Čo študuje molekulárnu biológiu. Položka, úlohy a ciele molekulárnej biológie

Molekulárna biológia / m ə. l.ɛ naJ.ʊ l.ər. / Je to vetva biológie, pokiaľ ide o molekulárny základ biologickej aktivity medzi biomolekulami v rôznych bunkových systémoch, vrátane interakcií medzi DNA, RNA, proteínmi a ich biosyntézou, ako aj reguláciou týchto interakcií. Napíšte B. príroda V roku 1961 Astbury opísala molekulárnu biológiu:

Nie je to toľko techniky ako prístup, prístup z hľadiska tzv. Základom vedy s hlavnou myšlienkou nájsť pod rozsiahlymi prejavmi klasickej biológie pre zodpovedajúci molekulárny plán. On sa týka najmä formuláre Biologické molekuly a [...] väčšinou trojrozmerné a štrukturálne - čo však neznamená, že je to len objasnenie morfológie. Zároveň musí preskúmať genézu a funkcie.

Postoj k iným biologickým vedam

Výskumníci v oblasti molekulárnej biológie používajú špecifické metódy rastúcej molekulárnej biológie, ale viac a viac ich kombinujú s metódami a myšlienkami z genetiky a biochémie. Medzi týmito disciplínmi je nedefinovaná čiara. To je uvedené v nasledujúcej schéme, ktorá zobrazuje jeden možný typ vzťahu medzi poliami:

• Biochémia Je štúdium chemikálií a životne dôležitých procesov v živých organizmoch. Biochemisti sú ťažko zamerané na úlohy, funkcie a štruktúry biomolekúl. Štúdia chémie pre biologické procesy a syntéza biologicky aktívneho modulu s príkladmi biochémie.
• Genetika je štúdium vplyvu genetických rozdielov v organizmoch. To môže často odstrániť normálny komponent (napríklad gén). Štúdia "mutantov" organizuje jednu alebo viac funkčných komponentov s ohľadom na takzvaný "divoký typ" alebo normálnym fenotypom. Genetické interakcie (epistasis) sú často zmätené jednoduchými interpretáciami takýchto štúdií "knockout".
• Molekulárna biológia Je to štúdium molekulárnej základy procesov replikácie, transkripcie, prekladateľských a funkčných procesov buniek. Centrálna dogma molekulárnej biológie, kde je genetický materiál transkribovaný v RNA a potom sa premieta do bielkovín, napriek rozsiahlym, stále poskytuje dobrý východiskový bod na pochopenie poľa. Obraz bol revidovaný vo svetle vznikajúcich rolí RNA.

Metódy molekulárnej biológie

Molekulárne klonovanie

Jednou z najzákladnejších metód molekulárnej biológie na štúdium proteínovej funkcie je molekulárne klonovanie. V tejto technike DNA kódujúca proteín, ktorý má záujem klonovaný polymerázovou reťazovou reakciou (PCR) a / alebo reštrikčnými enzýmami v plazmide (expresný vektor). Vektor má 3 rozlišovacie znaky: začiatok replikácie a viacnásobné klonovanie miesto (MCS) a selektívny marker, spravidla s odolnosťou voči antibiotikám. Viacnásobná lokalita klonovania je promótorové oblasti a prepravy, ktoré regulujú expresiu klonovaného génu. Tento plazmid môže byť vložený do buď bakteriálnych alebo živočíšnych buniek. Podávanie DNA do bakteriálnych buniek sa môže uskutočniť transformáciou absorpciou BARE DNA, konjugáciami s použitím intercelulárneho kontaktu alebo transdukciou s použitím vírusového vektora. Zavedenie DNA do eukaryotických buniek, ako sú živočíšne bunky, fyzikálnymi alebo chemickými prostriedkami, sa nazýva transfekcia. K dispozícii je niekoľko rôznych transfekčných metód, ako je transfekčný fosfát, elektroporácia, mikroinjekcia a lipozomálna transfekcia. Plazmid môže byť integrovaný do genómu, čo vedie k stabilnú transfekciu, alebo môže zostať nezávislý od genómu, nazývaný prechodné transformačné procesy.

DNA kódujúce proteíny záujmu, ktorý je súčasne vo vnútri bunky, a proteíny, môžu byť vyjadrené. Rôzne systémy, ako sú indukovateľné promótory a špecifické bunkové signalizačné faktory, ktoré pomôžu vyjadriť záujem bielkovín na vysokých úrovniach. Veľké množstvá proteínu sa potom môžu extrahovať z bakteriálnej alebo eukaryotickej bunky. Proteín sa môže kontrolovať na enzymatickú aktivitu v rôznych situáciách, proteín môže byť kryštalizovaný, preto je možné študovať jeho terciárnu štruktúru, alebo vo farmaceutickom priemysle, aktivita nových liekov proti proteínu sa môže študovať.

Polymerická reťazová reakcia

Macromolecules blotovanie a štúdium

Podmienka severný , západ a orientálny Blot sa dostane z toho, čo bolo pôvodne molekulárna biológia vtip, ktorý hral na termíne Sarewnet Po technike opísanom Edwinom južným pre blopednej hybridizácie DNA. Patricia Thomas, RNA Developer - blotting, ktorý bol potom slávny ako severný - BLOTLING Tento termín nepoužívajte.

