między biologii molekularnej a biochemistą, odpowiednich odcinków genetyki, mikrobiologii i wirusologii.

Pojawienie się biologii molekularnej był ściśle związany z rozwojem nowych metod badawczych, które zostały już powiedziane w odpowiednich rozdziałach. Wraz z rozwojem mikroskopii elektronowej i innych metod technologii mikroskopowej, metody frakcjonowania elementów komórkowych opracowanych w latach 50. odgrywa główną rolę. Opierały się na zaawansowanych metodach odwirowych różnicowych (A. Claud, 1954). W tym czasie były już niezawodne sposoby przydziału i frakcjonowania biopolimerów. Obejmuje to w szczególności, proponowane przez A. Tizelius (1937; Nagrodę Nobla, 1948) metody frakcjonowania białek za pomocą elektroforezy, sposoby mycia i oczyszczania kwasów nukleinowych (E. Klucz, A. Downs, M. Sevag, A. Mirsky i inne.). Równolegle, w wielu laboratoriach świata opracowano różne metody analizy chromatograficznej (A. Martin i R. Sing, 1941; Nagroda Nobla, 1952), a następnie znacznie się poprawiła.

Nieoceniona usługa w dekodowaniu struktury biopolimerów była odtwarzana przez analizę strukturalną rentgenowską. Podstawowe zasady analizy strukturalnej rentgenowskiej zostały opracowane w Royal College of University of London pod kierownictwem W. Bregga przez grupę badaczy, które obejmowały J. Bernal, A. Londsdale, W. Astbury, J. Robertsona itd.

Badania profesora Uniwersytetu Państwowego Moskwy A. R. Kizel na temat biochemii protoplammy (1925 - 1929), którzy odnotowano najważniejszą wagę do późniejszej tworzenia biologii molekularnej. Kizel zadał cios do mocno zakorzenionej reprezentacji, która jest oparta na dowolnej protoplazmie specjalnych korpusów białkowych, jak w przypadku określenia wszystkich najważniejszych funkcji strukturalnych i funkcjonalnych. Pokazał, że płytki są białkiem występującym tylko w mikromycetach, a następnie na pewnym etapie rozwoju, a nie ma stałego składnika - pojedyncze białko szkieletowe - w protoplazmie nie istnieje. Tak więc badanie problemu struktury protoplammy i funkcjonalnej roli białek przyszedł na właściwą ścieżkę i otrzymał miejsce na jego rozwój. Badania z Kizel wygrał światowe rozpoznawanie poprzez stymulowanie badania chemii składników komórki.

Termin "biologia molekularna" po raz pierwszy wykorzystywana przez angielski krystrofę profesora Uniwersytetu W. Astbury, prawdopodobnie pojawił się na początku lat 40. (do 1945 r.). Podstawowe badania dyfrakcji rentgenowskich białek i DNA prowadzone przez Astbury w latach trzydziestych podawane jako podstawa do późniejszego udanego dekodowania struktura wtórna Te biopolimery. W 1963 r. J. Bernal napisał: "Pomnik zostanie ustalony przez całą biologię molekularną - naukę, którą nazwał i naprawdę założył" *, w literaturze, termin ten wydawał się po raz pierwszy, być może w 1946 r. W artykule W. Astbury "Postęp analizy strukturalnej rentgenowskiej związków organicznych i fibrylarnych" opublikowanych w magazynie angielskim "Nature" **. W jego Greenwaite Lecture, Astbury (1950) odnotowano: "Cieszę się, że teraz termin biologia molekularna jest już powszechnie stosowana, choć nie jest możliwe, że po raz pierwszy zasugerowałem go. Lubiłem go i starałem się dystrybuować długi czas. "***. Już w 1950 r. Astbury było jasne, że biologia molekularna ma przypadek przede wszystkim strukturą i konformacją makrocząsteczek, których badanie ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia funkcjonowania żywych organizmów.

* (Biogr. Mem. Fellows Roy. Soc, 1963, V. 9, 29.)

** (W. T. Astbury. Postęp analizy rentgenowskiej konstrukcji organicznych i włókien- Nature. 1946, v. 157, 121.)

*** (W. T. Astbury. Przygody w biologii molekularnej. Thomas Springfield, 1952, p. 3.)

Przed biologią molekularną stali, w rzeczywistości te same zadania, co przed całą biologii jako całości - wiedza o istocie życia i jego podstawowych zjawisk, w szczególności, takich jak dziedziczność i zmienność. Nowoczesna biologia molekularna ma przede wszystkim rozszyfrować strukturę i funkcję genów, ścieżek i mechanizmów wdrażania genetycznych informacji organizmów na różnych etapach ontogenezy i na różnych etapach czytania. Został zaprojektowany, aby otworzyć subtelne mechanizmy regulacji aktywności genów i zróżnicowania komórek, aby dowiedzieć się o charakterze mutagenezy i podstaw molekularnych procesu ewolucyjnego.

Ustanowienie genetycznej roli kwasów nukleinowych

W przypadku tworzenia biologii molekularnej następujące odkrycia miały największą wartość. W 1944 r. Amerykańscy badacze O. Everi, K. Mac-Lodoz (Nagroda Nobla, 1923) i M. MAC-Picture wykazali, że cząsteczka DNA wyizolowana z pneumokoków posiada transformację. Po hydrolizie tych DNA deoksyrybonuklease, ich transformująca aktywność całkowicie zniknęła. Tak więc był przekonujący, że DNA z funkcjami genetycznymi w komórce, a nie białka.

Ze względu na uczciwość należy zauważyć, że zjawisko transformacji bakteryjnej wykryto znacznie wcześniej niż otwarcie Mac-Leod i Mac-Picture. W 1928 r. F. Griffith opublikował artykuł, w którym powiedział, że po dodaniu do niezrównoważnych (nieregulowanych) komórek pneumokokowych z kapsułkowanego zjadliwego szczepu, otrzymaną mieszaninę komórek staje się destrukcyjny dla myszy. Ponadto żywe komórki zakażone tą mieszaniną zwierząt zakażonych tą mieszaniną były już zjadliwe i posiadały kapsułę polisacharydową. Tak więc w tym eksperymencie pokazano, że pod wpływem niektórych składników zabitych komórek komórek pneumokokciowych, niecoziła forma bakterii zamienia się w formy zjadliwej kapsułki. 16 lat później, Evere, Mac-CEO i MAC-Zasilany zastąpiony w tym doświadczeniu zabił całe komórki pneumokokci ich kwasu deoksyrybonukleinowego i wykazały, że jest to DNA, która ma aktywność transformacji (patrz także rozdział 7 i 25). Wartość tego odkrycia jest trudna do przeceniania. Stymulowało badanie kwasów nukleinowych w wielu laboratoriach świata i zmuszony skoncentrować uwagę naukowców na DNA.

Wraz z odkryciem w historii, Mac-Lodę i Mac-Picture, na początku lat 50., dość duża liczba bezpośrednich i pośrednich danych zgromadziła już, że kwasy nukleinowe odgrywają wyjątkową rolę w życiu i przenoszą funkcję genetyczną. W szczególności wskazał również charakter lokalizacji DNA w komórce i dane R. Vendrelli (1948), że zawartość DNA na komórce jest ściśle stale i koreluje z stopniem płynności: w haploidalnych komórkach generalnych DNA pół mniej niż w diploidalnym somatycznym. Na korzyść genetycznej roli DNA zeznała również jego stabilność metaboliczna. Na początku lat 50. wiele zróżnicowanych faktów zgromadziło, że większość znanych czynników mutagennych działa głównie na kwasach nukleinowych, aw szczególności w DNA (R. Childikiss, 1949; Efrussi-Taylor, 1951; E. Friz, 1957, itp.).

Szczególnego znaczenia w ustanowieniu genetycznej roli kwasów nukleinowych były badanie różnych fagów i wirusów. W 1933 r. D. Schlesinger znalazł DNA w bakteriofachu kijów jelitowych. Od momentu alokacji Wen Wenni (1935, Nagroda Nobla, 1946) wirusa mozaiki tytoniowej (VTM) w stanie krystalicznym nowa scena W badaniu wirusów roślinnych. W 1937 - 1938 Pracownicy Rotamwed Stacja Rolnicza (Anglia) F. Bouden i N. Piri wykazali, że wiele wirusów roślinnych przydzielonych przez nich nie są globulinami, ale są rybonukleotoiami i zawierają kwas nukleinowy jako obowiązkowy składnik. Na początku lat 40. opublikowano prace miasta Screma (1940), Pa Agatova (1941), Miller i Wenley (1941) (1941), co wskazuje, że zauważalna modyfikacja chemiczna składnika białka nie prowadzi do utraty zakaźności VTM. Wskazało to, że składnik białka nie mógł być nośnikiem dziedzicznych właściwości wirusa, ponieważ wielu mikrobiologów nadal należy rozważyć. Odbroczone dowody na rzecz genetycznej roli kwasu nukleinowego (RNA) w wirusach roślinnych uzyskano w 1956 r. Przez Scam w Tubingen (Niemcy) i X. Frankel-Constant w Kalifornii (USA). Naukowcy te prawie jednocześnie przydzielali z VTM RNA i wykazali, że to było, a nie białko, ma zaroślenie: W wyniku zakażenia roślin tytoniowych tego RNA, tworzą i reprodukcja normalnych cząstek wirusowych. Oznaczało to, że RNA zawiera informacje do syntezy i montażu wszystkich elementów wirusowych, w tym białka wirusowego. W 1968 r. I. G. Atabekowa stwierdził, że białko odgrywa znaczącą rolę w bardzo infekcji roślin - charakter białka określa zakres roślin hostowych.

W 1957 r. Frankel Const po raz pierwszy przeprowadził rekonstrukcję WTM ze składników swoich komponentów - RNA i białko. Wraz z normalnymi cząstkami otrzymał mieszane "hybrydy", w którym RNA był z jednego szczepu i białka z innego. Dziedziczność takich hybrydów była w pełni określona przez RNA, a potomstwo wirusów należało do tego szczepu, którego RNA stosowano do uzyskania początkowymi cząstek. Późniejsze eksperymenty A. Girera, Shuster i Schramma (1958) i Vitman (1960 - 1966) wykazały, że modyfikacja chemiczna składnika nukleinowego VTM prowadzi do pojawienia się różnych mutantów tego wirusa.

W 1970 r. D. Baltimore i Tehin odkryli, że transfer informacji genetycznych może wystąpić nie tylko z DNA do RNA, ale wręcz przeciwnie. Znaleźli się w niektórych wirusach zawierających rna (oncornawirusy) specjalnym enzymem, tzw. Transkryptazę odwrotną, która jest zdolna do komplementarnego do obwodów RNA do syntetyzacji DNA. Ten główny odkrycie umożliwił zrozumienie mechanizmu etykietowania w genomie informacji genetycznych wirusów wirusów zawierających RNA i spojrzeć na charakter ich działań onkogennych w nowy sposób.

