Aplikovaná hodnota molekulárnej biológie. Molekulárny biológ

Molekulárna biológia, Veda, ktorá vlastní svoju úlohu, znalosť povahy životných javov štúdiom biologických objektov a systémov na úrovni blížiacej sa molekulárne a v niektorých prípadoch dosiahnutie tohto limitu. Konečným cieľom je zistiť, ako a do akej miery charakteristické prejavy života, ako je dedičnosť, reprodukovať podobnú biosyntézu bielkovín, excitability, rast a vývoj, skladovanie a prenos informácií, transformáciu energie, mobility atď. na štruktúru, vlastnosti a interakcie molekúl biologicky dôležitých látok, predovšetkým dve hlavné triedy biopolyméry s vysokou molekulovou hmotnosťou - proteínov a nukleových kyselín. Charakteristickým znakom M. B. - Štúdium životných javov na nelivové zariadenia alebo tých, ktorí sú neodmysliteľní v najprimitívnejších prejavoch života. Toto sú biologické vzdelávanie bunková úroveň a nižšie: subcelulárne organely, ako sú izolované jadrá bunkovej, mitochondrie, ribozómy, chromozómové membrány; Ďalej - systémy, ktoré stojaci na hraniciach žijúcich a neživných prírody - vírusy, vrátane bakteriofágov, a končiace molekulami najdôležitejších zložiek živej hmoty - nukleové kyseliny a proteíny.

Nadácia, na ktorej bol vyvinutý M. B, bol takýto vedy ako genetika, biochémia, fyziológia elementárnych procesov atď. Podľa pôvodu svojho vývoja, M. b. neoddeliteľne spojené s molekulárnou genetikou, ktorá je naďalej dôležitou súčasťou

Výrazná funkcia M. B. je jeho trojrozmernosť. Essence M. B. Sledovanie M. Peruz interpretovať biologické funkcie v konceptoch molekulárnej štruktúry. M. B. Jeho úloha získať odpovede na otázku "Ako," s podstatou úlohy a účasti celej štruktúry molekuly, a na otázky "Prečo" a "prečo", zistiť, na jednej strane, vzťah medzi Vlastnosti molekuly (opäť, predovšetkým proteíny a nukleové kyseliny) a funkcie, ktoré vykonávajú, a na druhej strane úlohu takýchto jednotlivých funkcií v celkovom komplexe životných prejavov.

Základné úspechy molekulárna biológia. Toto nie je kompletný zoznam týchto úspechov: zverejnenie štruktúry a mechanizmu biologickej funkcie DNA, všetkých typov RNA a ribozómov, zverejnenie genetický kód; \\ T otvorenie reverznej transkripcie, t.j. syntéza DNA na matrici RNA; Štúdium mechanizmov fungovania dýchacích pigmentov; Otvorenie trojrozmernej štruktúry a jeho funkčnú úlohu v pôsobení enzýmov, princíp syntézy matríc a mechanizmov biosyntézy proteínov; Zverejnenie štruktúry vírusov a mechanizmov ich replikácie, primárnej a čiastočne priestorovej štruktúry protilátok; izolácia jednotlivých génov, chemických a potom biologických (enzymatických) syntézy génu, vrátane ľudského, mimo bunky (in vitro); Prenos génov z jedného organizmu do druhého, vrátane ľudských buniek; Rýchlo sa dešifrovať chemickú štruktúru rastúceho počtu jednotlivých proteínov, najmä enzýmov, ako aj nukleových kyselín; Detekciu javov "samočinnej montáže" určitých biologických cieľov stále rastúcej zložitosti, od molekúl nukleovej kyseliny a pohybovať sa do viaczložkových enzýmov, vírusov, ribozómov atď.; Natáčanie allóznych a iných základných princípov regulácie biologické funkcie a procesy.

Úlohy molekulárnej biológie. Spolu s dôležitými úlohami M. B. (Znalosť zákonov "Uznanie", seba-montáž a integrácia) Súčasný smer vedeckého vyhľadávania najbližšej budúcnosti je vývoj metód, ktoré umožňujú rozlúštiť štruktúru a potom trojrozmernú, priestorovú organizáciu vysokého molekulárnej nukley kyseliny. Všetky najdôležitejšie metódy, ktorého používanie poskytlo vznik a úspechy M. b. Navrhli sa a vyvinuli fyzikmi (ultracentrifugácia, röntgenová konštrukčná analýza, elektrónová mikroskopia, nukleárna magnetická rezonancia atď.). Takmer všetky nové fyzické experimentálne prístupy (napríklad použitie počítačového, synchrotrónu alebo brzdového, žiarenia, laserovej technológie atď.) Otvoria nové príležitosti pre hĺbkovú štúdiu problémov M. b. Medzi najdôležitejšie úlohy praktickej povahy, odpoveď, na ktorú sa očakáva od M. b. Na prvom mieste existuje problém molekulárnych základov malígneho rastu, potom výstražné cesty, a možno prekonať dedičné ochorenia - " Molekulárne ochorenia ". Veľmi dôležité bude objasniť molekulárne základy biologickej katalýzy, t.j. akcie enzýmov. Medzi najdôležitejšie moderné smery M. B. Túžba dešifrovať molekulárne mechanizmy horáka, toxických a liečiv a tiež zistiť podrobnosti molekulárna štruktúra a fungovanie takýchto bunkových štruktúr ako biologických membrán, ktoré sa podieľajú na regulácii penetračných a dopravných procesov látok. Viac vzdialených cieľov M. B. - Znalosť povahy nervových procesov, pamäťových mechanizmov atď. Jeden z dôležitých rozvíjajúcich sa profilov M. b. - T. N. Genetické inžinierstvo, ktoré umiestňuje svoju úlohu, ktorá je určená v genetickom prístroji (genóme) živých organizmov, počnúc mikróbmi a nižšími (jednobunkovými) a končiaci s osobou (v druhom prípade, v prvom rade, aby sa radikálna liečba dedičných ochorení a korekciu genetických defektov).

Najdôležitejšie pokyny MB:

- Molekulárna genetika - štúdium štrukturálnej a funkčnej organizácie genetického zariadenia buniek a mechanizmu na realizáciu dedičných informácií

- Molekulárna virológia - štúdium molekulárnych mechanizmov interakcie vírusov s bunkami

- Molekulárna imunológia - štúdium vzorov imunitných reakcií tela

- Molekulárna biológia vývoja - štúdium vzhľadu odrôd buniek počas individuálny vývoj Organizmy a špecifikácia buniek

Hlavnými predmetmi štúdie sú vírusy (vrátane bakteriofágov), bunky a subcelulárne štruktúry, makromolekuly, multikulové organizmy.

Je možné povedať, že molekulárna biológia skúma prejavy života na ne žijúcich štruktúrach alebo systémoch so základnými príznakmi životne dôležitých aktivít (ktoré môžu byť oddelené biologické makromolekúl, ich komplexy alebo organely), štúdium, ako kľúčové procesy charakterizujúce živú hmodu Chemické interakcie a transformácie.

Prideľovanie molekulárnej biológie z biochémie na nezávislú oblasť vedy je diktovaná skutočnosťou, že jej hlavnou úlohou je študovať štruktúru a vlastnosti biologických makromolekúl zapojených do rôznych procesov, zisťovanie mechanizmov ich interakcie. Biochémia sa zaoberá štúdiom procesov životne dôležitej aktivity, vzorov ich prúdenia v živom organizme a konverzii molekúl sprevádzajúcich tieto procesy. V konečnom dôsledku sa molekulárna biológia snaží odpovedať na otázku, prečo to alebo tento proces nastáva, zatiaľ čo biochémia odpovedá na otázky, kde a ako dôjde k procesu zváženiu chémie.

História

Molekulárna biológia ako samostatný smer biochémie sa začal tvoriť v 30. rokoch minulého storočia. To bolo potom, že pre hĺbkové pochopenie fenoménu života došlo k potrebe cielených štúdií molekulárna úroveň Procesy skladovania a prenosu dedičných informácií v živých organizmoch. Potom bola úloha molekulárnej biológie stanovená v štúdii štruktúry, vlastností a interakcie nukleových kyselín a proteínov. Termín "molekulárna biológia" bola prvýkrát používaná anglickým vedec William Astbury v kontexte štúdií týkajúcich sa objasnenia závislostí medzi molekulárnou štruktúrou a fyzikálnymi a biologickými vlastnosťami fibrilárnych proteínov, ako je kolagén, krvný fibrín, alebo rezanie svalových proteínov .

Na svitaní výskytu molekulárnej biológie sa RNA považovala za zložku rastlín a húb a DNA bola považovaná za typickú zložku živočíšnych buniek. Prvý výskumný pracovník, ktorý dokázal, že DNA je obsiahnutá v rastlinách, Andrei Nikolayevich Belozersky, ktorý pridelil DNA PEA v roku 1935. Tento objav založil skutočnosť, že DNA je univerzálna nukleová kyselina prítomná v rastlinách a živočíšnych bunkách.