Sauternibotting

Pomenovaný na počesť jeho vynálezcu, biológ Edwin South, potom Sarew - blot je spôsob štúdia na prítomnosť špecifickej DNA sekvencie v DNA vzorke. Vzorky DNA pred alebo po reštrikčnom enzýmom (obmedzenia) digesity sú oddelené elektroforézou v géli a potom sa prenesú do membrány s použitím blotovania s použitím kapilárnej akcie. Membrána je potom vystavená značenej DNA - sonde, ktorá má sekvenciu bázu na získanie sekvencie na DNA. Southern blotting je menej široko používaný vo vedeckom laboratóriu v dôsledku schopnosti iných metód, ako je PCR, na detekciu DNA špecifických sekvencií z DNA vzoriek. Tieto bloty sa stále používajú pre niektoré aplikácie, ako napríklad transgén meranie počtu kópií v transgénnych myšiach alebo v inžinierstve génu knockoutových línií embryonálnych kmeňových buniek.

Northern BLOTLING

Northern Blot Graf

Východný blot

Klinické štúdie a lekárske liečebné metódy vyplývajúce z molekulárnej biológie sú čiastočne pokryté génovým terapiou. Použitie molekulárnej biológie alebo biológie molekulárnej bunky v medicíne sa teraz nazýva molekulárny liek. Molekulárna biológia zohráva dôležitú úlohu pri chápaní vzdelávania, činností a predpisov rôznych častí buniek, ktoré sa môžu použiť na účinné zameranie sa na nové lieky, diagnostiky ochorenia a porozumieť fyziológii buniek.

Ďalšie čítanie

• Cohen, Sn, Chang, NKD, Boyer, H. & Heling, RB Konštrukcia biologicky funkčných bakteriálnych plazmidov in vitro .

1. Úvod.

Objekt, úlohy a metódy molekulárnej biológie a genetiky. Hodnota "klasickej" genetiky a genetiky mikroorganizmov pri tvorbe molekulárnej biológie a genetického inžinierstva. Koncept génu v "klasickej" a molekulárnej genetike, jej vývoj. Príspevok metodiky genetického inžinierstva pri vývoji molekulárnej genetiky. Aplikovaná hodnota genetického inžinierstva pre biotechnológiu.

2. Molekulárna báza dedičnosti.

Koncepcia bunky, makromolekulová kompozícia. Charakter genetického materiálu. História dôkazov o funkcii genetickej DNA.

2.1. Rôzne typy nukleových kyselín. Biologické funkcie nukleových kyselín. Chemická štruktúra, priestorová štruktúra a fyzikálne vlastnosti nukleových kyselín. Vlastnosti štruktúry genetického materiálu pro - a eukaryotes. Doplnkové páry báz Watson-Scream. Genetický kód. História dešifrovaného genetického kódu. Hlavné vlastnosti kódu: triplet, kód bez čiar, degeneráciu. Vlastnosti kódového slovníka, rodiny kodónov, sémantických a "bezvýznamných" kodónov. Molekuly DNA kruhov a koncept superpiopleintovej DNA. Topoizomers DNA a ich typy. Mechanizmy účinku topoizomerázy. DNA girase baktérie.

2.2. Transkripciu DNA. RNA polymerázová cena, jeho podjednotka a trojrozmerná štruktúra. Rôzne faktory SIGMA. Promótor prokarského lúča génov, jeho konštrukčných prvkov. Etáp transkripčného cyklu. Začatie, vzdelávanie "otvoreného komplexu", predĺženia a ukončenia transkripcie. Transkripčný útlm. Regulácia vyjadrenia tryptofánskeho operónu. "Ribopers". Mechanizmy terminácie transkripcie. Negatívne a pozitívne transkripčné nariadenie. Laktóza. Regulácia transkripcie vo vývoji fágu Lambda. Princípy uznania regulačných proteínov DNA (SAR a represor fág lambda). Vlastnosti transkripcie v Eukaryote. Spracovanie RNA v eukaryotoch. Tiging, splasovanie a polyadenylácia transkriptov. Mechanizmy splotovania. Úloha malých jadrových RNA a proteínových faktorov. Alternatívne splasovanie, príklady.

2.3. Vysielať, Jej etapy, funkcia ribosoma. Lokalizácia ribozómov v bunke. Prokaryotické a eukaryotické typy ribozómov; 70. a 80. Ribozómy. Morfológia ribosómu. Divízia pre čiastkové časti (podjednotky). Väzba aminoacil-tRNA závislú od kodónu v cykle predĺženia. Interakcia Anti-Chodon. Účasť faktora EF1 EF1 (EF-TU) vo väzbe aminoacil-TRNA s ribozómom. EF1B Predĺžený faktor (EF-TS), jeho funkcia, postupnosť reakcií s jeho účasťou. Antibiotiká postihujúce stupeň väzby závislú od kodónu AminoAcil-TRNA s ribozómom. Aminoglykosidátové antibiotiká (streptomycín, neomycín, kanamycín, gentamicín atď.), Mechanizmus ich pôsobenia. Tetracykly ako aminoacyl-tradičné inhibítory s ribozómom. Iniciácia prekladu. Hlavné štádiá procesu iniciácie. Iniciácia prekladu v prokaryotm: Iniciačné faktory, iniciátorové kodóny, 3 ¢ RNA-RNA RNA-ribozomálne poddiel a sekvencia reťazca-Dallarno v mRNA. Iniciácia prekladu Eucariot: Iniciačné faktory, iniciátorové kodóny, 5 ¢ -fransed oblasti a CEP-dependent "END" Iniciácia. "Interný" iniciáciou nezávislého CEP v eukaryotoch. Transpeptidation. Transpeptidation inhibítory: chloramfenikol, lincomycín, amizetín, streptogramény, anisomycín. Translokáciu. Účasť faktora predĺženia EF2 (EF-G) a GTF. Inhibítory translokácie: kyselina fusidová, vyomycín, ich mechanizmy účinku. Ukončenie vysielania. Ukončenie kodónov. Proteínové faktory na ukončenie prokaryotes a eukaryotov; Dve triedy terminačných faktorov a mechanizmov ich činnosti. Regulácia prekladu v prokaryotes.