Otwarcie kwasów nukleinowych i badanie ich właściwości

Termin kwas nukleinowy został wprowadzony przez niemiecki biochemik R. Altman w 1889 r., Po otwarciu tych związków w 1869 r. Przez szwajcarskiego lekarza F. Misher. Misher wyodrębnił komórki ropy rozcieńczoną kwasem chlorowodorowym przez kilka tygodni i otrzymał prawie czysty materiał jądrowy w pozostałej części. Ten materiał uważał za charakterystykę "substancję jądra komórki i nazywany go nukleazą. Jeśli chodzi o jego właściwości, nukleina różniła się ostro z białek: był bardziej kwaśny, nie zawierał siarki, ale był to dużo fosforu, był dobry Rozpuszczalny w alkaliach, ale nie rozpuszcza się w rozcieńczonych kwasach.

Wyniki ich obserwacji na Nuclein Misher wysłał F. Goppe Vapeler, aby publikować w czasopiśmie. Opisana substancja była tak niezwykła (w tym czasie tylko lecytyna znana z wszystkich biologicznych związków zawierających fosforus), że Goppe-Zayler nie wierzył na eksperymenty Misher, powrócił do niego manuskryptu i pouczył swoich pracowników N. POELOSH i N. Lubavin sprawdzić jego wnioski na inny materiał. Praca Misher "W skład chemicznej komórek łosia" została opublikowana za dwa lata później (1871). Jednocześnie opublikowano w tym samym czasie prace Hoppe Zapeler i jego personel o składzie komórek ropy, erytrocytów ptaków, węży i \u200b\u200binnych komórek. W ciągu najbliższych trzech lat jądra została wyizolowana od komórek zwierzęcych i drożdży.

W swojej pracy Misher zauważył, że szczegółowe badanie różnych jąderinów może prowadzić do ustanowienia różnic między nimi, przewidując tym samym ideę specyfiki kwasów nukleinowych. Poznawanie mleka łososia, Misher stwierdził, że nuklein jest w nich w postaci soli i jest związana z głównym białkiem, który nazywał Protamot.

W 1879 r. A. Kossel zaczął studiować A. Kossel w laboratorium Labpe-Zapeler. W 1881 roku przydzielał hipoksantynę z jądra, ale w tym czasie nadal wątpił o pochodzenie tej fundamentu i wierzył, że hipoksantine może być produktem degradacji białka. W 1891 r. Wśród produktów hydrolizy jąder, Kossel odkrył adeninę, guaninę, kwas fosforowy i inną substancję o właściwościach cukru. W przypadku badań nad chemii kwasów nukleinowych Kososhel w 1910 r. Nagroda Nobla została przyznana.

Dalsze sukcesy w rozszyfrowaniu struktury kwasów nukleinowych są związane z badaniami P. Levin i pracowników (1911 - 1934). W 1911 r., P. Levin i V. Zhakobs zidentyfikowali składniki węglowodanów adenozyny i guanozyny; Okazało się, że D-Ribose wchodzi do tych nukleozydów. W 1930 r. Levin wykazał, że składnik węglowodanów deoksyrybonukleozydu jest 2-deoksy-D-Ribose. Stało się znane z pracy, że kwasy nukleinowe są zbudowane z nukleotydów, tj. Fosforylowane nukleozydy. Levin uważał, że główny rodzaj komunikacji w kwasach nukleinowych (RNA) wynosi 2 ", 5" -Fosfonieter komunikacji. Ta reprezentacja okazała się błędna. Dzięki dziełowi angielskiego chemika A. Todd (Nagrody Nobla, 1957) i jego pracownicy, a także angielscy biochemiści R. Markham i J. Smith na początku lat 50. stał się znany, że główny rodzaj komunikacji w RNA jest 3 ", 5" - komunikacja fosfodietera.

Levin wykazał, że różne kwasy nukleinowe mogą różnić się różnią się charakterem składnika węglowodanów: niektóre z nich zawierają deoksyrybelę cukru, a inne - ryboza. Ponadto, te dwa rodzaje kwasów nukleinowych różniły się naturem jednej z zasad: w kwasach nukleinowych typu pentosulowego zawierały moczlę, aw kwasach nukleinowych typu deoksyptentotycznego - Timin. Dezoksypenomiczny kwas nukleinowy (zgodnie z nowoczesną terminologią, kwas deoksyrybonukleinowy - DNA) jest zwykle łatwo izolowany w dużych ilościach grasiastych (dławik olejowy) cieląt. Dlatego uzyskał nazwę kwasu timonukleinowego. Źródło kwasu nukleinowego typu pentosularnego (RNA) serwowane jest głównie drożdżową i zastrzeżoną pszenicę. Ten typ był często nazywany kwasem nukleinowym drożdżowym.

Na początku 30-tych prezentacja była dość mocno zakorzeniona, jak gdyby kwas nukleinowy typu drożdżowego scharakteryzowano, a kwas thimonukleinowy jest charakterystyczny wyłącznie jądrami komórek zwierzęcych. Dwa rodzaje kwasów nukleinowych - RNA i DNA - w tym czasie zwane odpowiednio z kwasami nukleinowymi warzywnymi i zwierzęcymi. Jednakże, jak pokazano wcześniejsze badania, A. N. Belozersky, taki podział kwasów nukleinowych jest nieuzasadniona. W 1934 r. Belozersky najpierw odkrył kwas thimonukleinowy w komórkach ziołowych: przydzielił sadzonki grochowe i zidentyfikowali bazową bazową pirymidynę timin-pirymidynę charakterystyczną dla DNA. Następnie odkrył Timina i inne rośliny (nasiona sojowe, fasola). W 1936 r. A. N. Belozersky i I. I. Dubrovskaya przydzielony preparatywnym DNA z sadzieckich sadzonek Castana. Ponadto, seria prac wykonywanych w latach 40. w Anglii D. Davidson z pracownikami przekonująco wykazała, że \u200b\u200bkwas nukleinowy roślinny (RNA) jest zawarty w wielu komórkach zwierzęcych.

Powszechne stosowanie Rosenbeck (1924) reakcji cytochemicznej na DNA i reakcję RNA (1924) (1944) w RNA został rozwinięty dość szybko i jednoznacznie rozwiązać pytanie preferencyjnej lokalizacji tych kwasów nukleinowych w komórce. Okazało się, że DNA zatęża się w jądrze, podczas gdy RNA koncentruje się głównie w cytoplazmie. Później stwierdzono, że RNA jest zawarte zarówno w cytoplazmie, jak iw rdzeniu, a ponadto ujawniono DNA cytoplazmatyczne.

Jeśli chodzi o pytanie pierwotnej struktury kwasów nukleinowych, w połowie 40s, prezentacja P. Levin była mocno ustalona w nauce, zgodnie z którą wszystkie kwasy nukleinowe są skonstruowane przez jeden typ i składają się z tego samego tak zwanego tetranukleotydu Bloki. Każda z tych bloków, zgodnie z Levin, zawiera cztery różne nukleotydy. Teoria tetranukleotydowa struktury kwasów nukleinowych w dużej mierze pozbawiła te biopolimery specyficzności. Dlatego też nie jest zaskakujące, że wszystkie specyfikacje żywej powiązanej w tym czasie tylko z białkami, którego charakter monomerów jest znacznie bardziej zróżnicowany (20 aminokwasów).

Pierwsze naruszenie w teorii struktury tetranukleotydowej kwasów nukleinowych przerwał przez dane analityczne angielskiego chemika J. Gullanda (1945 - 1947). Przy określaniu kompozycji kwasów nukleinowych na bazie azotu nie otrzymał równomolowego stosunku bazowego, ponieważ powinno być według teorii Levin. Ostatecznie tetranukleotydowa teoria struktury kwasów nukleinowych upadła w wyniku badań E. Chargaff i jego pracowników (1949 - 1951). W celu oddzielenia baz bitowych z DNA w wyniku jego kwaśnej hydrolizy, chargiff stosuje chromatografię na papierze. Każda z tych zasad została dokładnie zdefiniowana spektrofotometrycznie. Charguff zauważył istotne odchylenia od równomolowego stosunku baz podstaw DNA o różnych początkach, a po raz pierwszy zdecydowanie stwierdzono, że DNA ma wyraźną specyficzność gatunków. W ten sposób zakończyło się koncepcją hegemonii o specyficzności białkowej w żywej klatce. Analiza DNA różnych początków, Chargaf odkrył i sformułował unikalne wzorce składu DNA, zawarte w nauce zwanej zasadami Chargaff. Zgodnie z tymi zasadami, we wszystkich DNA, niezależnie od pochodzenia, ilość adeniny jest równa ilościowi tymianu (A \u003d T), ilość guaniny jest równa ilości cytozyny (R \u003d C), ilość Puryn są równe ilości pirymidyny (G + A \u003d C + T) Podstawy z grupami 6-aminowymi są równe ilości zasad z 6-keto-wzajemnym (A + C \u003d R + T). Jednocześnie, pomimo takich surowych korespondencji ilościowych, DNA różnych gatunków różni się pod względem stosunku A + T: G + C. W niektórych DNA liczba guaniny i cytozyny przeważa ponad ilość adeniny i timina (te DNA Chargaff nazywa DNA HZ-typ); Inne DNA zawierają adeninę i tymine bardziej niż Guanin i cytozynę (te DNA zostały nazwane DNA typu DNA). Dane DNA uzyskane przez Chargoff odgrywały wyjątkową rolę w biologii molekularnej. Były to im, że opierały się na otwarciu struktury DNA dokonanej w 1953 r. J. Watson i F. Krzank.

W 1938 r. W. Astbury i F. Bell, z analizą strukturalną rentgenowską, wykazały, że płaszczyzna fundamentów w DNA powinna być prostopadła do długiej osi cząsteczki i przypominał stos płyt na siebie. Ponieważ technika analizy strukturalnej rentgenowskiej poprawia się do 1952 r. - 1953 r. Informacje zgromadzone, które pozwoliły ocenić długość poszczególnych połączeń i rogów nachylenia. Umożliwiło to możliwe w przypadku największego prawdopodobieństwa przedstawienia charakteru orientacji pierścieni pozostałości pentosularnych w kością sucrofosforanowej cząsteczki DNA. W 1952 r. S. Farberg sugerował dwa spekulatywne modele DNA, które reprezentujące złożoną lub skręconą cząsteczkę. Przynajmniej spekulacyjny model struktury DNA zaproponowano w 1953 r. L. Polingom (laureat Nagrody Nobla, 1954) i R. Corey. W tym modelu, trzy wirowane obwody DNA utworzyło długą spiralną, której pręt był reprezentowany przez grupy fosforanowe, a podstawa znajdowała się na zewnątrz. Do 1953 r. M. Wilkins i R. Franklin otrzymali wyraźniejsze obrazy rentgenowskie DNA. Ich analiza wykazała całkowitą niespójność modeli Ferberg, Poling i Corey. Korzystając z danych Chargiff, porównując różne kombinacje modeli cząsteczkowych poszczególnych monomerów i danych analizy rentgenowskiej, J. Watson i F. Creek w 1953 r. Dotyczą do wniosku, że cząsteczka DNA powinna być tańszą spiralą. Regulamin Chargaff ma ostro ograniczoną liczbę możliwych kombinacji zasad w proponowanym modelu DNA; Sugerowali Watsona i krzyk, że w cząsteczce DNA powinny być specyficznym kryciem podstaw - Adenine z Thimine i Guanin z cytozyną. Innymi słowy, Adenina w jednym obwodzie DNA zawsze odpowiada Timinie w innym łańcuchu, a Guanin w jednym łańcuchu koniecznie odpowiada cytozynie w innym. W ten sposób Watson i Creek najpierw sformułował wyjątkowe znaczenie zasady uzupełniającej struktury DNA, zgodnie z którą jedno łańcuch DNA uzupełnia drugą, czyli sekwencję baz jednej łańcucha jednoznacznie określa sekwencję podstawową w innej (komplementarnej) łańcuch. Stało się oczywiste, że już w strukturze DNA jest położony potencjał jego dokładnego odtwarzania. Ten model struktury DNA jest obecnie ogólnie rozpoznawany. Aby uzyskać dekodowanie struktury krzyków DNA, Watson i Wilkins w 1962 r. Nagroda Nobla została przyznana.