Vážny úspech bol vytvorenie priameho kauzálneho vzťahu medzi gény a proteínov. Vo svojich experimentoch sa podrobia neurografickým bunkám ( Neurospora.crassa.) Retainovať ožarovanie, ktoré spôsobili mutáciu. Získané výsledky ukázali, že to viedlo k zmene vlastností špecifických enzýmov.

V roku 1940 Albert Claude alokoval cytoplazmatické granule obsahujúce RNA z cytoplazmy živočíšnych buniek, ktoré boli menšie mitochondrie. Zavolal im mikrosómy. Následne sa v štúdii štruktúr a vlastností izolovaných častíc zriadila ich zásadná úloha v biosyntéze proteínu. V roku 1958 sa na prvom sympózium venované týmto časticam rozhodlo zavolať tieto častice ribozómov.

Ďalším dôležitým krokom vo vývoji molekulárnej biológie sa uverejnil v roku 1944, experimentálne údaje Osvalda Everie, Colin Maclaudy a Mníkové, ktoré ukázali, že príčinou transformácie baktérií je DNA. Toto bol prvý experimentálny dôkaz o úlohe DNA pri prevode dedičných informácií, ktorý bol odvedený skôr dôležitou myšlienkou proteínovej povahy génov.

Na začiatku 50-tych rokov, Frederick Sanger ukázal, že proteínový reťazec je jedinečná sekvencia aminokyselinových zvyškov. Na konci 50. rokov, Max Perus a John Kendew zaujal priestorovú štruktúru prvých proteínov. Už v roku 2000, stovky tisíc prírodných aminokyselinových sekvencií a tisícov priestorových štruktúr boli známe.

Štúdium Erwin Chargaffa mu umožnila formulovať pravidlá opisujúce pomer dusíkatých báz v DNA (pravidlá hovoria, že bez ohľadu na druhové rozdiely v DNA sa množstvo guanínu rovná množstvu cytozínu a množstvo adenín sa rovná počtu temina), ktorý pomohol ďalej urobiť najväčší prielom v molekulárnej biológii a jedným z najväčšie objavy Vo všeobecnosti.

Táto udalosť nastala v roku 1953, keď James Watson a Francis Creek, založené na dielach Rosalind Franklin a Maurice Wilkins x-ray-štruktúrna analýza DNA, inštalovaná dvojzriatkovou štruktúrou molekuly DNA. Tento objav umožnil odpovedať na základnú otázku o schopnosti nosiča dedičných informácií samoreginácii a pochopiť mechanizmus prenosu takýchto informácií. Rovnaké vedci boli formulovaní zásadou komplementárnosti dusíkatých základov, čo má kľúčový význam pre pochopenie mechanizmu na vytvorenie supramolekulárnych štruktúr. Tento princíp sa teraz používa na opis všetkých molekulárnych komplexov, umožňuje opísať a predpovedať podmienky pre výskyt slabých (neoceniteľných) intermolekulárnych interakcií, ktoré určujú možnosť tvarovania sekundárnych, terciárnych, atď. Štruktúry makromolekúl, toku samočinnej montáže supramolekulárnych biologických systémov, ktoré určujú takú širokú škálu molekulárnych štruktúr a ich funkčných súprav. Zároveň v roku 1953 bol vedecký časopis Journal of Molecular Biology. Zameriaval ho John Kendry, sféra vedecké záujmy ktorá bola štúdia štruktúry globulárnych proteínov ( nobelová cena 1962 spolu s Maxom Peruz). Podobný časopis ruského jazyka s názvom "Molekulárna biológia" bola založená v ZSSR V. A. Engelhardte v roku 1966.

V roku 1958 Francis Creek formuloval tzv. Centrálna molekulárna biológia Dogma: myšlienka nezvratnosti toku genetických informácií z DNA cez RNA na proteíny podľa DNA Scheme → DNA (replikácia, tvorba kópie DNA), DNA → RNA (transkripcia, generovanie génov ), RNA → Proteín (preklad, dekódovanie štruktúrových informačných proteínov). Táto dogma v roku 1970 bola opravená trochu správne s prihliadnutím na akumulované poznatky, pretože fenomén reverznej transkripcie bol otvorený nezávisle Howard Toye a David Baltimore: enzým bol objavený - reverzný prípad, ktorý je zodpovedný za implementáciu reverznej transkripcie - formácie dvoch reťazových DNA na jednoreťazcovej RNA matrici, ktorá sa vyskytuje z onkogénnych vírusov. Treba poznamenať, že prísna potreba toku genetických informácií z nukleových kyselín k proteínom je stále základom molekulárnej biológie.

V roku 1957 ukázal Alexander Sergeeevich Spiinín spolu s Andrei Nikolayevich Belozersky, že s významnými rozdielmi v nukleotidovej kompozícii DNA z rôznych organizmov, zloženie celkovej RNA bola podobná. Na základe týchto údajov prišli na senzačný záver, že celková bunka RNA môže pôsobiť ako nosič genetických informácií z DNA na proteíny, pretože ho nezodpovedá v jeho zložení. Zároveň si všimli, že existuje menšia frakcia RNA, ktorá úplne zodpovedá DNA v jeho nukleotidovej kompozícii a ktorá môže byť skutočným nosičom genetických priestupkov z DNA na proteíny. V dôsledku toho predpokladali existenciu relatívne malých molekúl RNA, ktoré sú v štruktúre analógov jednotlivých sekcií DNA a vykonávajú úlohu sprostredkovateľov pri prenose genetických informácií obsiahnutých v DNA v ribozómu, kde sú proteínové molekuly syntetizované pomocou týchto informácií . V roku 1961 (S. Brenner, F. Jacob, M. Mesheselson na jednej strane a F. GRO, Francois Jacob a Jacques Mono boli prvým, ktorí mali prežili potvrdenie o existencii takýchto molekúl - informácie (matice) RNA. Potom sa vyvinuli koncepcia a model funkčných jednotiek DNA, ktoré umožnili presne vysvetliť, ako regulovať expresiu génov v prokaryotes. Štúdium mechanizmov biosyntézy proteínov a princípov štrukturálnej organizácie a prevádzky molekulárnych strojovo-ribozómov - vyrobené Je možné formulovať postulát opisujúci pohyb genetických informácií nazývaných centrálnu dogmu molekulárnej biológie: DNA - DNA IRNK - proteín.

V roku 1961 a na najbližších niekoľko rokov, Heinrich Mattaha a Marshall Nirenberg a potom Kharom Korana a Robert Holly boli držané niekoľko prác na rozlúštenie genetického kódu, v dôsledku čoho bol okamžitý vzťah medzi DNA štruktúrou a syntetizovanými proteínmi a nukleotidová sekvencia určuje sadu aminokyselín v proteíne. Získali aj údaje o univerzálnosti genetického kódu. Objavy zaznamenali Nobelovu cenu z roku 1968.

Pre rozvoj moderné nápady Na funkciách RNA, objav non-korekčných RNA, vyrobených Alexandra Sergeevichom, spoločne s Andrei Nikolayevich Belozersky, 1958, Charles Brenner s spoluautormi a Spacelman Sollar, 1961. Tento typ RNA je hlavnou časťou bunkovej RNA. UNIFIKÁCIA PRIMÁLNYTUJE RI RIBOSOMAL RNA.

Spôsoby pestovania a hybridizácie živočíšnych buniek získali vážny vývoj. V roku 1963 boli Francois Jacob a Sydnema Benner formulovaný myšlienkami o replike - sekvenciách, ktoré sú inherentne replikovať gény vysvetľujúce dôležité aspekty regulácie replikácie génov.

V roku 1967, v Laboratóriu A. S. Spiin sa najprv preukázal, že forma kompaktne ochladenej RNA určuje morfológiu ribozomálnej častice.

V roku 1968 sa uskutočnilo významný základný objav. Ustanovenie, zistenie fragmentov DNA retardujúceho reťazca v štúdii procesu replikácie, pomenovaný na počesť z fragmentov ustanovenia, objasnil mechanizmus replikácie DNA.

V roku 1970 došlo k výraznému objavu nezávisle na Howard a David Baltimore: Bol objavený významný otvárací enzým, ktorý je zodpovedný za implementáciu reverznej transkripcie - tvorba DNA dvojvrstvovej DNA na jednoreťazcovej RNA matrici, ktorá sa vyskytuje Onkogénne vírusy obsahujúce RNA.

Ďalším dôležitým úspechom molekulárnej biológie bol vysvetlenie mechanizmu mutácií na molekulárnej úrovni. V dôsledku série štúdií boli stanovené hlavné typy mutácií: duplikácia, inverzie, delécie, translokácie a transpozície. To umožnilo zvážiť evolučné zmeny z hľadiska génových procesov, umožnilo vyvinúť teóriu molekulárnych hodín, ktorá sa používa v Phyloge.