2.4. Replikácia DNA a jeho genetické ovládanie. Polymeracky zapojené do replikácie, charakteristické pre ich enzymatickú aktivitu. Presnosť reprodukcie DNA. Úloha sterických interakcií medzi pármi DNA základne pod replikáciou. Polymeráza I, II a III E. coli. Polymeráza podjednotky III. Pri replikácii pri replikácii sa pripojte replikáciu, "vedúca" a "zaostávajú" nite. Fragmenty ustanovenia. Proteínový komplex v replikačnej vidlice. Regulácia iniciácie replikácie v E. SOLI. Ukončenie replikácie baktériami. Vlastnosti regulácie replikácie plazmidu. Obojsmerná replikácia a replikácia podľa typu valcovacieho krúžku.

2.5. Rekombinácia, Jej typy a modely. Všeobecná alebo homológna rekombinácia. DNA dvojité medzery, iniciujúce rekombinácie. Úloha rekombinácie v post-soliciatívnej reparácii dvojrozmerných medzier. Štruktúra kopca v rekombinácii modelu. Enzymológia celkovej rekombinácie v E. coli. RecBCD komplex. RECA proteín. Úloha prstokladu pri zabezpečovaní syntézy DNA počas replikácie poškodenia DNA. Rekombinácia v Eukarkarot. Enzýmy rekombinácie v Eukarot. Rekombinácia špecifická pre lokalitu. Rozdiely v molekulárnych mechanizmoch všeobecnej a miestnej rekombinácie. Klasifikácia rekombinázy. Typy chromozomálnych prešmykov uskutočňovaných na mieste špecifickej rekombinácii. Regulačná úloha rekombinácie špecifickej pre lokalitu v baktériách. Navrhovanie chromozómov multicelulárnych eukaryotov s použitím rekombinácie špecifickej pre lokalitu.

2.6. Reparácia DNA. Klasifikácia typov opravy. Priama reparácia tymínu a metylovaného guanínu. Rezanie. Glykosyláza. Mechanizmus nápravy nepárových nukleotidov (reparácia nesúladu). Vyberte reurred DNA niť. SOS-reparation. Vlastnosti polymerazovej DNA sa podieľajú na reparáciách SOS v prokaryotm a eukaryotes. Myšlienka "adaptívnych mutácií" baktérií. Reparácia dvojrozmerných medzier: homológna post-solicatívna rekombinácia a kombinuje ne homológnych koncoch molekuly DNA. Vzťah procesov replikácie, rekombinácie a opravárenských procesov.

3. Proces mutácie.

Úloha biochemických mutantov pri tvorbe teórie jedného génu je jeden enzým. Klasifikácia mutácií. Bodové mutácie a chromozomálna reštrukturalizácia, mechanizmus ich vzdelávania. Spontánna a indukovaná mutagenéza. Klasifikácia mutagénov. Molekulárny mechanizmus mutagenézy. Vzťah mutagenézy a opravy. Identifikácia a výber mutantov. Potlačenie: intragenické, intergrenznické a fenotypové.

4. Extcomumné genetické prvky.

Plazmidy, ich štruktúra a klasifikácia. Konečný faktor F, jeho štruktúra a životný cyklus. Úloha faktora f pri mobilizácii chromozomálneho prenosu. Tvorba darcov typu HFR a F ". Mechanizmus konjugácie. Bakteriofágy, ich štruktúra a životný cyklus. Zintenzná a mierne bakteriofágy. Lisoches a transdukcie. Všeobecná a špecifická transdukcia. Migrácia genetických prvkov: transpozóny a sú sekvencie, ich úloha genetická výmena. DNA -Transpondéry v genómach prokaryotizmu a eukaryotu. je sekvencia baktérií, ich štruktúra. je sekvencia ako zložka F-faktora baktérií, ktorá určuje schopnosť prenášať genetický materiál v konjugácii. Transpódy Baktérie a eukaryotické organizmy. Priamy nesúvisiace a replikatívne mechanizmy transpozície. Pozrite si horizontálny transposónový prevod a ich úlohu v štrukturálnych opätovnom zložení (ektopická rekombinácia) a vo vývoji genómu.

5. Štúdium štruktúry a funkcie génu.