Należy zauważyć, że idea mechanizmu dokładnej reprodukcji makrocząsteczek i przeniesienia informacji dziedzicznej pochodzą z naszego kraju. W 1927 r. N, K. Koltsov sugerował, że podczas reprodukcji komórek istnieje reprodukcja cząsteczek przez dokładne autokatalityczne reprodukcja istniejących cząsteczek matki. Prawda, w tym czasie pierścienie wyposażone w tę właściwość cząsteczki DNA, ale cząsteczki przyrody białkowej, której wartość funkcjonalna nie była wtedy znana. Niemniej jednak sama myśl na temat autokatalitycznej reprodukcji makrocząsteczkach i mechanizmu transmisji właściwości dziedzicznych była prorocka: stała się wiodącą ideą nowoczesnej biologii molekularnej.

A. N. Belozersky, A. S. Spirin, G. N. Zaaitseva, B. F. Vanyushin, S. O. Uryson, A. S. Antonov i inne badania długoterminowe (1957-1974) Skład DNA Różnorodny ul różne organizmy Całkowicie potwierdził wzorce odkryte przez Chargaff i pełną korespondencję z modelem molekularnym struktury DNA zaproponowanej przez Watson i Cry. Badania te wykazały, że DNA różnych bakterii, grzybów, alg, aotinomycetów, wyższych roślin, bezkręgowców i kręgowców mają specyfikę kompozycji. Szczególnie znacznie różnice w kompozycji (zawartość AT-AT-Paules) wyraża się w mikroorganizmach, obracając się do ważnego znaku taksonomicznego. Przy wyższych zakładach i zwierząt różnice gatunków w DNA są wyrażone znacznie słabsze. Ale to nie znaczy, że DNA jest mniej specyficzne. Oprócz składu podstaw, specyficzność jest w dużej mierze określana przez ich sekwencję w łańcuchach DNA.

Wraz z konwencjonalnymi zasadami znaleziono dodatkowe zasady azotowe w składzie DNA i RNA. Tak więc, w składzie DNA roślin i zwierząt, białych (1950) znalezionych 5-metylocitozina i D. Dunn i J. Smith (1958) odkryto w niektórych metylowanej adeniny DNA. Przez długi czas metylocytozina uznano za charakterystyczną cechę materiału genetycznego wyższych organizmów. W 1968 r. A. N. Belozersky, B. F. Vanyushin i N. Kokurin odkrył, że może również spotkać się w bakteriach DNA.

W 1964 r. M. Gold i J. Hurvitz otworzył nową klasę enzymów, które przeprowadzają naturalną modyfikację DNA - jego metylację. Następnie odkrycie było jasne, że drobne (zawarte w małych ilościach) podstawy powstają już na gotowym łańcuchu polinukleotydowym DNA w wyniku konkretnego metylacji reszty cytozyny i adeniny w sekwencji specjalnych. W szczególności, zgodnie z B. F. Vanyushina, Ya. I. Burnanova i A. N. Belozersky (1969) metylacja adeniny w DNA kijów jelitowych może wystąpić w kodonach końcowych. Według A. N. Belozersky i pracowników (1968 - 1970), a także M. Meselson (USA) i V. Arberry (Szwajcaria) (1965 - 1969), metylowanie daje unikalne indywidualne cechy DNA i w połączeniu z działaniem określonej części jądra złożonego mechanizmu monitorującego syntezę DNA w komórce. Innymi słowy, charakter metylacji jednego lub innego predesterki DNA kwestia, czy może pomnożyć w tej komórce.

Prawie w tym samym czasie rozpoczęły się alokacja i intensywne badanie metylami DNA i ograniczające endonukleazy; W 1969 - 1975 Sekwencje nukleotydowe rozpoznane w DNA są ustalane przez niektóre z tych enzymów (X. Boyer, X. Smith, S. Lynn, K. Murray). W hydrolizie różnych DNA enzym retryczny odstępuje dość duże fragmenty o tym samym "lepkie" końce. Umożliwia to nie tylko analizowanie struktury genów, jak odbywa się w małych wirusach (D. Natans, S. Adler, 1973 - 1975), ale także projektowanie różnych genomów. Wraz z otwarciem tych specyficznych enzymów restrykcyjnych inżynieria genetyczna stała się namacalną rzeczywistością. Wbudowany w małe plazmidowe geny DNA o różnych pochodzeniach jest już łatwo wprowadzane do różnych komórek. W związku z tym nowy rodzaj biologicznie aktywny plazmid, dając odporność na niektóre antybiotyki (C. Cohen, 1973), został wprowadzony przez genów rybosomalnych żab i Drosophila w plazmidach kijów jelitowych (J. Morrow, 1974; X. Boyer, D. Hogni, R. Devis, 1974 - 1975). Tak więc, prawdziwe ścieżki są otwarte na uzyskanie zasadniczo nowych organizmów przez podawanie i osadzanie w genie pulsem różnych genów. To odkrycie można kierować na korzyść ze wszystkich ludzkości.

W 1952 r. White i S. Cohen stwierdził, że DNA-nawet DNA Fage zawiera niezwykłą podstawę - 5-oksymetyl ekscytacji. Później E. Wolkina i R. Sinsheimer (1954) i Cohen (1956) (1954) i Cohen (1956) rozpoczęły się, że pozostałości podniecenia oksymetylowego mogą być w pełni lub częściowo glukozydowane, w wyniku którego cząsteczka DNA faga się kończy być chronionym przed czynnikiem hydrolitycznym nukleazy.

Na początku lat 50. D. Dunna i J. Smith (Anglia), S. Vychlohof (USA) i A. Vacra (Niemcy) stały się znane, że wiele sztucznych analogów z podstaw może być włączony do DNA, czasami do 50% czasu. Z reguły te podstawienia prowadzą do błędów replikacji, transkrypcji DNA i transmisji i pojawienie się mutantów. Więc J. Marmour (1962) stwierdził, że w DNA niektórych fagów, zamiast tyminy, zawiera oksymetyluracyl. W 1963 r. I. Takahashi i J. Marmour odkryli, że DNA jednego z fagów zamiast Timina zawiera uracyl. Zatem inna zasada zawaliła się, w których kwasy nukleinowe były wcześniej rozdzielone. Od pracy P. Levin uważano, że charakterystyczna cecha DNA jest Timina i RNA - Uracil. Stało się jasne, że ten znak nie zawsze jest wiarygodny, a główna różnica w chemicznym charakterze dwóch rodzajów kwasów nukleinowych, jak się wydaje dziś, służy tylko znakowi składnika węglowodanów.

Podczas badania fagi otwarto wiele niezwykłych objawów organicznych kwasów nukleinowych. Od 1953 r. Uważano, że wszystkie DNasy żonglują cząsteczki liniowe, a RNA jest tylko jednoosobowy. Przepis ten był zasadniczo wstrząsany w 1961 r., Kiedy R. Sinsheimer stwierdził, że DNA faga φ x 174 jest reprezentowana przez jedno-płynącej cząsteczki pierścienia. TRUE, potem okazało się, że w tej formie DNA istnieje tylko w cząstce faga wegetatywnej, a replikacyjna forma DNA tej faga również oszukuje. Ponadto okazało się bardzo nieoczekiwane, że RNA niektóre wirusy mogą oszukiwać. Ten nowy rodzaj organizacji makrocząsteczkowej RNA została odkryta w 1962 r. Przez P. Homatosome, I. Tamm i inni badacze w niektórych wirusach zwierząt i wirusowi guza ranowego roślin. Ostatnio, V. I. Agol i A. A. Bogdanov (1970) stwierdzili, że oprócz liniowych cząsteczek RNA znajdują się również cząsteczki zamknięte lub cykliczne. Cykliczne żonglerka RNA wykrywa przez nich, w szczególności w wirusie zapalenia encefalomielicecyjności. Dzięki dzieł X. Devo, L. Tokino, T. I. Tikhonenko, E. I. Budowskiego i innych (1960 - 1974) stały się głównymi cechami organizacji (układania) materiału genetycznego w bakteriofachach.

W późnych latach 50. amerykański naukowiec P. Doti stwierdził, że podczas ogrzewania denaturacja DNA występuje, wraz z podziałem wiązań wodorowych między parami bazowymi i rozbieżnością między łańcuchami uzupełniającymi. Ten proces jest znakiem przejścia fazy przez typ "spirali-plątaniny" i przypomina stopienie kryształów. Dlatego proces denaturacji termicznej DNA DNA nazwał topienia DNA. Dzięki wolnym chłodzeniu występuje renaturcety cząsteczek, tj. Zjednoczenie uzupełniających połówek.

Zasada renaturacji w 1960 roku była używana przez J. Marmur i K. Shildkraut, aby określić stopień "hybridizowalności" DNA różnych mikroorganizmów. Następnie E. Bolton i B. Mac-Picture Poprawiła tę technikę, proponując metodę tak zwanych głośników agaru DNA. Metoda ta była niezastąpiona w badaniu stopnia homologii sekwencji nukleotydowej o różnych DNA i wyjaśnienia pokrewieństwa genetycznego różnych organizmów. Otwarte denatury DNA w połączeniu z opisaną chromatografię J. Mandela i A. Hershey * (1960) na metylowanej albumini i wirowanie w gradiencie gęstości (metoda została opracowana w 1957 M. Meselson, F. i D. Vinogradov) szeroko stosowany do separacji, wyładowania i analizy indywidualnych komplementarnych łańcuchów DNA, na przykład V. Shibalski (USA) przy użyciu tych technik do oddzielania fagów DNA Lambda, wykazywany w latach 1967-1969, które są genetycznie aktywne, są zarówno łańcuchami fagów, jak i nie Jeden, jak był uważany za (S. Spigelman, 1961). Należy zauważyć, że po raz pierwszy pomysł istotności genetycznej obu łańcuchów DNA Lambda Faga zostało wyrażone w ZSRR S. E. Bresler (1961).

* (Do pracy nad genetyką bakterii i wirusów A. Hershi wraz z M. DelBryuk i S. Luria otrzymali w 1969 r. Nagrody Nobla.)