Na začiatku 70. rokov boli formulované základné princípy fungovania nukleových kyselín a proteínov v živom organizme. Zistilo sa, že proteíny a nukleové kyseliny v tele sú syntetizované mechanizmom matrice, matricová molekula nesie šifrované informácie o sekvencii aminokyselín (v proteíne) alebo nukleotidoch (v nukleovej kyseline). Pri replikácii (DNA zdvojnásobenie) alebo transkripcie (syntéza IRNA) je DNA podávaná takou matricou, keď vysielanie (syntéza proteínov) alebo reverznej transkripcie - IRNA.

Teoretické predpoklady boli vytvorené pre vývoj aplikovaných smerov molekulárnej biológie, najmä genetického inžinierstva. V roku 1972, Paul Berg, Herbert Boer a Stanley Cohen vyvinuli molekulárnu klonovaciu technológiu. Potom sa najprv získali v rúrkovej rekombinantnej DNA. Tieto vynikajúce experimenty položili základy genetického inžinierstva a tento rok sa považuje za dátum narodenia tohto vedeckého smeru.

V roku 1977, Frederick Sanger a nezávisle Allan Maxam a Walter Gilbert vyvinuli rôzne metódy na stanovenie primárnej štruktúry (sekvenovania) DNA. Spôsob spevák, tzv. Metóda modernej sekvenčnej metódy je tzv. Princíp sekvenovania je založený na použití označených báz, ktoré pôsobia ako terminátory v cyklickej sekvenčnej reakcii. Táto metóda bola rozšírená kvôli schopnosti rýchlo analyzovať.

1976 - Frederick. Sanger sa dešifroval nukleotidovú sekvenciu fágovej φχ174 DNA 5375 nukleotidových párov.

1981 - Sickle-bunková anémia sa stáva prvou genetickou chorobou diagnostikovanou analýzou DNA.

1982-1983 Otvorenie katalytickej RNA funkcie v American Laboratories T. Kontrola a S. Oltman zmenil existujúcu predstavu o výnimočnej úlohe proteínov. Analogicky s katalytickými proteínmi - enzýmami sa katalytické RNA nazývali ribózu.

1987 Carey Multelis otvorila polymerázovú reťazovú reakciu, vďaka ktorej je možné umelo významne zvýšiť počet molekúl DNA v roztoku pre ďalšiu prácu. K dnešnému dňu je to jedna z najdôležitejších metód molekulárnej biológie, ktorá sa používa v štúdii dedičných a vírusových ochorení, pri štúdiu génov a genetickej identifikácie jednotlivca a vytvárania príbuznosti atď.

V roku 1990, zároveň tri skupiny vedcov uverejnili spôsob, ktorý umožnil syntetickú funkčne aktívnu RNA v laboratóriu syntetickej funkčne aktívnej RNA (umelá ribóza alebo molekuly interakcie s rôznymi ligandmi - aptaméry). Táto metóda sa nazýva "Evolúcia v testovacej trubici". A čoskoro potom v rokoch 1991-1993 v laboratóriu A.b. Chetverina bola experimentálne ukázaná možnosť existencie, rastu a amplifikácie molekúl RNA vo forme kolónií na pevnom médiu.

V roku 1998, takmer súčasne Craig Melo a Andrew Faer popísané predtým pozorované s genetickými experimentmi s baktériami a farbami Rušenie RNA, v ktorom malá dvojvláknová molekula RNA vedie k špecifickému potlačeniu génovej expresie.

Otvorenie mechanizmu rušenia RNA má veľmi dôležitý praktický význam pre modernú molekulárnu biológiu. Tento fenomén je široko používaný vedecké experimenty Ako nástroj pre "vypnutie", to znamená potlačenie expresie jednotlivých génov. Zvlášť zaujímavé je spôsobené tým, že táto metóda umožňuje vykonávať reverzibilné (dočasné) potlačenie aktivity študovaných génov. Štúdie prebiehajú možnosť použitia tohto fenoménu na liečenie vírusového, nádoru, degeneratívnych a metabolických ochorení. Treba poznamenať, že v roku 2002 boli otvorené mutanty obojpievajúcich vírusov, schopné vyhnúť sa rušeniu RNA, preto sa vyžaduje dokonca aj starostlivá práca na vytvorenie skutočne účinných liečebných metód založených na tomto fenoméne.

V rokoch 1999-2001 sa určilo niekoľko skupín výskumných pracovníkov s uznesením 5,5 až 2,4 Angstroms štruktúru bakteriálnych ribozómov.

Vec

Úspechy molekulárnej biológie pri vedomostiach voľne žijúcich živočíchov je ťažké preceňovať. Veľký úspech sa podarilo dosiahnuť vďaka úspešnému konceptu výskumu: Komplexné biologické procesy sa posudzujú z pozície jednotlivých molekulárnych systémov, čo umožňuje uplatňovať presné fyzikálno-chemické metódy výskumu. To tiež priťahoval veľa veľkých mysle od súvisiacich smerov do tejto oblasti vedy: chémia, fyzika, cytológia, virológia, ktorá má tiež priaznivý vplyv na rozsah a rýchlosť vedeckých poznatkov v tejto oblasti. Takéto významné objavy ako definícia DNA štruktúry, rozlúštenie genetického kódu, umelej modifikácie genómu, umožnili významne hlbšie špecifiká spôsobov vývoja organizmov a úspešne vyriešiť mnohé najdôležitejšie základné a aplikované vedecké, lekárske a sociálne úlohy, ktoré ešte neboli považované za nerozpustné.

Predmetom štúdie molekulárnej biológie je hlavne proteíny, nukleové kyseliny a molekulárne komplexy (molekulárne stroje) na ich základe a procesy, v ktorých sa zúčastňujú.

Nukleové kyseliny sú lineárne polyméry pozostávajúce z nukleotidových väzieb (zlúčeniny piatich-členného cukru s fosfátovým skupinou s piatym atómom cyklu a jedným zo štyroch dusíkových zásad) vzájomne prepojených esterovou väzbou fosfátových skupín. Nukleovou kyselinou je teda pentosofosfátový polymér s bázami dusíka ako bočné substituenty. Chemické zloženie RNA reťazca sa líši od DNA v tom, že prvá pozostáva z päťčlenného sacharidového cyklu ribózy, zatiaľ čo druhá je z dehydroxylovaného derivátu ribózy - deoxyribózy. V tomto prípade sa priestorovo tieto molekuly dramaticky líšia, pretože RNA je flexibilná jednoreťazcová molekula, zatiaľ čo DNA je dvojreťazcová molekula.

Proteíny sú lineárne polyméry, ktoré sú reťaze alfa-aminokyselín spojených peptidovým väzbou, od miesta, kde ich druhé meno sú polypeptidy. Zloženie prírodných proteínov zahŕňa mnoho rôznych aminokyselinových jednotiek - u ľudí až 20 -, čo určuje širokú škálu funkčných vlastností týchto molekúl. Tí alebo iné proteíny sa zúčastňujú takmer každého procesu v tele a vykonávajú mnohé úlohy: hrajú úlohu bunkového stavebného materiálu, zabezpečuje prepravu látok a iónov, katalyzované chemické reakcie- Tento zoznam je veľmi dlhý. Proteíny tvoria stabilné molekulárne konformácie rôznych úrovní organizácie (sekundárne a terciárne štruktúry) a molekulárne komplexy, čo je ešte viac rozširujúce ich funkčnosti. Tieto molekuly môžu mať vysokú špecificitu na vykonávanie akýchkoľvek úloh spôsobených tvorbou komplexnej priestorovej globulárnej štruktúry. Široká škála proteínov zabezpečuje konštantný záujem vedcov k tomuto typu molekúl.

Moderné myšlienky o predmete molekulárnej biológie sú založené na zovšeobecnení, nominované prvýkrát v roku 1958 Francis Crycusom ako centrálneho dogmy molekulárnej biológie. Jeho podstata spočívala v schválení, že genetické informácie v živých organizmoch podstúpia prísne určité etapy implementácie: kopírovanie z DNA v DNA dedičnosti, od DNA na RNA, a potom z RNA na proteín, a reverzný prechod nerealizuje. Toto tvrdenie bolo pomerne len z časti, preto bola centrálna Dogma opravená úverom na tie otvorené nové údaje.

V súčasnosti sú známe niekoľko spôsobov implementácie genetického materiálu predstavujúceho rôzne sekvencie implementácie troch typov genetických informácií: DNA, RNA a proteín. V deviatich možných realizačných cestách sa rozlišujú tri skupiny: tieto sú tri spoločné transformácie (všeobecné), ktoré sú normálne implementované vo väčšine živých organizmov; Tri špeciálne transformácie (špeciálne), vykonávané v niektorých vírusoch alebo v špeciálnych laboratórnych podmienkach; Tri neznáme transformácie (neznáme), ktorého implementácia sa považuje za nemožnú.

Všeobecná transformácia zahŕňa nasledujúce spôsoby implementácie genetického kódu: DNA → DNA (replikácia), DNA → RNA (transkripcia), RNA → Proteín (vysielanie).