Prvky genetickej analýzy. CIS-trans komplementný test. Genetické mapovanie pomocou konjugácie, transdukcie a transformácie. Budovanie genetické mapy. Tenké genetické mapovanie. Fyzikálna analýza génovej štruktúry. HeteroduesX analýza. Obmedzenie. Postupy sekvenovania. Polymerická reťazová reakcia. Detekcia funkcie génu.

6. Regulácia expresie génu. Opera a pravidelný koncept. Kontrola na úrovni iniciácie transkripcie. Promótor, operátor a regulačné proteíny. Pozitívna a negatívna kontrola génovej expresie. Kontrola na úrovni ukončenia transkripcie. Katabolit-riadené opice: modely laktózy, galaktózy, arabín a maltóza. Operly kontrolované atenuátora: Model Tryptofánskeho Opeker. Viacmocná regulácia génovej expresie. Globálne regulačné systémy. Regulačná reakcia na stres. Kontrola postwallu. Sigal transdukciu. Nariadenie s RNA Účasť: Malé RNA, Senzorická RNA.

7. Základy genetického inžinierstva. Obmedzovacie enzýmy a modifikácie. Výber a klonovanie génov. Vektory pre molekulárne klonovanie. Princípy dizajnu rekombinantnej DNA a ich úvod do buniek príjemcov. Aplikované aspekty genetického inžinierstva.

ale). Hlavná literatúra:

1. Watson J., TUZ J., Rekombinantná DNA: Krátky kurz. - m.: Mir, 1986.

2. Gény. - M.: Mier. 1987.

3. Molekulárna biológia: Štruktúra a biosyntéza nukleových kyselín. / Ed. . - M. Vyšší SHK. 1990.

4. - Molekulárna biotechnológia. M. 2002.

5. Spin ribozómy a biosyntéza proteínu. - M.: Vyššia škola, 1986.

b). Dodatočná literatúra:

1. Heinský genóm. - M.: Veda. 1984.

2. Rybchin Genetic Engineering. - SPB.: SPBU. 1999.

3. Patrushuev gény. - m.: Veda, 2000.

4. Moderná mikrobiológia. Prokaryotes (v 2 tt). - M.: Mir, 2005.

5. M. Spevák, P. Berg. Gény a genómov. - M.: Mir, 1998.

6. Občerstvenie inžinierstva. - NOVOSIBIRSK: Z SIB. UNIV., 2004.

7. Stepanov Biology. Štruktúra a funkcia proteínov. - m.: V. SH., 1996.

Molekulárna biológ je výskumníkom v oblasti medicíny, ktorého poslaním pozostáva, nie je veľa, v spáse ľudstva z nebezpečných chorôb. Medzi takýmito chorobami, napríklad onkológia, dnes sa stala jednou z hlavných príčin úmrtnosti na svete, len trochu horšie pre vodcu - kardiovaskulárne ochorenia. Prioritou modernej medicíny sú nové metódy pre včasnú diagnostiku rakoviny onkológie, prevenciu a liečbu rakoviny. Molekulárne biológovia v oblasti onkológie vyvíjajú protilátky a rekombinantné (geneticky navrhnuté) proteíny na včasnú diagnózu alebo cielené dodávanie liekov v tele. Špecialisti tejto sféry využívajú najmodernejšie úspechy vedy a techniky na vytvorenie nových organizmov a organických látok s cieľom ďalej ich využívať vo výskumných a klinických činnostiach. Medzi metódy, ktoré používajú molekulárne biológovia - klonovanie, transfekcia, infekcia, polymerázová reťazová reakcia, sekvenčné gény a ďalšie. Jedna zo spoločností, ktoré majú záujem o molekulárnych biológov v Rusku, PRAIMBIOMED LLC. Organizácia sa zaoberá výrobou protilátok na diagnostiku onkologických ochorení. Takéto protilátky sa používajú hlavne na určenie typu nádoru, jeho pôvodu a malígne, to znamená schopnosť metastáz (rozšírená do iných častí tela). Protilátky sa aplikujú na tenké časti štúdie tkaniva, potom, čo sú viazaní na bunky s určitými proteínmi - markermi, ktoré sú prítomné v nádorových bunkách, ale chýbajú sa zdravé a naopak. V závislosti od výsledkov štúdie je vymenovaná ďalšia liečba. Medzi praimbiomed klientmi nie sú len lekárske, ale aj vedecké inštitúcie, pretože protilátky môžu byť použité na riešenie problémov s výskumom. V takýchto prípadoch môžu byť vyrobené jedinečné protilátky, ktoré sú schopné komunikuje s študijným proteínom, pod špecifickou úlohou na špeciálnej objednávke. Ďalšou sľubnou oblasťou výskumu spoločnosti je zacielená (cieľová) dodávka liekov v tele. V tomto prípade sa protilátky používajú ako preprava: s ich pomocnými liekmi sa dodávajú priamo dotknutým orgánom. Liečba sa teda stane efektívnejšou a má menej negatívnych dôsledkov pre telo, ako napríklad chemoterapia, ktorá postihuje nielen rakovinu, ale aj iné bunky. Očakáva sa, že povolanie molekulárneho biológa v nasledujúcich desaťročiach bude čoraz populárnejšia: so zvýšením priemernej dĺžky života osoby sa zvýši počet onkologických ochorení. Včasná diagnóza nádorov a inovatívnych metód liečby s pomocou látok získaných molekulárnymi biológmi zachráni život a zlepšuje jeho kvalitu na obrovské množstvo ľudí.