Aby zrozumieć organizację i aktywność funkcjonalną genomu, definicja sekwencji nukleotydowej DNA ma ogromne znaczenie. Wyszukiwanie metod tej definicji prowadzone jest w wielu laboratoriach na świecie. W USA, M. Bir z pracownikami od końca 50 lat, próbując ustanowić sekwencję DNA z mikroskopem elektronowym, ale tak daleko bezskutecznie. Na początku lat 50. pierwsze dzieła Sinsaimera, Chargaff i innych badaczy w enzymatycznej degradacji DNA stały się znane, że różne nukleotydy w cząsteczce DNA są dystrybuowane, choć jest ona wyraźnie, ale nierówna. Według angielskiego chemika K. Barton (1961) pirymidyny (ponad 70%) koncentruje się głównie w postaci odpowiednich bloków. A. L. Mazin i B. F. Vanyushin (1968 - 1969) stwierdził, że różne DNA mają różne stopnie szansy pirymidyny i że w DNA organizmów zwierząt wzrasta znacznie jako najniższy niż wyższy. Zatem ewolucja organizmów znajduje odzwierciedlenie w strukturze ich genomów. Dlatego dla zrozumienia procesu ewolucyjnego jako całości, ma szczególne znaczenie porównawcze badania struktury kwasów nukleinowych. Analiza struktury biologicznie ważnych polimerów, a przede wszystkim DNA jest niezwykle ważna dla rozwiązywania wielu prywatnych zagadnień filogenetyki i taksonomii.

Warto zauważyć, że angielski fizjolog E. LANCESTER, który studiował hemoglobiny mięczaków, dokładnie 100 lat temu, przewidującym idee biologii molekularnej, napisał: "Różnice chemiczne w różnych typach i rodzajach zwierząt i roślin są równie ważne Aby wyjaśnić historię ich pochodzenia, a także różnice w formularzu. Gdybyśmy mogli jasno ustalić różnice w organizacji molekularnej i funkcjonowaniu organizmów, będziemy mogli znacznie lepiej zrozumieć pochodzenie i ewolucję różnych organizmów niż na podstawie obserwacji morfologicznych "*. Znaczenie badań biochemicznych dla systematyki podkreślił V. L. Komarow, który napisał to "w sercu wszystkich nawet wyłącznie znaki morfologiczne, Na podstawie którego klasyfikujemy i instalujemy gatunki, są precyzyjnie biochemiczne różnice "**.

* (E. R. LANCESTER. Uber Das Vorcommen von hemoglobin w Den Muskeln der Mollusken und Die Verbreitung Desselben w Den Lebrendigen Organimen.- "Plgler" s Archiv Fur Die Gesammte Physiol., 1871, BD 4, 319.)

** (V. L. Komarow. Wybrany CIT., T. 1. M.-L., Wydawnictwo Akademii Nauk w ZSRR, 1945, s. 331.)

A. V. Blagoveshchensky i S. L. Ivanov nadal w latach dwudziestych wziął pierwsze kroki w naszym kraju, aby wyjaśnić pewne kwestie ewolucji i systematyki organizmów opartych na analizie porównawczej ich kompozycji biochemicznej (patrz rozdz. 2). Analiza porównawcza Struktury białek i kwasów nukleinowych stają się obecnie coraz bardziej namacalne dla systematyki (patrz rozdział 21). Ta metoda biologii molekularnej pozwala nie tylko wyjaśnić położenie poszczególnych gatunków w systemie, ale również zmusza zasady klasyfikacji organizmów w nowy sposób, a czasami zmienić cały system jako całość, jak się stało, dla Przykład, z systematyką mikroorganizmów. Niewątpliwie w przyszłości analiza struktury genomu zajmie centralne miejsce w chemializacie organizmów.

Naturą wagą do tworzenia się biologii molekularnej była dekodowanie mechanizmów replikacji i transkrypcji DNA (patrz rozdział 24).

Białko biosyntezowe

Ważną zmianę rozwiązania problemu biosyntezy białkowej wiąże się z sukcesem w badaniu kwasów nukleinowych. W 1941 r. T. Kasperson (Szwecja) iw 1942 r., J. Brat, zwrócił uwagę na fakt, że w tkankach z aktywną syntezą białek, zwiększona ilość RNA zawiera zwiększoną ilość RNA. Doszli do wniosku, że kwasy rybonukleinowe odgrywają decydującą rolę w syntezie białek. W 1953 r. E. Gale i D. Lis, jakby otrzymali bezpośrednie dowody bezpośredniego udziału RNA w biosyntezie białka: Zgodnie z ich danych rybonukleaza znacząco stłumiła włączenie aminokwasów w lizatach komórkowych bakteryjnych. V. Alfrei, M. Delhi i A. Mirsky (1953) uzyskano homogenaty wątroby. Później E. Gale odmówiła nadania im właściwego pomysłu dotyczące wiodącej roli RNA w syntezie białek, błędnie wierząc, że aktywacja syntezy białka w systemie wolnym od komórek miała wpływ pewną inną istotą nieznanego natury. W 1954 r. P. Prince, D. Litlfield, R. B. Hain-Lurie i inni odkryli, że najbardziej aktywne włączenie aminokwasów występuje w bogatych frakcjach RNA cząstek subkomórkowych - Micros. P. podpisanie i E. Keller (1953 - 1954) stwierdzili, że włączenie aminokwasów zostało zauważalnie zintensyfikowane w obecności frakcji supernatantu w warunkach regeneracji ATP. P. Sichevitz (1952) i M. Chogland (1956) odizolowano z frakcji białka supernatantów (frakcja pH 5), która była odpowiedzialna za ostrą stymulację włączenia aminokwasów w mikroccoms. Wraz z białkami w supernatancie wykryto specjalną klasę RNA o niskiej masie cząsteczkowej, które są teraz nazywane Transport RNA (TRNA). W 1958 r. Changland i wybór, a także P. Berg, R. Svit i F. Allen i wielu innych badaczy odkryli, że ich specjalny enzym, ATP i specyficzne TRNA były potrzebne do aktywowania każdego aminokwasu. Stało się jasne, że TRNA przeprowadzono wyłącznie przez funkcję adapterów, tj. Urządzenia znajdujące się na matrycy nukleinowej (IRNK) miejsce odpowiedniego aminokwasu w cząsteczce białka formującego. Badania te w pełni potwierdziły hipotezę adaptera F. Creek (1957), który przewidywał istnienie adapterów polinukleotydowych w komórce, konieczne do prawidłowego układu reszt aminokwasowych z syntetyzowanego białka na matrycy nukleinowej. Już dużo późniejszego francuskiego naukowca F. Shapvil (1962) w laboratorium F. Lipman (Nagroda Nobla, 1953) w Stanach Zjednoczonych bardzo dowcipna i jednoznacznie wykazała, że \u200b\u200blokalizacja aminokwasu w cząsteczce białka syntezy jest w pełni określona przez specyficzne trna, do którego jest dołączone. Krideostepeza płaczu została opracowana w dziełach Choglandii i wyboru.

W 1958 r. Znano następujące główne etapy syntezy białek: 1) Aktywacja aminokwasów o określonym enzymu z "pH 5 frakcji" w obecności ATP w celu utworzenia aminoacyalatelay; 2) przyłączenie aktywowanego aminokwasu do określonego TRNA z uwalnianiem monofosforanu adenozyny (AMP); 3) Połączenie aminokylowo-trna (TRNA, załadowane aminokwasem) z mikrosomami i włączeniem aminokwasów w białku uwalniania TRNA. Changland (1958) zauważył, że na ostatnim etapie syntezy białek, konieczne jest GuangoosintriFosforan (GTF).

Transport RNA i synteza genów

Po wykryciu TRNA aktywne wyszukiwanie ich frakcjonowania i określenie sekwencji nukleotydowej rozpoczęła się. Amerykański biochemik R. Holly osiągnął największe korzyści. W 1965 r. Założył strukturę TRNA ALANIN z drożdży. Za pomocą rybonukleazy (Guanilla RNA-AZA i trzustka RNA-AZA), holly podzielona cząsteczkę kwasu nukleinowego na kilka fragmentów, określona w każdej z nich sekwencja nukleotydowa, a następnie zrekonstruowana sekwencję całej cząsteczki trasy alaniny. Ta ścieżka analizy sekwencji nukleotydowej nazywano metodą bloku. Merit Holly składał się głównie w fakcie, że nauczył się dzielić cząsteczki RNA nie tylko na małe kawałki, jak wielu tego zrobiło mu, ale także na dużych fragmentach (kwatery i połówki). Dało mu to możliwość prawidłowego montażu pojedynczych małych kawałków razem, a tym samym odtworzyć całkowitą sekwencję nukleotydową całej cząsteczki TRNA (Nagroda Nobla, 1968).

Ta recepcja została natychmiast przyjęta w wielu laboratoriach na świecie. W ciągu następnych dwóch lat w ZSRR i za granicą odszyfrowano główną strukturę kilku TRNA. A. A. Baev (1967) i pracownicy najpierw ustalili sekwencję nukleotydów w trasie zaworu drożdżowego. Do tej pory badano więcej niż kilkanaście różnych indywidualnych trna. W Cambridge F. sengle i brownley i brownley. Naukowcy opracowali niesamowicie elegancką metodę oddzielania oligonukleotydów i zainstalowali sekwencję tak zwanej 5 s (rybosomal) RNA z komórek kijów jelitowych (1968). Ten RNA składa się z 120 pozostałości nukleotydowych i, w przeciwieństwie do TRNA, nie zawiera dodatkowych drobnych baz, co znacząco ułatwia analizę sekwencji nukleotydowej, obsługując unikalne punkty odniesienia poszczególnych fragmentów cząsteczki. Obecnie dzięki zastosowaniu metody Sengera i Brownie, praca jest skutecznie promowana do badania sekwencji Ribosomal RNA i niektórych wirusowych RNA w laboratorium J. Ebel (Francja) i innych badaczy.

A. A. Baev i pracownicy (1967) stwierdzili, że trasy walony odkurzone w połowie przywraca swoją makrocząsteczkę strukturę w roztworze i, pomimo wady struktury podstawowej, ma aktywność funkcjonalną początkowej (native) cząsteczki. Takie podejście jest rekonstrukcją cięcia makrocząsteczek po usunięciu pewnych fragmentów - okazało się bardzo obiecujące. Powszechnie stosowany jest teraz, aby znaleźć funkcjonalną rolę poszczególnych sekcji pewnych TRNA.

W ostatnich latach osiągnięto wielki sukces w uzyskaniu krystalicznych preparatów poszczególnych trna. Teraz w kilku laboratoriach w Stanach Zjednoczonych i Anglii udało się krystalizować wiele TRNA. Umożliwiło to zbadanie trna naprzeciwko analizy strukturalnej rentgenowskiej. W 1970 r. R. Strona przedstawiła pierwsze radiogramy i trójwymiarowe modele kilku TRNA, stworzony przez niego na Uniwersytecie Wisconsin. Modele te pomagają określić lokalizację poszczególnych działań aktywnych funkcjonalnie w TRNA i zrozumieć podstawowe zasady funkcjonowania tych cząsteczek.

Najważniejszą wagą do ujawnienia mechanizmu syntezy białek i rozwiązywania problemu specyficzności tego procesu było rozszyfrować charakter kodu genetycznego (patrz rozdział 24), który bez przesady można uznać za wiodący podbój Nauki przyrodnicze XX wieku.