Na vykonávanie prevodu dedičných vlastností, rodičia potrebujú prenášať potomkovy kompletnú molekulu DNA. Spôsob, z dôvodu, ktorým môže byť na báze pôvodnej DNA, jeho presná kópia syntetizovaná, a preto sa môže prenášať genetický materiál, nazývaný replikáciu. Vykonáva sa špeciálnymi proteínmi, ktoré oholenia molekuly (narovnajte jeho miesto), dvojité špirálové špirály a pomocou DNA polymerázy vytvárajú presnú kópiu pôvodnej molekuly DNA.

Aby sa zabezpečilo živobytie bunky, musí byť neustále pristupuje k genetickému kódu stanovenému v DNA dvojité skrutke. Táto molekula je však príliš veľká a nejasná na použitie ako priamy zdroj genetického materiálu na kontinuálnu syntézu proteínov. Preto počas vykonávania informácií uvedených v DNA existuje etapa sprostredkovania: syntéza IRNA, ktorá je malá jednovláknová molekula, ktorá je komplementárne k určitému rezaniu DNA kódujúcej určitý proteín. Proces transkripcie poskytuje RNA polymerázy a transkripčné faktory. Výsledná molekula sa potom môže ľahko dodávať do bunkového oddelenia zodpovedného za syntézu proteínov - ribozóm.

Po vstupe a RNA sa konečná fáza implementácie genetických informácií prichádza do ribozómu. Zároveň sa ribozóm líši s Genetickým kódom IRNA s tripletmi nazývanými kodonmi a syntetizuje zodpovedajúci proteín na základe získaných informácií.

Počas špeciálnych transformácií sa genetický kód implementuje podľa schémy RNA → RNA (replikácia), RNA → DNA (reverzná transkripcia), DNA → Protein (Live Broadcast). Replikácia tohto druhu je implementovaná v mnohých vírusoch, kde sa uskutočňuje RNA polymerázy závislú od enzýmu RNA. Podobné enzýmy sú tiež v eukaryotoch, kde sú spojené s procesom RNA-Odôvodnenie (tlmenie). Reverzná transkripcia sa deteguje v retrovírusoch, kde sa uskutočňuje pod pôsobením enzýmu reverznej transkriptázy, ako aj v niektorých prípadoch v eukaryotických bunkách, napríklad s telomerickou syntézou. Živé vysielanie sa vykonáva len v umelých podmienkach v izolovanom systéme mimo bunky.

Každý z troch možných prechodov genetických informácií z proteínu v proteíne, RNA alebo DNA sa považuje za nemožné. Prípad expozície prirovom na proteínoch, v dôsledku čoho je vytvorený podobný prión, môže byť rozumne pripisovaný typom genetických informácií proteínu → proteínu. Nie je to však formálne, pretože neovplyvňuje aminokyselinovú sekvenciu v proteíne.

História vzniku pojmu "centrálna dogma" je zvedavá. Vzhľadom k tomu, slovo dogma vo všeobecnosti znamená vyhlásenie, ktoré nie je pochybné, a samotné slovo má explicitný náboženský podtext, výber ho ako popis vedecký fakt Nie sú celkom legitímne. Podľa samotného Francis Creek to bola jeho chyba. Chcel dať rozšírenú teóriu väčšieho významu, prideliť ju na pozadí iných teórií a hypotéz; Pre ktoré sa rozhodla použiť tento majestátne, podľa jeho zastúpenia, Slovo, bez toho, aby pochopili jeho skutočný význam. Názov je však göthes.

Molekulárna biológia dnes

Rýchly rozvoj molekulárnej biológie, neustály záujem o úspechy v tejto oblasti spoločnosťou a objektívny význam výskumu viedol k vzniku veľkého počtu významných výskumných centier molekulárnej biológie na celom svete. Medzi najväčšie by sa mali uviesť takto: Laboratórium molekulárnej biológie v Cambridge, Kráľovský inštitút v Londýne - vo Veľkej Británii; Organizácie molekulárnej biológie v Paríži, Marseille a Štrasburgu, Pasteur Institute - vo Francúzsku; Molekulárna biologická útvary na Harvardskej univerzite a Massachusetts Institute of Technology, University v Berkeley, v Kalifornii Institute of Technology, v Rockefellerskej univerzite, na Inštitúte zdravotníctva v bethes - v Spojených štátoch; Organizácie Max Planck, Univerzity v Gottingene a Mníchove, Ústredný inštitút molekulárnej biológie v Berlíne, inštitúciách v Jena a Halle - v Nemecku; Caroline Institute v Štokholme vo Švédsku.

V Rusku sú hlavné centrá v tejto oblasti Ústav molekulárnej biológie. V.a.englgardt RAS, Ústav molekulárnej genetiky Ruskej akadémie vied, Ústavu biológie, Gena RAS, Ústav fyzikálno-chemickej biológie. A.N. BULOZERSKA MOSKVA ŠTÁTNA UNIVERZA. M.V. Lomonosov, Inštitút biochémie. A.N.BACH RAS a Ústav bielkovín Ruskej akadémie vied v Pushchine.

Dnes sa oblasť záujmov molekulárnych biológov pokrýva širokú škálu základných vedeckých otázok. Štúdium štruktúry nukleových kyselín a biosyntézy proteínov, štruktúry štruktúry a funkcií rôznych intracelulárnych štruktúr a bunkových povrchov zaberá vedúcu úlohu. Dôležité oblasti výskumu sú aj štúdium mechanizmov príjmu a prenosu signálov, molekulárnych mechanizmov transportu zlúčenín vo vnútri bunky, ako aj z bunky do vonkajšieho prostredia a chrbta. V hlavných smeroch vedeckého vyhľadávania krajiny v oblasti aplikovanej molekulárnej biológie je jedným z najviac priorít je problémom výskytu a rozvoja nádorov. Taktiež veľmi dôležitý smer, ktorej štúdia, ktorej úsek molekulárnej biológie sa zaoberá molekulárnou genetikou, je štúdia molekulárneho základu vzniku dedičných ochorení a vírusových ochorení, ako je AIDS, ako aj rozvoj spôsoby, ako im brániť a, prípadne liečbu na úrovni génu. Rozšírené využitie našiel objav a vývoj molekulárnych biológov v forenznej medicíne. Skutočná revolúcia v oblasti identifikácie osobnosti bola vykonaná v 80-tych rokoch vedcov z Ruska, USA a Veľkej Británie, vďaka vývoju a implementácii metódy "genómovej daktyloskopie" v dennej praxi osobnosti DNA. Štúdie v tejto oblasti sa nezastavia na tento deň, moderné metódy Umožnite vám zriadiť osobu s pravdepodobnosťou chyby jednu miliardu percent. Už teraz existuje aktívny vývoj projektu genetického pasu, ktorý by mal mať možnosť dôrazne znížiť mieru kriminality.

Metodika

Molekulárna biológia má dnes rozsiahle metódy arzenál, ktoré umožňujú riešenie najmodernejších a najkomplexnejších úloh, ktoré čelia vedcom.

Jedna z najbežnejších metód v molekulárnej biológii je gélová elektroforézaktorý rieši problém oddelenia zmesi makromolekúl veľkosti alebo nabíjaním. Takmer vždy, po oddelení makromolekúl v géli sa používa blotting, metóda, ktorá vám umožní preniesť makromolekuly z gélu (sorbit) na povrch membrány pre pohodlie ďalšieho fungovania s nimi, najmä hybridizácia. Hybridizácia je tvorba hybridnej DNA dvoch reťazcov s inou povahou - metóda, ktorá zohráva dôležitú úlohu v zásadných štúdiách. Používa sa na určenie komplementárny Segmenty v rôznych DNA (DNA rôznych druhov), s jeho pomoc pri hľadaní nových génov dochádza, s jeho pomocou, bola otvorená rušenie a jeho princíp je založený na genómovej dacityoskopii.

Väčšia úloha v modernej praxi molekulárneho biologického výskumu sa hrá sekvencovacia metóda - určenie sekvencie nukleotidov v nukleových kyselinách a aminokyselinách v proteínoch.

Moderná molekulárna biológia nemôže byť reprezentovaná bez metódy polymerázovej reťazovej reakcie (PCR). Vďaka tejto metóde sa uskutočňuje zvýšenie množstva (amplifikácie) kópií niektorých DNA sekvencie, aby sa dosiahlo dostatočné množstvo látky z jednej molekuly s ním. Podobný výsledok sa dosahuje technológiou molekulárnej klonovania, v ktorej je požadovaná nukleotidová sekvencia zavedená do baktérií DNA (živých systémov), potom, čo reprodukcia baktérií vedie k požadovanému výsledku. Tento prístup je technicky oveľa zložitejší, ale umožňuje vám súčasne získať výsledok expresie nukleotidovej sekvencie podľa štúdie.

Ultracentrifugačné metódy sú široko používané v molekulárnych biologických štúdiách (na separáciu makromolekúl (veľké množstvá), bunky, organels), metódy elektrónovej a fluorescenčnej mikroskopie, spektrofotometrických metód, röntgenovej konštrukčnej analýzy, autorádiografie a podobne.