Základné odborné vzdelávanie

Záujem odrážajú distribúciu špecialistov s určitou úrovňou vzdelávania na trhu práce. Kľúčové špecializácie pre rozvoj povolania sú označené zelenou.

Schopnosti a zručnosti

• Schopnosť zvládnuť reagencie, vzorky, musíte byť schopní pracovať s malými objektmi
• Pracovných zručností s veľkým množstvom informácií
• Schopnosť pracovať zbrane

Záujmy a preferencie

• Túžba rozpoznať niečo nové
• Schopnosť pracovať v režime Multitasking (je potrebné monitorovať priebeh niekoľkých reakcií a procesov v rovnakom čase)
• Presnosť
• Zodpovednosť (nie je možné opustiť prácu "na zajtrajšok", pretože vzorky môžu byť pokazené)
• Scurpulusity
• Dobrá práca
• Pozornosť (musíte sledovať mikroprocezie)

Profesia v osobách

Maria Shitova

DARIA SAMOILOVA

Alexey Gricav

Molekulárna biológia v oblasti onkológie je perspektívnym odborným smerom, pretože boj proti rakovine je jednou z priorít svetovej medicíny.

Molekulárne biológovia sú dopytom v mnohých oblastiach v súvislosti s aktívnym rozvojom vedy, biotechnologických a inovatívnych podnikov. K dnešnému dňu existuje malý deficit špecialistov, najmä tých, ktorí majú určité skúsenosti v špecializácii. Doteraz, celkom veľké množstvo absolventov naďalej ponechá do práce v zahraničí. Teraz sa začínajú objavovať možnosti efektívnej práce v oblasti biotechnológie v Rusku, ale je príliš skoro na to hovoriť o hmote.

Prevádzka molekulárnej biológ bráni aktívnej účasti špecialistu vo vedeckých činnostiach, ktoré sa stáva mechanizmom pre kariérny pokrok. Rozvoj v profesii je možné prostredníctvom účasti na vedeckých projektoch a konferenciách, je možné prostredníctvom rozvoja priľahlých oblastí poznatkov. Tiež existuje aj akademický rozvoj od juniorského výskumníka prostredníctvom vedúceho výskumníka na popredný vedecký zamestnanec, profesor a / alebo vedúci oddelenia / laboratória.

rozhovor

Sergej Pirogov - Účastník príprav na biológiu biológie organizovaného "slonom a žirafou" v roku 2012
Víťaz Medzinárodného univerzátora na biológiu
Víťaz Lomonosov Olympiáda
Víťaz regionálnej fázy olympiády All-Ruskej biológie v roku 2012
Naučte sa Moskva Štátna univerzita. M.V. Lomonosov na biologickej fakulte: Katedra molekulárnej biológie, na 6. priebehu. Pracuje v laboratóriu biochemickej genetiky zvierat inštitútu molekulárnej genetiky.

- Seryozha, ak majú čitatelia otázky, budú sa ich opýtať?

Áno, samozrejme, môžete aspoň okamžite klásť otázky. V tomto poli:

Kliknutím položíte otázku.

- Začnime so školou, zdá sa, že ste nie sú školou supecourse?

Študoval som na veľmi slabej školskej škole Moskvy, ako priemerná škola. TRUE, mali sme nádherný učiteľ MHC, vďaka ktorej sme mali veľkú nominálnu "umeleckú historickú" orientáciu školy.

- A čo biológia?

Mali sme veľmi starú staršiu biológiu, hluchú a ostrú ženu, ktorej sa všetci báli. Ale láska k jej predmetu nepridala. Od môjho detstva som bol vášnivým biológiou, od piatich rokov. Čítal som všetko sám, hlavne fond anatómie a zoológie. Takže školy existovali paralelne s mojimi vlastnými záujmami. Všetci zmenili olympijské hry.

- Povedz mi o tom viac.

V triede 7, som sa prvýkrát zúčastnil mestskej fáze (samozrejme, okamžite takmer vo všetkých predmetoch, pretože som bol jediným študentom, ktorý učitelia mali dôvody na odoslanie). A stal sa víťazom biológie. Potom na ňu reagovala škola ako zábavná, ale nie príliš zaujímavá skutočnosť.

- Pomáha vám v škole?

Pamätám si, že napriek brilantnej štúdii to bolo často získané od učiteľa na biológii štvrtiny s vojakmi, ako je "na postavení vyrastania žiarovky koreňa by mali byť natreté hnedé a nie sivé." To všetko bolo dosť depresívne. V 8. ročníku som opäť išiel na olympijské hry, ale z nejakého dôvodu som mi neposlal na biológiu. Ale stal sa víťazom a cenu za iné predmety.

- Čo bolo v triede 9?

V triede 9 nešiel do okresnej fázy. Tam som nečakane skóroval slabý, hraničný bod, ktorý sa ukázal ako prechod do regionálnej fázy. Mal si mocnú motivačnú silu - povedomie o tom, koľko sa ukáže, neviem, koľko ľudí, to všetko vie (Koľko takýchto ľudí na stupnici krajiny som sa dokonca bojoval).