Ujawnienie R. Holly pierwotnej struktury TRNA dało impuls do dzieł miasta Koranu * (USA) na syntezie oligonukleotydów i wysłał je do ścieżki syntezy pewnej struktury biologicznej - cząsteczki DNA kodowanie trna alanicznego. Pierwsze kroki syntezy chemicznej krótkich oligonukleotydów zostały wykonane prawie 15 lat temu zakończone w 1970 roku. Po raz pierwszy z inicjatywy genu. Koran i jego personel najpierw z poszczególnych nukleotydów syntetyzowano przez chemikalia przez krótkie fragmenty o długości 8-12 pozostałości nukleotydowych. Fragmenty te z daną sekwencją nukleotydową utworzyły spontanicznie wesołe elementy uzupełniające z nakładaniem się w 4 - 5 nukleotydach. Następnie te gotowe elementy w pożądanej kolejności przemienują koniec do końca za pomocą enzymu Ligase DNA. W ten sposób, w przeciwieństwie do replikacji cząsteczek DNA, według A. Cornberg ** (patrz rozdział 24), Koran udało się ponownie utworzyć naturalną cząsteczkę DNA wolnej od dzbanka zgodnie z określonym programem zgodnie z opisanym sekwencją TRNA przez Holly. Podobnie, praca jest w trakcie syntezy innych genów (M. N. Kołosowa, 3. A. Shabarova, D. G. Knorre, 1970 - 1975).

* (W przypadku badań kodu genetycznego, miasto Koran i M. Nirereberg został przyznany w 1968 r. Nagrodę Nobla.)

** (W celu otwarcia polimerazy i syntezy DNA A. Kornberg, a do syntezy RNA S. Ochoa w 1959 r. Otrzymał nagrodę Nobla.)

Microsomes, rybosomy, transmisja

W połowie lat 50. uważano, że centrum syntezy białek w komórce jest mikrosomów. Terminowe Microsoma zostało wprowadzone po raz pierwszy w 1949 roku przez A. Claude w celu wyznaczenia frakcji małych granulek. Później okazało się, że cała część mikroson, składająca się z membran i granulek, była odpowiedzialna za syntezę białek, ale tylko małe cząstki rybonukleoprotoidów. Te cząstki w 1958 r. Rozebrano R. Roberts Ribosomes.

Klasyczne badania rybosomów bakteryjnych odbywały się przez A. Tisier i J. Watson w 1958 r. - 1959 roku. Ribosomy bakteryjne były nieco mniejsze niż roślina i zwierzęta. J. Littleton (1960), M. Clark (1964) i E. N. SVETA (1966) wykazały, że rybosomy chloroplastów wyższych roślin i mitochondria należą do typu bakteryjnego. A. Tisier i inni (1958) odkryli, że rybosomy są rozdzielane przez dwa nierówne podjednostki zawierające jedną cząsteczkę RNA. Pod koniec lat 50. uważano, że każda ribosomalna cząsteczka RNA składa się z kilku krótkich fragmentów. Jednak A. S. Spirin w 1960 r. Po raz pierwszy pokazał, że RNA w sublewuści są reprezentowane przez ciągłą cząsteczkę. D. Waller (1960), dzieląc białka rybosomalne za pomocą elektroforezy w żelu skrobi, okazało się, że są bardzo heterogeniczne. Początkowo wiele wątpił o dane Waller, ponieważ wydawało się, że białko rybosomowe powinno być ściśle jednorodne, jak na przykład białko VTM. Obecnie, w wyniku badań D. Waller, R. Tratu, P. Traub i innych biochemików stało się znane, że ponad 50 zupełnie inna w strukturze białek stała się częścią cząstek rybosomów. A. S. Spirylina W 1963 roku, było to możliwe po raz pierwszy wdrożenie podconistów rybosomalnych i pokazać, że rybosomy są kompaktowo skręcone wałek rybonukleoprote, który w pewnych warunkach można wdrożyć. W 1967 - 1968 M. Nomura całkowicie zrekonstruowano biologicznie aktywny podstargina z RNA RNA i białka, a nawet otrzymywała takie rybosomy, w których białko i RNA należały do \u200b\u200bróżnych mikroorganizmów.

Do dziś rola RNA Ribosomalnego jest niejasna. Zakłada się, że jest to wyjątkowa określona matryca, na której, w powstawaniu cząstki rybosomalnej, znajduje ściśle zdefiniowany miejsce każdą z wielu białek rybosomalnych (A. S. Spilin, 1968).

A. Rich (1962) odkrył agregaty z kilku rybosomów połączonymi przez wątek INN. Kompleksy te nazywały się polizmami. Dozwolone wykrywanie polityki Rich i Watson (1963), aby wyrazić założenie, że synteza łańcucha polipeptydowego występuje na rybosomie, która porusza się wzdłuż łańcucha IRNK. Ponieważ rybosomy są promowane wzdłuż łańcucha IRNN w cząstce, informacje i tworzenie łańcucha polipeptydowego białka jest wykonywana, a nowe rybosomy naprzemiennie dołączają do wydanego odczytu IRNK. Z tych Richa i Watson nastąpił, że wartość komórki w komórce polega na masowej produkcji białka, konsekwentnie czytając matrycę w kilku rybosomach jednocześnie.

W wyniku badań M. Nirenberg, S. Ochua, F. Lipmana, Korana i innych w 1963 r. - 1970 roku. Stało się znane, że wraz z IRNA, Ribosomy, ATP i Aminoacyl-TRNA w procesie transmisji bierze udział dużą liczbę różnych czynników, a sam proces transmisji może być warunkowo podzielony na trzy etapy - inicjacja, faktycznie nadawane i zakończenie.

Inicjacja tłumaczenia oznacza syntezę pierwszej wiązania peptydów w kompleksie Ribosom - polinukleotyd matrycy - handel aminoacyl. Nie żadne aminocyl-trna, ale formylomethilionil-trna, ma taką inicjalną aktywność. Substancja ta została po raz pierwszy przydzielona w 1964 r. Przez F. Sengera i K. markera. Sarencher i K. Marker (1966) wykazały, że funkcja inicjatora formylometionil-trna była ze względu na jego zwiększone powinowactwo do środka peptydalnego rybosomu. Aby rozpocząć nadawanie, niektóre czynniki inicjacji białek są również niezwykle ważne, które zostały również niezwykle ważne w laboratoriach S. Ochoa, F. GRO i innych ośrodków dochodzeniowych. Po utworzeniu pierwszego połączenia peptydowego w Ribosome sama rozpoczyna się, tj. Sekwencyjny dodatek pozostałości aminokylowej do C-końca polipeptydu. Wiele szczegółów procesu nadawczego badano przez K. Monroe i J. Biskupa (Anglia), I. Rykhlik i F. SHORM (Czechy), F. Lipman, M. Barcher, V. Gilbert (USA) i innych badaczy. W 1968 r. A. S. Spirin, aby wyjaśnić mechanizm pracy Ribosome, zaproponował pierwotną hipotezę. Mechanizm napędowy zapewniający wszystkie przemieszczanie przestrzenne TRNA i IRNN podczas transmisji jest okresowe otwarcie i zamknięcie podajników rybosome. Koniec transmisji jest zakodowany w najbardziej czytelnej matrycy zawierającej kodony zakończenia. Jak pokazano S. Brenner (1965 - 1967), takie kodony są dystrytyki UAA, UAAG i UGA. M. Capinchi (1967) ujawnił również specjalne czynniki wypowiedzenia białek. A. S. Spirin i L. P. Gavrilova opisali tak zwaną "nie fermentowaną" syntezę białka w rybosomach (1972 - 1975) bez udziału czynników białkowych. To odkrycie jest ważne dla zrozumienia pochodzenia i ewolucji biosyntezy białkowych.

Regulacja aktywności genów i białek

Po problemie specyfiki syntezy białek w pierwszej kolejności w biologii molekularnej, problem syntezy białek regulujących lub, jest taki sam, rozporządzenie działalności genów.

Funkcjonalna niejednorodność komórek i represje związane z nim i aktywację genów długo przyciągnęły uwagę genetyków, ale do niedawna rzeczywistego mechanizmu kontrolowania aktywności genetycznej pozostało nieznane.

Pierwsze próby wyjaśnienia aktywności regulacyjnej genów były związane z badaniem białek histonianów. Więcej małżonka Stadman * na początku lat 40. XX wieku. Wyrażali pomysł, że to histons, które mogłyby odgrywać główną rolę w tym zjawisku. W przyszłości otrzymali pierwsze jasne dane dotyczące różnic w chemicznym charakterze białek histonowych. Obecnie liczba faktów świadczy o tej hipotezie, co roku coraz częściej rośnie.

* (E. Stedman, E. Stedman. Podstawowe białka jąder komórek .- Phylosoph. Trans. Roy. SOC. Londyn, 1951, V. 235, 565 - 595.)

Jednocześnie rosnąca liczba przemówienia danych jest to, że regulacja aktywności genowej jest znacznie bardziej złożonym procesem niż prosta interakcja genów genów z cząsteczkami białek histonowych. W 1960 - 1962 W laboratorium RB Hafin-Lurie stwierdzono, że geny fagowe zaczynają być czytane powyżej: Geny fagi T2 można podzielić na początku, którego funkcjonowanie wystąpiło w pierwszych minutach infekcji komórki bakteryjnej i późno , zaczynając syntetyzować Irnk po zakończeniu wczesnych genów.

W 1961 r. Francuzi biochemici F. Jacob i J. Mono zaproponowali system regulacji aktywności genów, która odegrała wyjątkową rolę w zrozumieniu mechanizmów regulacyjnych komórki w ogóle. Według programu Jacob i Mono, w DNA, oprócz genes strukturalnych (informacji), istnieją jeszcze regulatory gamimenty i operatorzy genesów. Regulator genu koduje syntezę określonej substancji - represor, który można połączyć zarówno do induktora, jak i operatora genu. Generator jest połączony z genesami strukturalnymi, a gen biegów jest w pewnej odległości od nich. Jeśli w środowisku nie ma induktora w środowisku, laktozie, represor syntetyzowany przez gen regulatora jest wiążący do genu operatora i blokowanie go, wyłącza działanie całego operonu (blok geny strukturalnych wraz z menedżerami operatorów ). Powstawanie enzymu w ramach tych warunków nie występuje. Jeśli w nośniku pojawia się induktor (laktoza), następnie produkt regulatora genetycznego - represor jest związany z laktozą i usuwa blok z genu generatora. W tym przypadku praca genu strukturalnego kodującego syntezę enzymu staje się możliwe, a enzym (laktoza) pojawia się w pożywce.

Według Jacoba i Mono, ten system rozporządzenia ma zastosowanie do wszystkich enzymów adaptacyjnych i może wystąpić zarówno podczas represji, gdy tworzenie enzymu jest tłumione przez nadmiar produktu reakcji i podczas indukcji, gdy substrat przyczynia się do syntezy enzym. W przypadku regulacji badań działalności genów Jacob i Mono, Nagroda Nobla została przyznana w 1965 roku.

Początkowo schemat ten wydawał się zbyt daleko pobrany. Okazało się jednak później, że regulacja genesów na tej zasadzie odbywa się nie tylko w bakteriach, ale także w innych organizmach.

Od 1960 r. Zauważalne miejsce w biologii molekularnej zajmuje się badaniem organizacji genomu i struktury chromatyny w organizmach eukariotycznych (J. Bonner, R. Britten, V. Olfry, P. Walker, Yu. S. Czessov , IB Zbarsky i inni.) I przez regulację transkrypcji (A. Mirsky, P. Georgiev, M. Buristilu, D. Glin, R. Tsanguev, R. I. Salgangik). Przez długi czas był nieznany i kontrowersyjny charakter represora. W 1968 r. M. PTASHNE (USA) wykazał, że represor jest białkiem. Podkreślił go w laboratorium J. Watsona i stwierdził, że represor rzeczywiście ma powinowactwo do induktora (laktozy), a jednocześnie "rozpoznaje" generator generatora Opero Lac i specjalnie komunikuje się z nim.