Vďaka technickému pokroku a vedeckému výskumu v oblasti chémie, fyziky, biológie a informatiky, moderné vybavenie vám umožňuje prideliť, študovať a zmeniť individuálne gény a procesy, v ktorých sú zapojené.

31.2

Pre priateľov!

referencia

Molekulárna biológia rástla z biochémie v apríli 1953. Jeho vzhľad je spojený s menami Jamesa Watsona a Francis Cry, ktorý otvoril štruktúru molekuly DNA. Discovery bol umožnený štúdiom genetiky, baktérií a biochémie vírusov. Profesia Molekulárny biológ nie je rozšírený, ale dnes jej úlohou moderná spoločnosť Veľmi dobre. Veľký počet Choroby, vrátane prejavu genetickej úrovne, vyžaduje, aby vedci našli riešenia tohto problému.

Opis činnosti

Vírusy a baktérie neustále mmutujú, čo znamená, že osoba prestane pomôcť liekom a chorobám, ktoré sa stávajú ťažkými. Úlohou molekulárnej biológie je dostať sa z tohto procesu a vyvinúť nový liek na choroby. Vedci pracujú podľa dobre definovanej schémy: blokovanie príčin ochorenia, eliminácia mechanizmov dedičnosti a uľahčuje stav pacienta. Existuje množstvo centier, kliník a nemocnice na svete, kde molekulárne biológovia pomáhajú pacientom vyvíjať nové liečby.

Pracovné povinnosti

Povinnosti molekulárneho biológu zahŕňajú štúdiu procesov vo vnútri bunky (napríklad zmeny DNA vo vývoji nádorov). Odborníci tiež študujú znaky DNA, ich vplyv na celý organizmus a samostatnú bunku. Takéto štúdie sa uskutočňujú napríklad na základe PCR (polymerázy reťazová reakcia), ktorý vám umožní analyzovať telo na infekcie, dedičné ochorenia a určiť biologický vzťah.

Vlastnosti kariérového rastu

Profesia Molekulárny biológ je veľmi sľubný vo svojej oblasti a dnes tvrdí, že prvé miesta v rebríčku zdravotníckych profesií budúcnosti. Mimochodom, molekulárny biológ nie je nevyhnutne po celý čas zostať v tejto oblasti. Ak existuje túžba zmeniť generáciu tried, môže rekvalifikovať do laboratórnych zariadení predaja manažérov, začnite rozvíjať nástroje pre rôzne štúdie alebo otvoriť svoje podnikanie.

Molekulárna biológia prežila obdobie rýchleho rozvoja vlastných výskumných metód, čo sa líši od biochémie. Zahŕňa najmä metódy genetického inžinierstva, klonovania, umelého výrazu a nocause génov. Vzhľadom k tomu, DNA je materiálny nosič genetickej informácie, molekulárna biológia sa stala veľmi blízko k genetike a súčasne bola vytvorená molekulárna genetika, ktorá je súčasne časťou genetiky a molekulárnej biológie. Rovnako ako molekulárna biológia používa vírusy ako študijný nástroj, virológie, metódy molekulárnej biológie sa používajú na riešenie ich úloh. Výpočtové techniky sú zapojené do analýzy genetických informácií, a preto sa objavili nové smery molekulárnej genetiky, ktoré sú niekedy posudzované špeciálnymi disciplínmi: bioinformicami, genómmi a proteomikou.

História rozvoja

Tento základný objav bol pripravený dlhou fázou výskumu genetiky a biochémie vírusov a baktérií.

V roku 1928, Frederick Griffith najprv ukázal, že extrakt z usmrtených vykurovacími patogénnymi baktériami môže prenášať znak patogenitu ne nebezpečnými baktériami. Štúdium transformácie baktérií v budúcnosti viedlo k purifikácii patogénneho činidla, ktoré v rozpore s očakávaniami nebol proteín, ale nukleová kyselina. Samotná nukleová kyselina nie je nebezpečná, prenáša len gény, ktoré určujú patogenitu a iné vlastnosti mikroorganizmu.

V 50. rokoch 20. storočia sa ukázalo, že baktérie majú primitívny sexuálny proces, sú schopní vymieňať extrachromozomálnu DNA, plazmidy. Objav plazmidu, ako aj transformácia, bol založený na technológii plazmidov distribuovanej v molekulárnej biológii. Ďalším dôležitým objavom metodiky bola detekcia na začiatku 20. storočia vírusy baktérií, bakteriofágov. Fágy môžu tiež prenášať genetický materiál z jednej bakteriálnej bunky do druhej. Infekcia baktérií podľa fágov vedie k zmene zloženia bakteriálnej RNA. Ak je bez fágov, kompozícia RNA je podobná kompozícii baktérií DNA, potom po infekcii RNA sa stáva viac ako DNA bakteriofág. Zistilo sa teda, že štruktúra RNA je určená štruktúrou DNA. Na druhej strane, rýchlosť syntézy proteínov v bunkách závisí od počtu komplexov RNA proteín. Takže bola formulovaná molekulárna biológia centrálnej dogmy: DNA ↔ RNA → Proteín.

Ďalší rozvoj molekulárnej biológie bol sprevádzaný vývojom jeho metodiky, najmä vynález spôsobu stanovenia nukleotidovej sekvencie DNA (U. Gilbert a F. Senger, Nobelovej ceny v chémii 1980) a nové objavy v Oblasť štúdia štruktúry a fungovania génov (pozri históriu genetiky). Na začiatku XXI storočia boli údaje získané na primárnej štruktúre celej ľudskej DNA a radom iných organizmov, ktoré sú najdôležitejšie pre medicíny, poľnohospodárstvo a vedecký výskum, čo viedlo k niekoľkým novým smerom v biológii: genómoch, bioinformatiky atď. .

pozri tiež

Molekulárna biológia (časopis)
Prepisovaný
Molekulárna paleontológia
EMBO - Európska organizácia molekulárnych biológov

Literatúra

Spevák M., Berg P. Gény a genómov. - Moskva, 1998.
Stent G., Calindar R. Molekulárna genetika. - Moskva, 1981.
Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Molekulárne klonovanie. - 1989.
PATRUSHEV L. I. Expresia génov. - m.: Veda, 2000. - 000 s., IL. ISBN 5-02-001890-2

Spojenie

Nadácia Wikimedia. 2010.

Ardatov okres Nižný Novgorod región
Arzamas okres Nižný Novgorod región

Sledujte, čo je "molekulárna biológia" v iných slovníkoch:

MOLEKULÁRNA BIOLÓGIA - Vylučuje OSN. Vlastnosti a prejavy života na molekulárnej úrovni. Najdôležitejšie smery v M. B. Existujú štúdie štruktúrne funkčnej organizácie genetického prístroja buniek a mechanizmus implementácie dedičných informácií ... ... Biologický encyklopedický slovník

MOLEKULÁRNA BIOLÓGIA - skúma hlavné vlastnosti a prejavy života na molekulárnej úrovni. Ukazuje sa, ako a do akej miery rast a rozvoj organizmov, skladovanie a prevod dedičných informácií, konverzie energie v živých bunkách atď. Fenomény je spôsobené ... Veľký encyklopedický slovník

MOLEKULÁRNA BIOLÓGIA Moderná encyklopédia

MOLEKULÁRNA BIOLÓGIA - Molekulárna biológia, biologická štúdia štruktúry a fungovania molekúl, z ktorých žijú organizmy. Medzi hlavné sektory štúdie patria fyzikálne a chemické vlastnosti proteínov a nukleových kyselín, ako je DNA. pozri tiež… … Vedecký a technický encyklopédový slovník

molekulárna biológia - Časť BIOL., Ktorý skúma základné vlastnosti a prejavy života na molekulárnej úrovni. Ukazuje sa, ako a do akej miery rast a rozvoj organizmov, skladovanie a prevod dedičných informácií, transformácia energie v živých bunkách a ... ... Slovník mikrobiológie

molekulárna biológia - - Témy biotechnológie en molekulárna biológia ... Technický adresár prekladateľa

Molekulárna biológia - Molekulárna biológia skúma základné vlastnosti a prejavy života na molekulárnej úrovni. Ukazuje sa, ako a do akej miery rast a rozvoj organizmov, skladovanie a prevod dedičných informácií, transformácia energie v živých bunkách a ... ... Ilustrovaný encyklopédový slovník

Molekulárna biológia - Veda, ktorá vlastní svoju úlohu, vedomosti o povahe životných javov štúdiou biologických objektov a systémov na úrovni blížiacej sa molekulárne a v niektorých prípadoch dosiahnutie tohto limitu. Konečný cieľ v rovnakom čase ... ... Veľký sovietska encyklopédia

MOLEKULÁRNA BIOLÓGIA - Štúdie fenomény života na úrovni makromolekúl (CH. Programy a nukleové až t) v bunkových štruktúrach (ribozómy atď.), Vínus, ako aj v bunkách. Objekt M. B. Nastavenie úlohy a mechanizmu fungovania týchto makromolekúl na základe ... ... Chemická encyklopédia

molekulárna biológia - skúma hlavné vlastnosti a prejavy života na molekulárnej úrovni. Ukazuje sa, ako a do akej miery rast a rozvoj organizmov, skladovanie a prevod dedičných informácií, transformácia energie v živých bunkách a iných javoch ... ... Encyklopedický slovník

Knihy

Molekulárne biologické bunky. Zbierka úloh, J. Wilson, T. Hunt. Kniha amerických autorov - Príloha KO 2 - MUŠIČOVAŤ UKUNDOSTI UKUNDOSTI "Molekulárnej biológie buniek" B. Alberts, D. BREYA, J. Lewis atď. Obsahuje otázky a úlohy, ktorých cieľom je prehĺbiť ...