- Povedz mi, ako ste sa pripravovali.

Intenzívna nezávislá lekcia, nájazd na kníhkupectvách a tisícom minuloročných úloh boli liečivým účinkom. Strelil som jeden z najväčších bodov za teóriu (ktorá bola tiež úplne zrazená), šiel do praktickej fázy ... a zlyhal ho. V tom čase som ešte nevedel o existencii praktickej fázy.

- Ovplyvnila vás olympida?

Môj život sa radikálne zmenil. Naučil som sa o mnohých ďalších olympijských hrách, najmä milovanej SKO. Následne mnohí vykazovali dobré výsledky, niektoré vyhrali, vďaka Lomonosova dostal právo zadať bez skúšok. Súbežne som vyhral olympijské hry na histórii umenia, na ktorú som nerovnomerne dýchal a tak ďalej. Je pravda, že to nebolo priateľské s praktickými výletmi. V 11. ročníku som sa stále dostal do poslednej fázy, ale bohatstvo nebolo priaznivé a tentoraz som nemal čas na vyplnenie matice odpovedí teoretickej fázy. To však umožnilo sa nemusíte veľa starať o praktické.

- Stretli ste sa s mnohými olympodíkmi?

Áno, stále verím, že som mal veľký šťastný s kruhom mojich rovesníkov, veľmi rozšírené moje obzory. Ďalšia strana olympijských hier, okrem motivácie, harmonicky študoval subjekt s olympiadonmi. Už som v tom čase si všimol, že horizontálna komunikácia je niekedy užitočnejšia ako vertikálna - s učiteľmi na poplatkoch.

- Ako ste vstúpili na univerzitu? Vyberte si fakultu?

Po stupeň 11 som vstúpil do Biofak MSU. Len väčšina mojich potom múdre urobila výber v prospech FBB, ale potom prioritná úloha zohrávala skutočnosť, že som sa nestal víťazom Osteros. Tak by som sa musel prijať internú skúšku v matematike, a v ňom, najmä škola - najvyššia som miloval oveľa viac - nebol som silný. A v škole bola veľmi slabá príprava (ani sme si ani nepripravili takmer celé). Z hľadiska záujmu, potom myslím, že nakoniec môžete prísť k akémukoľvek výsledku, bez ohľadu na miesto príchodu. Následne sa ukázalo, že existuje veľa absolventov FBI, ktorí sa pohybujú vo výhodnej biológii vlhkej a naopak - mnoho dobrých bioinformatiky začalo s milencami. Hoci v tom momente sa mi zdalo, že kontingent nebola ako príklad slabšieho FBBSH. V tomto, určite som sa mýlil.

Vedel si?

zaujímavý

Vedel si?

zaujímavý

V ihrisku a žirafy sú posuny na biochémiu a molekulárnej biológii, kde školáci so skúsenými učiteľmi z Moskvy štátnej univerzity sú experimenty, a tiež sa pripravujú na olympiády.

© Rozhovor Prew Denis hrane. Fotografie Láskavo poskytovali Sergey Piroggers.

Vývoj biochémie, biofyziky, genetiky, cytochémie, mnohých častí mikrobiológie a virológie na začiatku 40. rokov XX storočia. úzko viedla k štúdiu života fenoménu na molekulárnej úrovni. Úspechy dosiahnuté týmito vedami v rovnakom čase z rôznych strán viedli k povedomím o tom, že je na molekulárnej úrovni, že hlavné systémy riadenia orgánovej funkcie a že ďalší pokrok týchto vedy bude závisieť od zverejnenia biologické funkcie Molekuly tvoriace telo organizmov, ich účasť na syntéze a rozpadu, vzájomné transformácie a reprodukciu zlúčenín v bunke, ako aj výmenu energie a výmeny informácií. Takže na križovatke týchto biologických disciplín s chémiou a fyzikou tam bol úplne nový priemysel - molekulárna biológia.

Na rozdiel od biochémie je pozornosť modernej molekulárnej biológie sústredená predovšetkým na štúdiu štruktúry a funkcie najdôležitejších tried biopolymérov - proteínov a nukleových kyselín, z ktorých je zrejmé, že sa určuje možnosť prúdenia výmenných reakcií a druhá - biosyntéza špecifických proteínov. Preto je zrejmé, že nie je možné vykonať jasné rozlíšenie medzi molekulárnou biológiou a biochémiou, zodpovedajúcimi úsekmi genetiky, mikrobiológie a virológie.

Vznik molekulárnej biológie úzko súvisí s rozvojom nových metód výskumu, ktoré už boli uvedené v príslušných kapitolách. Spolu s vývojom elektrónovej mikroskopie a iných metód mikroskopickej technológie boli zohrala metódy frakcionácie bunkových prvkov vyvinutých v 50. rokoch hlavnú úlohu. Boli založené na pokročilých metódach diferenciálnej centrifugácie (A. Claud, 1954). Do tejto doby boli už dosť spoľahlivé metódy prideľovania a frakcionácie biopolymérov. To zahŕňa najmä najmä A. Tizelius (1937; Nobelovej ceny, 1948) spôsob frakcionácie proteínov s použitím elektroforézy, spôsobov premývania a čistenia nukleových kyselín (E. Key, A. DOWNS, M. SEVAG, A. Mirsky a ďalšie.). Súbežne, v mnohých laboratóriách sveta, boli vyvinuté rôzne spôsoby chromatografickej analýzy (A. Martin a R. Sing, 1941; Nobelovej ceny, 1952), následne sa výrazne zlepšila.