W ciągu ostatnich 5-7 lat uzyskano dane na obecności kolejnej komórki zarządzającej działalności genowej - promotora. Okazało się, że w sąsiedztwie z witryną operatora, do której połączono produkt, syntetyzowany w kontrolowanej płci - substancję białkową represor, istnieje inny obszar, który należy również przypisać członkom systemu regulacyjnego aktywności genu . Cząsteczka enzymu polimerazy RNA jest przymocowana do tego obszaru. W ramach części promocyjnej musi wystąpić wzajemne uznawanie unikalnej sekwencji nukleotydów w DNA i określonej konfiguracji białka polimerazy RNA. Skuteczność uznania będzie zależeć od wdrażania procesu czytania informacji genetycznych w tej sekwencji genesów opery przylegających do promotora.

Oprócz opisanego schematu Jacoba i Mono, istnieją inne mechanizmy generacji w komórce. F. Jacob i S. Brenner (1963) stwierdzili, że regulacja replikacji DNA bakteryjnego jest określona przez membranę komórkową. Eksperci Jakuba (1954) w sprawie indukcji różnych sprzeciwicy przekonujący wykazały, że pod wpływem różnych czynników mutagennych rozpoczyna się replikacja wyborcza genu programowego, a replikacja genomu gospodarza jest zablokowana. W 1970 r. F. Bell zgłosił, że małe cząsteczki DNA mogą być przekazywane do cytoplazmy jądra i już istnieją już transkrypcję.

Zatem rozporządzenie działalności genów można przeprowadzić na poziomie replikacji, transkrypcji i transmisji.

Znaczący sukces osiąga się w badaniu rozporządzenia nie tylko syntezy enzymów, ale także ich działalność. Zjawiska rozporządzenia działalności enzymów w komórce wskazano w latach 50. A. Novik i L. Szilllard. Uhubarger (1956) odkrył, że w komórce jest bardzo racjonalny sposób na tłumienie aktywności enzymu przez końcowy produkt łańcucha reakcji sprzężenia zwrotnego. Zgodnie z siedzibą przez J. Mono, J. Shange, F. Jakuba, A. Padi i innych badaczy (1956 - 1960), regulacja aktywności enzymu może być prowadzona przez zasadę rozdzielczej. Enzym lub jeden z jego podjednostek, z wyjątkiem powinowactwa do podłoża, ma powinowactwo do jednego z produktów łańcuchowych reakcji. Pod wpływem takiego sygnału produktu enzym zmienia jego konformację, która traci swoją aktywność. W rezultacie cały łańcuch reakcji enzymatycznych wyłącza się na samym początku. Na znaczącej roli zmian konformacyjnych w białku w reakcjach enzymatycznych oraz w pewien sens A na obecność efektu altoheelektrycznego, D. Weem i R. Woodward (1952; Laureat Nagrody Nobla, 1965).

Struktura i funkcja białek

W wyniku T. Osborne, Gofmeister, A. Gürbera, F. Schulz i wielu innych na końcu XIX wieku. Wiele zwierząt i białek roślinnych otrzymano w krystalicznej. Mniej więcej w tym samym czasie, masy cząsteczkowe niektórych białek zostały zainstalowane przy pomocy różnych metod fizycznych. Tak więc w 1891 r. A. Sabaneyev i N. Alexandrov poinformował, że masa cząsteczkowa owalbumina wynosi 14 000; W 1905 roku E. Reid stwierdził, że masa cząsteczkowa hemoglobiny wynosi 48.000. Struktura polimeru białek ujawniono w 1871 G. Glazulotz i D. Gaberman. Idea komunikacji peptydowej poszczególnych reszt aminokwasowych w białkach wyrażono przez T. Kurtiusa (1883). Prace kondensacji aminokwasów (E. Shaal, 1871; Schiff, 1897; L. Balbiano i D. Tracati, 1900) i synteza heteropolipeptydowa (E. Fisher, 1902 - 1907, Nagroda Nobla, 1902) doprowadziła do rozwoju podstawowego Zasady struktury chemicznej białek.

Pierwszy enzym kryształowy (UARAZA) otrzymano w 1926 r. J. Samner (Nagroda Nobla, 1946), aw 1930 r. J. Northrop (Nagroda Nobla, 1946) otrzymała krystaliczny pepsyny. Po tych pracach stało się jasne, że enzymy mają charakter białkowy. W 1940 r. M. Kunitz przydzielał krystaliczny RNA-Azu. Do 1958 roku, ponad 100 enzymów krystalicznych już znanych i ponad 500 enzymów przydzielonych w postaci nie krystalicznej. Przygotowanie wysoce oczyszczonych leków indywidualnych białek przyczynił się do rozszyfrowania ich podstawowej struktury i organizacji makrocząsteczkowej.

O dużym znaczeniu dla rozwoju biologii molekularnej w ogóle, genetyce ludzkiej, zwłaszcza odkrycie L. Polingom (1940) nienormalnej hemoglobiny, odizolowanych z erytrocytów osób z ciężką chorobą dziedziczną - niedokrwistość sierpowa komórek. W 1955 - 1957 V. Ingram zastosowany metodę linii papilarnych opracowany przez F. Sengera (plamy utworzone przez poszczególne peptydy podczas chromatografii papierowej) w celu analizy produktów hydrolizy hemoglobiny za pomocą alkalicznych i trypsyny. W 1961 r. Ingram odnotował, że hemoglobina S różni się od normalnej hemoglobiny tylko z natury jednej reszty aminokwasowej: w normalnej hemoglobinie w siódmej pozycji łańcucha jest pozostałość kwasu glutaminowego, a w hemoglobiny s - pozostałości waliny. W ten sposób w pełni potwierdzono (1949), założenie polerowania, że \u200b\u200bniedokrwistość sierzyna jest chorobą molekularnej. Dziedziczne zmiany w pozostałości jednej aminokwasowej pozostałości w każdej połowie makromolecule hemoglobiny prowadzi do faktu, że hemoglobina traci zdolność do łatwego rozpuszczenia w niskim stężeniu tlenu i zaczyna krystalizować, co prowadzi do naruszenia struktury komórki. Badania te wyraźnie wykazały, że struktura białka jest ściśle określoną sekwencją aminokwasową, która jest zakodowana w genomie. W wyłącznej wartości podstawowej struktury białka w tworzeniu unikalnej biologicznie aktywnej konformacji makrocecul wykazało pracę K. Anfinsen (1951). Anfinsen wykazał, że dietetyczna biologicznie aktywna makrostruktura ribonukleazy trzustkowej jest ustalana przez sekwencję aminokwasową i może ponownie wystąpić spontanicznie, gdy cysteina sh-góra są utlenione w celu utworzenia stawek disiarczku w ściśle określonych miejscach łańcucha peptydów enzymów.

Do tej pory, mechanizm działania dużej liczby enzymów badano szczegółowo, a struktura wielu białek jest określona.

W 1953 r. F. Senger ustanowił sekwencję aminokwasową insuliny. : Białko to składa się z dwóch łańcuchów polipeptydowych połączonych dwoma stawkami disiarczkowymi. Jeden z łańcuchów zawiera tylko 21 reszt aminokwasowych, a drugi wynosi 30 pozostałości. Aby rozszyfrować strukturę tego stosunkowo prostego białka, senger wydał około 10 lat. W 1958 r. W tym wyjątkowym badaniu otrzymał nagrodę Nobla. Po utworzeniu V. Stein i S. Murom (1957) automatyczny analizatora aminokwasów, identyfikacja produktów częściowej hydrolizy białek była znacznie przyspieszona. W 1960 r. Stein i Moore już zgłosił. Udało im się określić sekwencję rybonukleazy, której łańcuch peptydowy jest reprezentowany przez 124 resztek aminokwasowych. W tym samym roku, w laboratorium Screma w Tubingen (Niemcy) F. Ander i inni zidentyfikowali sekwencję aminokwasową w białku VTM. Następnie sekwencja aminokwasowa określono w Mioglobinie (A. Edmunson) i łańcuchy α i β hemoglobiny osoby (Brownitzer, E. Schröder itp.), Lizozyme z białka jaja z kurczaka (Jullah, D. Keyfield). W 1963 roku, F. SHIOR i B. Keyl (Czechy) ustanowiła sekwencję aminokwasów w cząsteczce chymotrypsinogenowej. W tym samym roku określono sekwencję aminokwasową trypsynogenu (F. SHORM, D. Walcha). W 1965 r. K. takahashi ustanowił podstawową strukturę rybonukleazy T1. Następnie sekwencja aminokwasowa była nadal zdefiniowana w kilku białkach.

Jak wiadomo, ostateczny dowód prawidłowości określania jednej lub innej struktury jest jej synteza. W 1969 r. R. Merifield (USA) najpierw przeprowadziła syntezę chemiczną rybonukleazy trzustki. Przy pomocy metody syntezy opracowanej przez niego na nośniku rozdzielonym stałym, Merofield dołączyła jeden aminokwas do łańcucha przez inny zgodnie z sekwencją opisaną przez Stein i Murom. W rezultacie otrzymał białko, które w swoich cechach było identyczne z ribonukleazą trzustki A. W celu ujawnienia struktury rybonukleazy V. Stein, S. Muru i K. Anfinsenu otrzymał nagrodę Nobla w 1972 roku. Ta synteza naturalnych białek otwiera ambitne perspektywy, wskazując możliwość tworzenia dowolnych białek zgodnie z planowaną sekwencją.

Z badań dyfrakcyjnych rentgenowskich W. Astbury (1933) podążał za tym, że łańcuchy peptydowe cząsteczki białka były skręcone lub ściśle stosowane. Od tego czasu wielu autorów wyraziło różne hipotezy o sposobach układania łańcuchów białkowych, ale do 1951 r. Wszystkie modele pozostawały jako konstrukcje przestępczości, które nie spełniały danych eksperymentalnych. W 1951 r. L. Poling i R. Corey opublikował serię genialnych prac, w których ostatecznie sformułowano teorię wtórnej struktury białek - teoria α-helisy. Wraz z tym stał się znany, że białka mają inną strukturę trzeciorzędową: α-spirala łańcucha peptydowego może być w określonym sposobie formułowany, tworząc raczej kompaktową strukturę.

W 1957 r. J. Kendrew i jego pracownicy otrzymali najpierw trójwymiarowy model struktury Mioglobina. Model ten został następnie udoskonalony przez kilka lat, podczas gdy w 1961 r. Nie było pracy końcowej z charakterystyką przestrzennej struktury tego białka. W 1959 r. M. Perutz i pracownicy ustalili trójwymiarową strukturę hemoglobiny. Naukowcy wydali ponad 20 lat (pierwsze radiogramy hemoglobiny zostały uzyskane przez prawdę w 1937 r.). Ponieważ cząsteczka hemoglobiny składa się z czterech podjednostek, a następnie odszyfrowanie organizacji, w ten sposób opisał czwartorzędową strukturę białek po raz pierwszy. Do pracy nad definicją trójwymiarowej struktury białek Kendrew i pakietu w 1962 r. Nagroda Nobla została przyznana.