Molekulárna biológia

veda, ktorá vlastní svoju úlohu, znalosť povahy životných javov štúdiom biologických objektov a systémov na úrovni blížiacej sa molekulárne a v niektorých prípadoch dosiahnutie tohto limitu. Konečným cieľom je zistiť, ako a do akej miery charakteristické prejavy života, ako je dedičnosť, reprodukovať podobnú bielkovú biosyntézu, excitabilitu, rast a vývoj, skladovanie a prenos informácií, transformáciu energie, mobility atď. Štruktúra, vlastnosti a interakcie biologicky dôležitých molekúl, primárne dve hlavné triedy biopolyméry s vysokou molekulovou hmotnosťou (pozri biopolyméry) - proteíny a nukleové kyseliny. Charakteristickým znakom M. B. - Štúdium životných javov na nelivové zariadenia alebo tých, ktorí sú neodmysliteľní v najprimitívnejších prejavoch života. Ide o biologické útvary z bunkovej úrovne a nižšie: subcellulárne organely, ako sú izolované jadrá bunkovej, mitochondrie, ribozómy, chromozóm, bunkové membrány; Ďalšie - Systémy, ktoré stojaci na hranici života a neživý príroda - vírusy, vrátane bakteriofágov, a končiace molekuly najdôležitejších zložiek živej hmoty - nukleové kyseliny (pozri nukleové kyseliny) a proteíny (pozri proteíny).

M. B. - nový rozsah prírodných vedy, úzko súvisí s dlhodobo zavedenými oblasťami štúdia, ktoré sú pokryté biochémiou (pozri biochémiu), biofyziku (pozri biofyziku) a bioorganickú chémiu (pozri Bioorganic Chemistry). Rozlišovanie je možné len na základe účtovníctva použitých metód a na hlavnej povahe použitých prístupov.

Nadácia, na ktorej bol vyvinutý M. B, bol takýto vedy ako genetika, biochémia, fyziológia elementárnych procesov atď. Podľa pôvodu svojho vývoja, M. b. Insiscimuling s molekulárnou genetikou (pozri molekulárne genetiky) , ktorý naďalej robí dôležitú súčasť M. B., hoci sa vytvorila už vo veľkej miere v nezávislej disciplíne. Vykonávanie M. B. Z biochémie diktovanej nasledujúcimi úvahami. Úlohy biochémie sú obmedzené najmä na vyhlásenie o účasti určitých chemické látky s určitými biologickými funkciami a procesmi a objasnenie povahy ich transformácií; Vedúce hodnoty patrí k informáciám o reaktivite a hlavných znakoch chemickej štruktúry vyjadrenej obvyklým chemickým vzorcom. T. O., V podstate sa pozornosť zameriava na transformácie, ktoré ovplyvňujú hlavné výzvy. Medzitým, L. Pauling Om je podčiarknutý , v biologické systémy A prejavy vitálnej činnosti by mali byť pridelené nekomplexnými dlhopismi pôsobiacimi v rámci tej istej molekuly, ale rôzne druhy dlhopisov, ktoré spôsobujú intermolekulárne interakcie (elektrostatické, van der Waals, vodíkové väzby atď.).

Konečný výsledok biochemickej štúdie môže byť reprezentovaný vo forme systému chemických rovníc, zvyčajne úplne vyčerpaný svojím obrazom v rovine, t.j. v dvoch dimenziách. Charakteristickým znakom M. B. je jeho trojrozmernosť. Essence M. B. M. Perus je vidieť, že interpretuje biologické funkcie v konceptoch molekulárnej štruktúry. Je možné povedať, že ak predtým, keď študuje biologické objekty, bolo potrebné odpovedať na otázku "to", to znamená, aké látky sú prítomné, a otázka ", kde", v ktorom tkanivá a orgány, potom M. b. kladie svoju úlohu, aby získala odpovede na otázku "Ako", prinášajú podstatu úlohy a účasti celej štruktúry molekuly a na otázky "Prečo" a "prečo", zistiť, na jednej strane, vzťah Medzi vlastnosťami molekuly (opäť, prvá zo všetkých proteínov a nukleových kyselín) a funkcie, ktoré vykonávajú, a na druhej strane úlohu takýchto jednotlivých funkcií v celkovom komplexe životných prejavov.

Rozhodujúca úloha je získaná vzájomným usporiadaním atómov a ich zoskupení spoločná štruktúra Makromolekuly, ich priestorové vzťahy. Týka sa to jednotlivca, individuálnych, komponentov a celkovej konfigurácie molekuly ako celku. Je v dôsledku výskytu prísne deterministickej objemovej štruktúry molekuly biopolyméru tieto vlastnosti, na základe ktorých sa ukázali, že sú schopní slúžiť ako materiálový základ biologických funkcií. Táto zásada prístupu k štúdiu bývania je najviac charakteristická, typická čiara M. b.

Historický odkaz. Rozsiahly význam výskumu biologických problémov na molekulárnej úrovni predpovedá I. P. Pavlov , Kto hovoril o poslednej fáze vedy o živote - fyziológie živej molekuly. Termín "M. b. " Angličtina bola použitá prvýkrát. Vedecký U. Astbury v prílohe k výskumu súvisiacej s objasnením závislostí medzi molekulovou štruktúrou a fyzikálnymi a biologickými vlastnosťami fibrilárnych (vláknitých) proteínov, ako je kolagén, fibrín krvného alebo svalov kontraktilných proteínov. Široko aplikovať termín "M. b. " oceľ od začiatku 50. rokov. 20 V.

Vznik M. b. Vzhľadom k tomu, tvarovaná veda je obvyklá do roku 1953, keď J. Watson OM a F. Creek OM v Cambridge (Spojené kráľovstvo) opísali trojdimenzionálnu štruktúru kyseliny deoxyribonukleovej (pozri deoxyribonukleovú kyselinu) (DNA). To umožnilo hovoriť o tom, ako detaily tejto štruktúry určujú biologické funkcie DNA ako nosič materiálu dedičných informácií. DNA v zásade sa o tejto úlohe stala o touto úlohou (1944) o tejto úlohe (1944) v dôsledku diel americkej genetiky OT Avery so zamestnancami (pozri molekulárnu genetiku), ale nebolo známe, v akom rozsahu, v akom táto funkcia závisí od Molekulárna štruktúra DNA. To bolo možné len po laboratóriách UL BRAGG (pozri Bragg - Wulf Stav), J. Bernal A a ďalší. Boli vyvinuté nové princípy röntgenovej štrukturálnej analýzy, čo poskytlo použitie tejto metódy pre podrobné znalosti priestorová štruktúra makromolekúl proteínov a nukleových kyselín.

Úrovne molekulárnej organizácie. V roku 1957, Kendew nainštaloval trojdimenzionálnu štruktúru Mioglobínu A , A v nasledujúcich rokoch to bolo vykonané M. Peruz proti hemoglobínu a. Myšlienky o rôznych úrovniach priestorovej organizácie makromolekuly boli formulované. Primárnou štruktúrou je sekvencia jednotlivých jednotiek (monomérov) v reťazci výslednej polymérnej molekuly. Pre proteíny sú monoméry aminokyseliny , Pre nukleové kyseliny - nukleotidy. Lineárna, vláknitá molekula biofolyméru v dôsledku vodíkových väzieb, má schopnosť prispôsobiť sa určitým spôsobom v priestore, napríklad v prípade proteínov, ako ukázal L. Leing, aby získal tvar špirály. Toto je označené ako sekundárna štruktúra. O terciárnej štruktúre hovorí, kedy molekula má sekundárna štruktúraĎalej sa zloží tak či onak, vyplňte trojrozmerný priestor. Nakoniec, molekuly s trojrozmernou štruktúrou môžu vstupovať do interakcie, prirodzene umiestnené v priestore navzájom a tvoriť to, čo je označené ako kvartérna štruktúra; Jeho jednotlivé zložky sa zvyčajne nazývajú podjednotky.