Neoceniteľná služba pri dekódovaní štruktúry biopolymérov hrala X-Ray Konštrukčná analýza. Základné princípy X-ray štrukturálnej analýzy boli vyvinuté na Kráľovskej vysokej škole Univerzity v Londýne pod vedením W. BREGGA skupinou výskumných pracovníkov, ktorá zahŕňala J. Bernal, A. Londýsdale, W. Astbury, J. Robertson , atď.

Štúdie profesora Moskvy Štátnej univerzity A. R. Kizel na biochémii protoplazmy (1925 - 1929), ktorí mali najdôležitejší význam pre následnú tvorbu molekulárnej biológie. Kizel spôsobil úderu pevne zakoreneného reprezentácie, ktorý je založený na akomkoľvek protoplazme špeciálneho proteínového tela - platní, ako keby určili všetky jeho najdôležitejšie štrukturálne a funkčné vlastnosti. Ukázal, že dosky sú proteín, ktorý sa nachádza len v mixomycetoch, a potom v určitom štádiu vývoja, a že neexistuje trvalá zložka - jediný kostrový proteín - v protoplazme neexistuje. Štúdium problému štruktúry protoplazmy a funkčná úloha proteínov sa teda dostala na správnu cestu a prijal priestor pre jeho vývoj. Výskum Kizelu vyhral svetové uznanie stimulovaním štúdie chémie zložiek bunky.

Termín "molekulárna biológia" prvýkrát používaná anglickým kryštalizáciou profesora University of W. Astbury, pravdepodobne sa objavil na začiatku 40s (do roku 1945). Základné rôntgenové difrakčné štúdie proteínov a DNA vykonávaných Astbury v 30. rokoch slúžili ako základ pre následné úspešné dekódovanie sekundárna štruktúra Týchto biopolymérov. V roku 1963, J. Bernal napísal: "Monument bude nastavená celá molekulárna biológia - veda, ktorú zavolal a naozaj založil" *, v literatúre, tento termín sa prvýkrát objavil, možno v roku 1946 v článku W. Astbury "Priebeh röntgenovej konštrukčnej analýzy organických a fibrilárnych zlúčenín" publikovaných v anglickom časopise "Príroda" **. Vo svojej prednáške Greenwaite sa zaznamenala Astbury (1950): "Som rád, že teraz je termín molekulárna biológia už pomerne široko používaná, hoci to nie je možné, že som ho prvýkrát navrhol. Páčilo sa mu a ja som sa snažil distribuovať dlhý čas." \u200b\u200b***. Už v roku 1950, Astbury bolo jasné, že molekulárna biológia má predovšetkým so štruktúrou a konformáciou makromolekúl, ktorého štúdia je rozhodujúca pre pochopenie fungovania živých organizmov.

* (BIGR. MEM. Fellows Roy. SOC, 1963, V. 9, 29.)

** (W. T. Astbury. Pokrok v röntgenovej analýze organických a vláknových štruktúr .- Nature ,. 1946, v. 157, 121.)

*** (W. T. Astbury. Dobrodružstvo v molekulárnej biológii. Thomas Springfield, 1952, s. 3.)

Pred molekulárnou biológiou v skutočnosti stáli rovnaké úlohy ako pred celú biológiu ako celku - znalosť podstaty života a jej základných javov, najmä, ako je dedičnosť a variabilita. Moderná molekulárna biológia je primárne určená na rozlúštenie štruktúry a funkcie génov, chodníkov a mechanizmov na implementáciu genetických informácií organizmov v rôznych štádiách ontogenézy a v rôznych štádiách jeho čítania. Je navrhnutý tak, aby otvoril jemné mechanizmy na reguláciu aktivity génov a bunkovej diferenciácie, aby ste zistili povahu mutagenézy a molekulárnych základov evolučného procesu.

Zriadenie genetickej úlohy nukleových kyselín

Na vytvorenie molekulárnej biológie mali najväčšiu hodnotu nasledujúce objavy. V roku 1944 ukázali, že americkí výskumníci O. EVERI, K. Mac-Lodoz (Nobelovej ceny, 1923) a M. Mac-obrazu ukázali, že molekula DNA izolovaná z pneumokokov má transformujúcu aktivitu. Po hydrolýze týchto DNA, deoxyribonukleázy, ich transformačná aktivita úplne zmizla. Bolo teda presvedčivé, že to bola DNA s genetickými funkciami v bunke, a nie proteín.