Dozwolone jest utworzenie modelu przestrzennego struktury hemoglobiny. Podejście do zrozumienia mechanizmu funkcjonowania tego białka, wiadomo, że realizuje przeniesienie tlenu w komórkach zwierzęcych. W 1937 r. F. Gaurovitz doszedł do wniosku, że interakcja hemoglobiny z tlenem, powietrze powinna towarzyszyć zmiana struktury białka. W latach 60. Puertc i jego personel odkryli zauważalną zmianę łańcuchów hemoglobiny po utlenianiu, spowodowany przesunięciem atomów żelaza w wyniku wiązania z tlenem. Na tej podstawie powstały pomysły dotyczące "oddychania" makrocząców białkowych.

W 1960 r. D. Phillips i jego pracownicy rozpoczęli badania dyfrakcji rentgenowskiej cząsteczek Lyozyme. Do 1967 r. Było to mniej więcej dokładne do ustalenia szczegółów organizacji tego białka i lokalizację poszczególnych atomów w jego cząsteczce. Ponadto Phillips odkryli charakter mocowania lizozymu do podłoża (triacetyloglukozamina). Umożliwiło to odtworzyć mechanizm pracy tego enzymu. Zatem wiedza o strukturze pierwotnej i organizacji makrocząsteczkowej umożliwiła nie tylko do ustalenia charakteru aktywnych centrów wielu enzymów, ale także do pełnego ujawnienia mechanizmu funkcjonowania tych makrocząsteczek.

Zastosowanie metod mikroskopii elektronowej pomógł ujawnić zasady makrocząsteczkowego organizacji takich złożonych formacji białkowych, takich jak nitki kolagenu, fibrynogenu, zaproponowano włókien mięśni mięśni itp. W późnych latach 50. modele mięśniowego urządzenia stowarzyszeniowego. Otwarcie V. A. Engelhardt i M. N. Lyubamova (1939) aktywności ATP-Azine Myosina była wyjątkowa do zrozumienia mechanizmu redukcji mięśni. Oznaczało to, że podstawą akt skurczu mięśni jest zmiana właściwości fizykochemicznych i organizacji makromolekularnej białka zwykłych pod wpływem kwasu triforynowego adenozyny (patrz także rozdział 11).

Aby zrozumieć zasady montażu struktur biologicznych, badania wirusowe były niezbędne (patrz rozdział 25).

Nierozwiązane problemy

Podstawowe sukcesy w nowoczesnej biologii molekularnej osiąga się głównie w wyniku badania kwasów nukleinowych. Niemniej jednak nawet w tej dziedzinie, nie wszystkie problemy są dozwolone. Wielkiego wysiłku wymaga w szczególności rozszyfrowania całej sekwencji nukleotydowej genomu. Problem ten jest z kolei nierozerwalnie związany z problemem DNA heterogeniczności i wymaga rozwoju nowych metod frakcjonowania i oddzielenie poszczególnych cząsteczek z całkowitego materiału genetycznego komórki.

Do tej pory wysiłki koncentrowały się głównie na oddzielnym badaniu białek i kwasów nukleinowych. W komórce te biopolimery są nierozerwalnie związane ze sobą i działają głównie w postaci nukleoproteis. Dlatego też, wraz z określoną ostrością, potrzeba zbadania interakcji białek i kwasów nukleinowych. Problem rozpoznawania przez białka niektórych sekcji kwasów nukleinowych jest przedstawiony na pierwszy. Kroki zostały już przedstawione, aby zbadać taką interakcję tych biopolimerów, bez których całkowite zrozumienie struktury i funkcji chromosomów, rybosomy i innych struktur jest nie do pomyślenia. Bez tego nie można również zrozumieć regulację działalności genowej i wreszcie rozszyfrować zasady działania organów mechanizmów białokój. Po dziełach Jacoba i Mono, niektóre nowe dane dotyczące znaczenia regulacyjnego membran w syntezie materiałów jądrowych pojawiło się. Dotyczy to zadania głębszego badania roli membran w regulacji replikacji DNA. Ogólnie rzecz biorąc, problem regulacji działalności genów i działalności komórkowej w ogóle stało się jednym z najważniejszych problemów współczesnej biologii molekularnej.

Obecny stan biofizyki

W ścisłym związku z problemami biologii molekularnej opracowano biofizyka. Zainteresowanie tym obszarem biologii stymulowanej z jednej strony potrzebuje kompleksowego badania działania na organizmie różnych pokoleń promieniowania, z drugiej strony - potrzeba zbadania fizycznych i fizykochemicznych fundamentów zjawisk życia poziom molekularny.

Uzyskanie dokładnych informacji o strukturach molekularnych i procesach dokonanych w nich stały się możliwe w wyniku wykorzystania nowych subtelnych metod fizykochemicznych. W oparciu o osiągnięcia elektrochemii możliwe było poprawę metody pomiaru potencjału biologicznego, stosując elektrody jonowo-wyborcze (Eisenman, B. P. Nikolsky, Khuri, 50 - 60-tych). Spektroskopia na podczerwień (przy użyciu urządzeń laserowych) jest coraz częściej w praktyce, co pozwala na zbadanie zmian konformacyjnych w białkach (I. stolarzy, 1940). Cenne informacje zapewniają również sposób rezonansu elektronowego paramagnetycznego (E. K. Zavoisk, 1944) oraz metodę biokularową (B. N. Tarusov i in., 1960), które umożliwiają w szczególności osądzanie transportu elektronowego podczas procesów oksydacyjnych.

Do lat 50-tych biofizyka podbija solidną pozycję. Istnieje potrzeba przygotowania wykwalifikowanych specjalistów. Jeśli w 1911 r. W Europie tylko na University of Pie, na Węgrzech, był Departament Biofizyki, do 1973 r. Takie departamenty istnieją na prawie wszystkich głównych uniwersytetach.

W 1960 r. Zorganizowano Międzynarodowe Towarzystwo Biofizyków. W sierpniu 1961 r. Odbyło się pierwszy międzynarodowy kongres biofizyczny w Sztokholmie. Drugi Kongres odbył się w 1965 r. W Paryżu, trzeci - w 1969 r. W Bostonie, czwarty - w 1972 roku w Moskwie.

W biofizyce utrzymuje się wyraźne rozróżnienie między dwiema różnymi zawartością w treści biofizyki molekularnej i biofizyki komórkowej. Niniejsze wyróżnienie i wyrażenie organizacyjne: oddzielne departamenty tych dwóch kierunków biofizyki są tworzone. Na Uniwersytecie Moskwie pierwszy Departament Biofizyki powstał w 1953 r. Na wydziale Bio-Glebu, trochę później, Departament Biofizyki pojawił się na Wydziale Fizycznym. Według tej samej zasady działy zostały zorganizowane na wielu innych uniwersytetach.

Molekularne biofizyczne

W ostatnich latach połączenie biofizyki molekularnej z biologii molekularnej stawało się coraz bardziej wzmocnione, a czasami trudno określić, gdzie granica podziału między nimi przechodzi. W ogólnym wystąpieniu na temat problemu dziedzicznych informacji, taka współpraca biofizyki z biologii molekularnej jest nieunikniona.

Głównym kierunkiem prac badawczych jest badanie fizyki kwasu nukleinowego - DNA i RNA. Zastosowanie powyższych metod i przede wszystkim analiza strukturalna rentgenowska przyczyniła się do rozkładu struktury molekularnej kwasów nukleinowych. Obecnie trwają intensywne badania w celu zbadania zachowania tych kwasów w rozwiązaniach. Szczególną uwagę zwraca się na przejścia konformacyjne "spiralno-plątaniny", badanej przez zmiany lepkości, wskaźniki optyczne i elektryczne. W związku z badaniem mechanizmów mutagenezy, badania rozwijają się na badaniu działania promieniowania jonizującego na zachowanie kwasów nukleinowych w roztworach, a także działania promieniowania na temat wirusów i kwasu nukleinowego fagi. Wpływ promieniowania ultrafioletowego był narażony na kompleksową analizę, których niektóre sekcje widmowe, które są znane, są dobrze wchłaniane przez kwasy nukleinowe. Duża część takich badań zajmuje wykrywanie aktywnych rodników kwasów nukleinowych i białek elektronowy paramagnetyczny rezonans. Dzięki tej metodzie powiązane jest występowanie całego samodzielnego kierunku.

Problem kodowania informacji DNA i RNA i jej transmisji w syntezie białka od dawna interesuje się biofizyką molekularną, a fizyka wielokrotnie wyrażała pewne rozważania w tej kwestii (E. Schrödinger, Gamov). Dekodowanie kodu genetycznego spowodowało liczne badania teoretyczne i eksperymentalne na temat struktury spirali DNA, mechanizm przesuwania i skręcania jego wątków, badania sił fizycznych zaangażowanych w tych procesów.

Znaczna pomoc dla biofizyki molekularnej ma biologię molekularną w badaniu struktury cząsteczek białkowych przy użyciu analizy strukturalnej rentgenowskiej, po raz pierwszy stosowane w 1930 r. J. Bernal. Wynika to w wyniku stosowania metod fizycznych w połączeniu z biochemicznymi (metodami enzymatycznymi) otwartą konformację molekularną i sekwencją aminokwasów w wielu białek.

Nowoczesne badania mikroskopowe elektronów, które ujawniły obecność złożonych systemów membranowych w komórkach i jego organizacjach, stymulowane próbami zrozumienia ich struktury molekularnej (patrz rozdziały 10 i 11). Skład chemiczny membran, aw szczególności właściwości ich lipidów są badane. Stwierdzono, że te ostatnie są zdolne do skupienia się i nie-enzymatycznych reakcji utleniania łańcucha (Yu. A. Vladimirov i F. F. Litvin, 1959; B. N. Tarusov i in., 1960; I. Ivanov, 1967) prowadzące do zakłócenia funkcji membranowych. Aby zbadać skład membran zaczął stosować również metody modelowanie matematyczne (V. Ts. Presman, 1964 - 1968; M. M. Shemyakin, 1967; Yu. A. Ovchinnikov, 1972).

Biofizyczny komórek

Istotne wydarzenie w historii biofizyki było tworzenie w latach 50. czystych pomysłów dotyczących termodynamiki procesów biologicznych, w wyniku którego założenia zostały ostatecznie zwolnione o możliwości niezależnej formacji energetycznej w żywych komórkach, w przeciwieństwie do drugiego prawa termodynamiki. Zrozumienie działania tego prawa w systemach biologicznych wiąże się z wprowadzeniem belgijskiego naukowca I. Prigogin (1945) * do biologicznej termodynamiki koncepcji otwartych systemów, które wymieniają się z zewnętrznym medium energii i materii. Prigogin wykazał, że pozytywna entropia powstaje odpowiednio w żywych komórkach przy przepływie pracy, drugim prawem termodynamiki. Równania wprowadzone przez nich określały warunki, w których występuje tak zwany stan stacjonarny (nazywano również dynamiczną równowagą), w której ilość energii wolnej (nie-neutrofią) wchodzi do komórek z żywnością kompensuje jego przepływ i Wyświetlany jest pozytywna entropia. To odkrycie wzmocniło ponadgabarytową ideę nierozłącznego sprzęgła zewnętrznego i wewnętrznego medium komórek. Oznaczał początek prawdziwego badania termodynamiki żywych systemów, w tym metody modelowania (A. Barton, 1939; A. G. Pasynsky, 1967).