Najzz vizuálnym príkladom toho, ako molekulárna trojrozmerná štruktúra určuje biologické funkcie molekuly, slúži ako DNA. Má štruktúru dvojitej špirály: dva vlákna prichádzajú v opačnom smere (anti-paralelné), jeden okolo seba, tvoriaci dvojitý špirálou s vzájomne komplementárnym umiestnením základne, tj tak, že proti určitej základni jedného reťazca vždy V inej reťazci najlepšia cesta Poskytuje tvorbu vodíkových väzieb: adepín (A) tvorí pár s tymínom (T), guanín (g) - s cytozínom (C). Takáto štruktúra vytvára optimálne podmienky pre najdôležitejšie biologické funkcie DNA: kvantitatívne násobenie dedičných informácií v procese bunkového delenia pri zachovaní kvalitatívnej bytosti tohto toku genetických informácií. Pri rozdeľovaní vláknitej bunky dvojitej špirály DNA, ktorá slúži ako matrica alebo templát, mutovať a na každom z nich, je komplementárna nová niť syntetizovaná pod pôsobením enzýmov. V dôsledku toho sa získajú dve riadne identické dcérske molekuly (pozri bunku, MITZ) z jednej molekuly matky DNA.

Aj v prípade hemoglobínu sa ukázalo, že jeho biologická funkcia - schopnosť reverzibilne pripojiť kyslík do pľúc a potom, aby sa dal tkanivám - úzko súvisí so zvláštnymi tkaninami trojrozmernej štruktúry hemoglobínu a jeho zmeny v proces vykonávania fyziologickej úlohy. Pri viazaní a disociácii o 2 sa vyskytujú priestorové zmeny konformácie molekuly hemoglobínu, čo vedie k zmene afinity atómov železa, ktoré sú v ňom obsiahnuté na kyslík. Zmeny vo veľkosti molekuly hemoglobínu, pripomínajúce zmeny v množstve hrudníka počas dýchania, nechajú pomenovať hemoglobín "molekulárne svetlo".

Jedným z najdôležitejších vlastností živých objektov je ich schopnosť jemne prispôsobiť všetky prejavy života. Hlavný príspevok M. B. Vo vedeckých objavoch je potrebné zvážiť zverejnenie nového, predtým neznámeho regulačného mechanizmu, označený ako altogéterický účinok. Skladá sa v schopnosti látok s nízkou molekulovou hmotnosťou - tak ďalej. Ligands - modifikovať špecifické biologické funkcie makromolekúl, predovšetkým katalyticky aktívne proteíny - enzýmy, hemoglobín, receptorové proteíny, ktoré sa podieľajú na konštrukcii biologických membrán (pozri biologické membrány), v synaptickej prevodovke (pozri synapses), atď.

Tri biotický tok.Vo svetle reprezentácií M. B. Súbor životných javov je možné vnímať v dôsledku kombinácie troch prúdov: tok hmoty, čo je jeho expresia v metabolických fenoménoch, t.j. asimilácia a rozpúšťanie; Prúd energie, ktorý je hnacia sila pre všetky prejavy vitálnej činnosti; A tok informácií, ktorý preniká nielen rôznorodosťou vývoja a existencie každého organizmu, ale aj nepretržitú sériu generácií, kde sa navzájom nahrádzajú. Je to myšlienka toku informácií dosiahnutých do doktríny živého sveta rozvojom M. B., ukladá jej špecifický, jedinečný odtlačok.

Najdôležitejšie úspechy molekulárnej biológie. Víriace, rozsah a hĺbka vplyvu M. b. Pre úspech pri vedomostiach domorodých problémov je štúdia voľne žijúcich živočíchov pomerne porovnávaná, napríklad s vplyvom kvantovej teórie na rozvoj atómovej fyziky. Dva interne súvisiace podmienky určili tento revolúciu účinku. Na jednej strane rozhodujúca úloha zohrávala detekciu možnosti štúdia najdôležitejších prejavov životne dôležitých aktivít v najjednoduchších podmienkach, ktoré sa približujú k typu chemických a fyzikálnych experimentov. Na druhej strane v dôsledku zadanej okolnosti došlo k rýchlemu začleneniu významného počtu zástupcov presné vedy - Fyzik, chemikov, kryštalografie a potom matematikov - pri rozvoji biologických problémov. Tieto okolnosti v jeho agregácii viedli k nezvyčajne rýchlemu tempe rozvoja M. B., počet a význam jeho úspechu dosiahnutý len za dve desaťročia. Toto nie je úplný zoznam týchto úspechov: zverejnenie štruktúry a mechanizmu biologickej funkcie DNA, všetkých typov RNA a ribozómov (pozri ribozómy) , Zverejnenie genetického kódu (pozri kód Genetic) ; Otvorenie reverznej transkripcie (pozri prepis) , t.j. syntéza DNA na matrici RNA; Štúdium mechanizmov fungovania dýchacích pigmentov; Otvorenie trojrozmernej štruktúry a jeho funkčná úloha v pôsobení enzýmov (pozri enzýmy) , Princíp syntézy matrici a mechanizmy biosyntézy proteínov; Zverejnenie štruktúry vírusov (pozri vírusy) a mechanizmy ich replikácie, primárne a čiastočne, priestorovej štruktúry protilátok; Izolácia jednotlivých génov , Chemická a potom biologická (enzymatická) syntéza génu, vrátane ľudského, mimo bunky (in vitro); Prenos génov z jedného organizmu do druhého, vrátane ľudských buniek; Rýchlo sa dešifrovať chemickú štruktúru rastúceho počtu jednotlivých proteínov, najmä enzýmov, ako aj nukleových kyselín; Detekciu javov "samočinnej montáže" určitých biologických cieľov stále rastúcej zložitosti, od molekúl nukleovej kyseliny a pohybovať sa do viaczložkových enzýmov, vírusov, ribozómov atď.; Natáčanie alotických a ďalších základných princípov regulácie biologických funkcií a procesov.

Redukcionizmus a integrácia. M. B. Je to posledná etapa tohto smeru v štúdii živých objektov, ktorá je označená ako "redukcionizmus", tj túžba znížiť komplexné životné funkcie na javy prúdiace na úrovni molekúl, a preto sú prístupné štúdiu fyziky a chemických metód . Dosiahnuté M. B. Úspechy naznačujú účinnosť tohto prístupu. Zároveň je potrebné vziať do úvahy, že v prírodných podmienkach v bunkovej, tkanine, orgáne a celom tele riešime systémy rastúceho stupňa komplikácií. Takéto systémy sú vytvorené z komponentov nižšej úrovne svojou pravidelnou integráciou do integrity, získavanie štrukturálnej a funkčnej organizácie a majú nové vlastnosti. Preto, ako znalosť zákonov o modeloch, ktoré sú k dispozícii na zverejnenie na molekulárnych a susedných úrovniach, pred M. b. Úlohy poznatkov o integračných mechanizmoch ako línia ďalšieho rozvoja v štúdii životných javov. Východiskovým bodom tu slúži ako štúdia sily intermolekulárnych interakcií - vodíkových väzieb, van der Waals, elektrostatické sily atď. A tak ďalej. Jeho celková a priestorová poloha, tvoriť to, čo môže byť označené ako "integračné informácie". Malo by sa považovať za jednu z hlavných častí uvedených informácií. V regióne M. B. Príkladmi integrácie môžu byť javom samonashoviny komplexných formácií zo zmesi ich zložiek. To zahŕňa napríklad tvorbu viaczložkových proteínov z ich podjednotiek, tvorba vírusov z ich zložiek - proteíny a nukleovej kyseliny, obnovenie pôvodnej ribozómovej štruktúry po oddelení ich proteínov a nukleových zložiek atď. Štúdia týchto javov priamo súvisí s vedomosťami hlavných javov "Uznanie» Molekuly biopolymérov. Hovoríme o zistení, ktoré kombinácie aminokyselín - v proteínových alebo nukleotidových molekulách - v nukleových kyselinách navzájom vzájomne pôsobia v spôsoboch spojenia jednotlivých molekúl za vzniku komplexov prísne špecifického, vstrekovania špecifikovanej kompozície a štruktúry. To zahŕňa procesy tvorby zložitých proteínov z ich podjednotiek; Ďalej, selektívna vzájomná obehu medzi molekulami nukleových kyselín, ako je transportná a matrica (v tomto prípade, výrazne rozšírila naše informácie zverejnenie genetického kódu); Nakoniec je to tvorba mnohých druhov štruktúr (napríklad ribozómy, vírusy, chromozómy), v ktorých sú tiež zahrnuté proteíny a nukleové kyseliny. Zverejnenie príslušných vzorov, vedomostí o "jazyku", ktorý je základom určených interakcií, je jednou z najdôležitejších oblastí M. B., stále čakajú na jeho rozvoj. Táto oblasť je považovaná za príslušnosť k počtu základných problémov pre celú biosféru.

Úlohy molekulárnej biológie. Spolu s dôležitými úlohami M. B. (Znalosť zákonov "Uznanie", seba-montáž a integrácie) Súčasný smer vedeckého vyhľadávania najbližšej budúcnosti je vývoj metód, ktoré umožňujú dešifrovanie štruktúry, a potom trojrozmernú priestorovú organizáciu vysokej molekulovej hmotnosti nukleové kyseliny. V tejto dobe sa to dosiahne vo vzťahu k celkovému plánu trojrozmernej štruktúry DNA (dvojitá špirála), ale bez presných vedomostí o svojej primárnej štruktúre. Rýchle úspechy vo vývoji analytických metód umožňujú čakať na dosiahnutie týchto cieľov v nasledujúcich rokoch. Tu, samozrejme, hlavné príspevky pochádzajú zo zástupcov súvisiacich vied, predovšetkým fyziky a chémie. Všetky najdôležitejšie metódy, ktorého používanie poskytlo vznik a úspechy M. b. Navrhli sa a vyvinuli fyzikmi (ultracentrifugácia, röntgenová konštrukčná analýza, elektrónová mikroskopia, nukleárna magnetická rezonancia atď.). Takmer všetky nové fyzické experimentálne prístupy (napríklad použitie počítačového, synchrotrónu alebo brzdového, žiarenia, laserovej technológie atď.) Otvoria nové príležitosti pre hĺbkovú štúdiu problémov M. b. Medzi najdôležitejšie úlohy praktickej povahy, odpoveď, na ktorú sa očakáva od M. b. Na prvom mieste existuje problém molekulárnych základov malígneho rastu, potom výstražné cesty, a možno prekonať dedičné ochorenia - " Molekulárne ochorenia "(pozri molekulárne ochorenia). Veľmi dôležité bude objasniť molekulárne základy biologickej katalýzy, t.j. akcie enzýmov. Medzi najdôležitejšie moderné smery M. B. Túžba dešifrovať molekulárne mechanizmy pôsobenia hormónov (pozri hormóny) , Toxické a drogové látky, ako aj na zistenie detailov molekulárnej štruktúry a fungovania takýchto bunkových štruktúr, ako biologické membrány zapojené do regulácie procesov penetrácií a dopravných látok. Viac vzdialených cieľov M. B. - Znalosť povahy nervových procesov, pamäťových mechanizmov (pozri pamäť) atď. Jedna z dôležitých rozvíjajúcich sa profilov M. B. - T. N. Genetické inžinierstvo, ktoré ukladá svoju úlohu, zacielenú genetickým prístrojom (genómom om) živých organizmov, počnúc mikróbmi a nižšími (jednobunkovými) a končiac s osobou (v druhom prípade, v prvom rade, aby Radikálna liečba dedičných ochorení (pozri dedičné ochorenia) a korekcia genetických defektov). O rozsiahlejších intervenciách v genetickom základe osoby môže byť len súčasťou viac alebo menej vzdialenej budúcnosti, pretože vzniká vážne prekážky technickej a zásadovej povahy. V súvislosti s mikróbmi, rastlinami a prípadne S.-H. Zvieratá Takéto perspektívy sú veľmi povzbudzujúce (napríklad získavanie odrôd kultivovaných rastlín s prístrojom fixácie dusíka zo vzduchu a nepotrebujú hnojivo). Sú založené na úspechu už dosiahnuté: izolovaná a syntéza génov, prenos génov z jedného organizmu k inému, použitie hromadných kultúr buniek ako výrobcov ekonomických alebo lekárskych dôležitých látok.

Organizovanie výskumu o molekulárnej biológii. Rýchly rozvoj M. B. Viedol k vzniku veľkého počtu špecializovaných výskumných centier. Množstvo z nich sa rýchlo zvyšuje. Najväčší: V Spojenom kráľovstve - laboratórium molekulárnej biológie v Cambridge, Kráľovský inštitút v Londýne; Vo Francúzsku - Ústavy molekulárnej biológie v Paríži, Marseille, Štrasbour, Pasteur Institute; V USA - Oddelenia M. B. Na univerzitách a inštitúciách v Bostone (Harvardská univerzita, Massachusetts technologický ústav), San Francisco (Berkeley), Los Angeles (Kalifornia Institute of Technology), New York (Rockefeller University), zdravotnícke ústavy v stávkach, atď.; V Nemecku - Organizácie Max Planck, Univerzity v Gottingene a Mníchove; V Švédsku - Caroline Institute v Štokholme; V GDR - Central Institute of Molecular Biology v Berlíne, inštitúciách v Jena a Galle; V Maďarsku - biologické centrum v Szeged. V ZSSR, prvý špecializovaný inštitút M. B. bol vytvorený v Moskve v roku 1957 v Akadémii vied ZSSR (pozri ); Potom boli vytvorené: Ústav bioorganickej chémie Akadémie ZSSR vied ZSSR v Moskve, Ústavu bielkovín v pushchine, biologické oddelenie v Ústave atómovej energie (Moskva), oddelenia M. B. V inštitúciách Sibírskej pobočky Akadémie vied v Novosibirsku, Interfaculty Laboratory Bioorganickej chémie Moskovej štátnej univerzity (potom inštitút) molekulárnej biológie a genetiky Akadémie SVSR v Kyjeve; Významná práca na M. B. V ústave pripojenia s vysokou molekulovou hmotnosťou V Leningradu, v mnohých oddeleniach a laboratóriách Akadémie vied ZSSR a ďalších oddelení.

Spolu s individuálnymi výskumnými centrami boli organizácie širšie meradlo. V západnej Európe Európska organizácia pre M. B. (EMBO), v ktorom sa zúčastňuje viac ako 10 krajín. V ZSSR, na Ústave molekulárnej biológie v roku 1966 Vedecká rada o M. B., ktorá koordinuje a organizuje centrum v tejto oblasti vedomostí. Uvoľňovali rozsiahlu sériu monografií na najdôležitejších častiach M. B., "Zimné školy" na M. B., Konferencie a sympóziá o aktuálnych otázkach M. B sa konajú pravidelne. V budúcnosti Vedecké poradenstvo v oblasti M. B. Vytvorené v Amn ZSSR a mnohých republikánskej akadémie vied. Od roku 1966 je časopis "molekulárna biológia" (6 problémov za rok).

Pre relatívne krátkodobé obdobie v ZSSR bolo rástlo významné oddelenie výskumných pracovníkov v oblasti M. B; Ide o vedúcich vedúcich generácií, ktorí čiastočne prepínali svoje záujmy z iných regiónov; V hlavnej hmici sú to mnohí mladí výskumníci. Z popredných vedcov, ktorí prijali aktívnu účasť na formácii a rozvoji M. b. V ZSSR je možné pomenovať ako A. A. A. Baev, A. N. Belozersky, A. E. Braunstein, Yu. A. OVCHINNIKOV, A. S. Spiin, M. M. Shemyakin, V. A. Engelgardt. Nové úspechy M. B. A molekulárna genetika bude uľahčená rozhodnutím Ústredného výboru CPSU a Rady ministrov ZSSR (mája 1974) "o opatreniach na urýchlenie rozvoja molekulárnej biológie a molekulárnej genetiky a využívanie ich úspechov v Národné hospodárstvo. "

Svietiť: Wagner R., Mitchell G., genetika a metabolizmus, trans. Od angličtiny, M., 1958; Saint-Lange a A., Bioenergetika, na. Od angličtiny, M., 1960; Anfinsen K., molekulárne základy evolúcie, na. Od angličtiny, M., 1962; Stanley W., Waleses E., vírusy a povaha života, perie. Od angličtiny, M., 1963; Molekulárna genetika, na. \\ T z. Angličtina, časť 1, M., 1964; Volkenstein M. V., molekuly a život. Úvod do molekulárnej biofyziky, M., 1965; Gaurovits F., Chémia a proteíny, perie. Od angličtiny, M., 1965; Bresler S. E., Úvod do molekulárnej biológie, 3 ed., M. - L., 1973; INGRAM V., Biosyntéza Macromolecules, na. \\ T Od angličtiny, M., 1966; Engelgardt V. A., molekulárna biológia, v KN: vývoj biológie v ZSSR, M., 1967; Úvod do molekulárnej biológie, na. \\ T Od angličtiny, M., 1967; Watson J., molekulárna biológia génu, na. Od angličtiny, M., 1967; Finean J., biologické ultštruktúry, na. \\ T Od angličtiny, M., 1970; Bendall J., svaly, molekuly a pohyb, na. Od angličtiny, M., 1970; OH, M., Biologický kód, na. Od angličtiny, M., 1971; Molekulárna biológia vírusov, M., 1971; Molekulárne základy biosyntézy proteínov, M., 1971; Bernhard C., štruktúra a enzýmová funkcia, na. Od angličtiny, M., 1971; Spiin A. S., Gavrilova L. P., Ribozóm, 2 ed., M., 1971; Frankel-Konrat H., Chémia a biológia vírusov, na. \\ T Od angličtiny, M., 1972; Smith K., Henouwt F., molekulárna fotobiológia. Procesy inaktivácie a obnovy, na. \\ T Od angličtiny, M., 1972; Harris, základy biochemickej genetiky osoby, jazdného pruhu. Od angličtiny, M., 1973.

V. A. Engelgardt.

Veľká sovietska encyklopédia. - M.: Sovietska encyklopédia. 1969-1978 .