* (Ogólna teoria otwartych systemów po raz pierwszy przedstawiła L. Bertalafi w 1932 roku)

Zgodnie z podstawową zasadą biotermodynamiki, warunkiem istnienia życia jest stacjonarne w rozwoju procesów biochemicznych, w celu wdrożenia, którego konieczne jest koordynacja stawek licznych reakcji metabolicznych. Na podstawie nowej biofizycznej termodynamiki, kierunek, który przydziela czynniki zewnętrzne i wewnętrzne zapewniające tę koordynację reakcji i stabilne. W ciągu ostatnich dwóch dekad ujawniono dużą rolę w utrzymaniu stacjonarnego stanu systemu inhibitorów, a zwłaszcza antyoksydantów (B. N. Tarusov i A. I. Zhuravlev, 1954, 1958). Ustalono, że niezawodność rozwoju szpitalnego jest związana z czynnikami środowiska zewnętrznego (temperatury) i właściwości fizykochemicznych środowiska komórkowego.

Nowoczesne zasady biotermodynamiki pozwoliły dać interpretację fizyczną i chemiczną mechanizmu adaptacyjnego. Zgodnie z naszymi danymi adaptacja do warunków środowiska zewnętrznego może wystąpić tylko wtedy, gdy organizm może ustanowić stacjonarność w rozwoju bio reakcje chemiczne (B. N. Tarusov, 1974). Pytanie powstałe w sprawie rozwoju nowych metod, które pozwoliłyby ocenić stan stacjonarny, aby był niedrły i przewidywać jego możliwe zaburzenia. Wprowadzenie procesów adaptacji biologicznych zasad cybernetycznych systemów samoregulujących jest znacznie korzystny. Stało się jasne, że rozwiązanie kwestii stabilności państwa stacjonarnego, rejestrację tak zwanych czynników niepokojących, do których odnoszą się w szczególności, nieinezymatyczne reakcje utleniania lipidów. Ostatnio badania procesów reprodukcyjnych w fazach lipidów żywych komórek i wzrasta aktywne radykalne produkty, które naruszają funkcje regulacyjne membran rosną coraz częściej rozszerzając. Źródłem informacji na temat tych procesów jest wykrywanie aktywnych rodników peroksydantów i peroksydacji biolypid (A. Tappel, 1965; I. I. Ivanov, 1965; E. B. Burlakova, 1967 i innych). Aby wykryć rodniki, stosuje się biohemoluminescencja w lipidach żywych komórek podczas ich rekombinacji.

W oparciu o reprezentacje fizykochemiczne w sprawie stabilności państwa stacjonarnego powstały biofizyczne pomysły dotyczące adaptacji roślin, w celu zmiany w warunkach środowiska zewnętrznego jako naruszenie hamowania systemów przeciwutleniających (BN Tarusov, Ya. E. Dozkokoch, BM Kitlaev , Jestem Aghavendiev, 1968 - 1972). Otwiera to możliwość oceny takich właściwości, takich jak odporność na mróz i odporność na sól, a także odpowiednie prognozy w wyborze zakładów rolnych.

W latach 50. otwarty został otwarty blask - biologiczne i podczerwone obiekty biologiczne w widocznych i podczerwieni spektrum (B. N. Tarusov, A. I. Zhuravlev, A. I. Polywoda). Stało się to możliwe w wyniku rozwoju metod rejestracji ultra plastikowych światła przepływów z pomocą fotoelektronicznych mnożników (L. A. Ketsky, 1934). W wyniku reakcji biochemicznych występujących w żywej komórce, biochemoluminescencja pozwala ocenić ważnych procesów oksydacyjnych w obwodach przenoszenia elektronów między enzymami. Odkrycie i badanie biochemoluminescencji mają duże teoretyczne i wartość praktyczna. Tak, B. N. Tarusov i Yu. B. Kudryashov odnotuj największą rolę produktów utleniania nienasyconych kwasów tłuszczowych w mechanizmie wystąpienia warunków patologicznych, rozwijających się pod wpływem promieniowania jonizującego, podczas rakotonezy i innych naruszeń normalne funkcje Komórki.

W latach 50. ze względu na szybki rozwój fizyki jądrowej od biofizyki rozdzielono radiobiologię, badając biologiczny wpływ promieniowania jonizującego. Uzyskanie sztucznych izotopów radioaktywnych, tworzenie broni termonuklearnej, reaktory atomowe i rozwój innych form praktycznych stosowania energii atomowej dostarczanej ze wszystkimi ostrością ochrony organizmów z szkodliwego wpływu promieniowania jonizującego, rozwoju teoretyczne fundacje Zapobieganie i leczenie choroby promieniowania. Aby to zrobić, konieczne było przede wszystkim dowiedzieć się, które elementy komórki i łączy metabolizmu są najbardziej narażone.

Przedmiotem studiowania biofizyki i radiobiologii był wyjaśnieniem charakteru podstawowych reakcji chemicznych wynikających w żywych podłożach pod wpływem energii promieniowania. Ważne było tutaj, aby nie tylko zrozumieć mechanizmy tego zjawiska, ale także być w stanie wpływać na proces zmiany energii fizycznej w chemikaliów, zmniejszyć "użyteczny" współczynnik działania. Prace w tym kierunku położono na badaniu szkoły N. N. Semenov (1933) w ZSRR i D. Khinchelwood (1935) w Anglii.

Duże miejsce w badaniach radiobiologicznych podjęto badanie stopnia odporności na promieniowanie różnych organizmów. Stwierdzono, że zwiększona odporność radiowa (na przykład, gryzonie pustyni) wynika z wysokiej aktywności przeciwutleniającej lipidów. błony komórkowe (M. Chang i in., 1964; N. K. Ogryzov i in., 1969). Okazało się, że w tworzeniu właściwości antyoksydacyjnych tych systemów, tocoferols, witaminy K i tajność (I. Ivanov i in., 1972) odgrywają główną rolę. W ostatnich latach istnieje również wiele uwagi na badania mechanizmów mutagenezy. W tym celu badany jest efekt promieniowania jonizującego na zachowanie kwasów nukleinowych i białek in vitro, a także w wirusach i fagach (A. Gustafson, 1945 - 1950).

Walka o dalszy wzrost wydajności ochrony chemicznej, poszukiwanie bardziej wydajnych inhibitorów i zasad hamowania pozostają w tym kierunku głównymi zadaniami biofizyki.

Badanie wzbudzonych stanów biopolimerów, które określają ich wysoką aktywność chemiczną. Najbardziej z powodzeniem było badanie podekscytowanych państw wynikających na podstawowej etapie procesów fotobiologicznych - fotosyntezy i wizji.

W ten sposób wykonany jest solidny wkład w zrozumienie pierwotnej aktywacji cząsteczek roślin roślin roślin. Wspaniałe znaczenie transferu (migracja) energii podekscytowanych stanów bez utraty z aktywowanych pigmentów do innych podłoży została ustalona. Duża rola w rozwoju tych pomysłów była rozgrywana przez teoretyczne prace A. N. Terenina (1947, a później). A. A. Krasnovsky (1949) otworzył się i zbadał reakcję odwracalnego fotochemicznego odzyskiwania chlorofilu i jego analogów. Teraz istnieje ogólne przekonanie, że w najbliższej przyszłości możliwe będzie rozmnażanie fotosyntezy w sztucznych warunkach (patrz także rozdział 5).

Biofizyka nadal pracuje nad ujawnieniem charakteru skurczu mięśni i mechanizmów nerwowych wzbudzenia i gospodarstwa (patrz rozdział 11). Badanie mechanizmów przejściowych z państwa podekscytowanego do normalnego jest również istotne. Podekscytowany stan jest obecnie uważany za wynik reakcji klapy samochodowej i hamowania - w wyniku ostrej mobilizacji aktywności przeciwutleniającej hamującą w wyniku przegrupowania molekularnego w takich związkach, takich jak tokoferol (II Ivanov, O. Rolz, 1966 ; Lub Kolz, 1970).

Najważniejszym wspólnym problemem biofizyki pozostaje wiedzą o jakościowych cech fizykochemicznych materii życia. Takie właściwości jako zdolność żywych biopolimerów selektywnie wiążą potas lub polaryzację prądu elektrycznego, nie jest możliwe, aby zachować nawet z ich najwczytemu usuwaniu z organizmu. Dlatego biofizyka komórkowa nadal intensywnie rozwija kryteria i metody na żywotną substancję życia.

Pomimo młodości biologii molekularnej, sukcesy osiągane przez niego w tej dziedzinie są naprawdę przytłaczające. W stosunkowo krótkim okresie, charakter genu oraz podstawowe zasady organizacji, reprodukcji i działania są ustalone. Ponadto przeprowadzono nie tylko reprodukcję genów in vitro, ale także po raz pierwszy pełna synteza samego genu została zakończona. Kodeks genetyczny został w pełni rozszyfrowany, a najważniejszy biologiczny problem specyficzności biosyntezy białka jest dozwolone. Główne ścieżki i mechanizmy tworzenia białka w komórce zostały zidentyfikowane i zbadane. Podstawowa struktura wielu cząsteczek adaptera specyficzne dla RNA transportowego, przeprowadza tłumaczenie matryc nukleinowych do sekwencji aminokwasowej z syntezy białka, jest w pełni określony. Sekwencja aminokwasowa wielu białek jest w pełni odszyfrowana, a zainstalowana jest struktura przestrzenna niektórych z nich. Umożliwiło to znalezienie zasady i szczegółów funkcjonowania cząsteczek enzymów. Synteza chemiczna jednego z enzymów jest rybonukleaza. Podstawowe zasady organizacji różnych cząstek podokrętowych, wielu wirusów i fagów oraz rozwiązały główne sposoby ich biogenezy w komórce. Otwarte podejścia do zrozumienia sposobów regulacji aktywności genów i wyjaśnienie mechanizmów regulacyjnych istotnych działań. Już prosta lista tych odkryć sugeruje, że druga połowa XX wieku. był naznaczony ogromnym postępem biologii, który jest zobowiązany przede wszystkim studium dogłębne Struktury i funkcje biologicznie istotnych makrouków - kwasy nukleinowe i białka.

Osiągnięcia biologii molekularnej są już używane w praktyce dzisiaj i przynoszą namacalne owoce w medycynie, rolnictwie i niektórych branżach. Nie ma wątpliwości, że powrót tej nauki wzrośnie każdego dnia. Jednakże, głównym wynikiem należy rozważyć, że pod wpływem sukcesu biologii molekularnej zaufanie wzmocniło się w istnienia nieograniczonych możliwości w sposobie ujawniania najbardziej intymnych tajemnic życia.

W przyszłości, najwyraźniej zostaną otwarte nowe sposoby badania biologicznej formy ruchu tej sprawy poziom molekularny Biologia przełączy się na poziom atomowy. Jednak teraz nie ma, że \u200b\u200bnie jest jednym naukowcem, który mógłby naprawdę przewidzieć rozwój biologii molekularnej nawet przez następne 20 lat.