V záujme spravodlivosti treba poznamenať, že fenomén bakteriálnej transformácie bol detegovaný výrazne skôr ako otvorenie vôbec, mac-leod a mac-obrazu. V roku 1928, F. Griffith zverejnil článok, v ktorom povedal, že po pridaní do neoprávnených (neregulovaných) pneumokokových buniek kapsulovaného virulentného kmeňa sa výsledná bunková zmes stane deštruktívnou pre myši. Okrem toho, živých buniek infikovaných touto zmesou zvierat infikovaných touto zmesou boli už virulentné a vlastnili polysacharidovú kapsulu. V tomto experimente sa teda ukázalo, že pod vplyvom niektorých zložiek usmrtených buniek pneumokokokových buniek sa nekompulovaná forma baktérií otočí na virulentnú formulár tvorbu kapsuly. O 16 rokov neskôr, Everee, Mac-CEO a Mac-Powered v tejto skúsenosti zabil celé bunky pneumokoky ich deoxyribonukleovej kyseliny a ukázali, že je to DNA, ktorá má transformujúcu aktivitu (pozri tiež kapitolu 7 a 25). Hodnota tohto objavu je ťažké preceňovať. Stimulovala štúdiu nukleových kyselín v mnohých laboratóriách sveta a nútená sústrediť pozornosť vedcov na DNA.

Spolu s objavom vôbec, Mac-Loda a Mac-Picture, na začiatku 50. rokov, pomerne veľký počet priamych a nepriamych dát už nahromadil, že nukleové kyseliny zohrávajú výnimočnú úlohu v živote a niesť genetickú funkciu. To najmä ukázalo aj povahu lokalizácie DNA v bunke a údajoch R. Vendrelli (1948), že obsah DNA na bunke je prísne neustále a koreluje so stupňom chrítku: v haploidných generových bunkách o polovicu DNA menej ako v diploidom somatic. V prospech genetickej úlohy DNA, jeho výrazná metabolická stabilita tiež svedčila. Na začiatku 50-tych rokov sa mnohé rôznorodé fakty nahromadili, že väčšina z známych mutagénnych faktorov pôsobí najmä na nukleové kyseliny a najmä na DNA (R. Chilkikiss, 1949; Efrussi-Taylor, 1951; E. Friz, 1957, atď.).

Zvlášť dôležité v zriadení genetickej úlohy nukleových kyselín bola štúdia rôznych fágov a vírusov. V roku 1933, D. Schlesinger našiel DNA v bakteriofáze črevných palíc. Vzhľadom k tomu, pridelenie W. Wenni (1935, Nobelovej ceny, 1946) Tobacco Mosaic Virus (VTM) v kryštalickom stave začal nová etapa V štúdii rastlinných vírusov. V rokoch 1937 - 1938 Zamestnanci rotamwed poľnohospodárskej stanice (Anglicko) F. Bouden a N. PIRI ukázali, že mnohé rastlinné vírusy, ktoré ich prideľujú, nie sú globulín, ale sú ribonukleotoidy a obsahujú nukleovú kyselinu ako povinný komponent. Na samom začiatku 40s boli publikované dielo mesta Scramma (1940), PA AGATOVA (1941), Miller a Wenley (1941) (1941), čo naznačuje, že viditeľná chemická modifikácia proteínovej zložky nevedie k strate infekcie VTM. To ukázalo, že proteínová zložka nemohla byť nositeľom dedičných vlastností vírusu, pretože mnohé mikrobiológov sa naďalej zvážila. Súbežné dôkazy v prospech genetickej úlohy nukleovej kyseliny (RNA) v rastlinných vírusoch sa získali v roku 1956 Scrmm v Tubingen (Nemecko) a X. Frankel-Constrys v Kalifornii (USA). Títo výskumníci boli takmer súčasne pridelené z VTM RNA a ukázali, že to bolo, a nie bielkoviny, má infekčnosť: V dôsledku infekcie tabakových rastlín tejto RNA tvoria a reprodukciu normálnych vírusových častíc. To znamená, že RNA obsahuje informácie pre syntézu a montáž všetkých vírusových zložiek, vrátane vírusového proteínu. V roku 1968, I. G. Atabekov zistil, že proteín hrá významnú úlohu v samotnej infekcii rastlín - povaha proteínu určuje rozsah hostiteľských rastlín.

V roku 1957, Frankel Const, prvýkrát vykonala rekonštrukciu WTM zo zložiek jeho zložiek - RNA a proteínu. Spolu s normálnymi časticami získal zmiešané "hybridy", v ktorých RNA bola z jedného kmeňa a proteín z druhého. Hededosť takýchto hybridov bola plne stanovená RNA a potomstvo vírusov patrilo k tomuto napätiu, ktorého RNA sa použila na získanie počiatočných zmiešaných častíc. Neskôr experimenty A. Girera, Shuster a Schramma (1958) a Vitman (1960 - 1966) ukázali, že chemická modifikácia nukleovej zložky VTM vedie k vzniku rôznych mutantov tohto vírusu.

V roku 1970, D. Baltimore a Tehína zistili, že prenos genetických informácií môže nastať nielen z DNA na RNA, ale naopak. Zistili sa v niektorých vírusoch obsahujúcich onkogénnu RNA (oncornavírusy) špeciálny enzým, tzv. Reverzná transkriptáza, ktorá je schopná komplementárne k obvodom RNA na syntetizovať DNA. Tento veľký objav umožnil pochopiť mechanizmus označovania v genóme genetických informácií vírusov obsahujúcich RNA a pozrieť sa na povahu ich onkogénneho pôsobenia novým spôsobom.

Otvorenie nukleových kyselín a štúdiu ich vlastností

Termín nukleová kyselina bola zavedená nemeckým biochemistom R. Altmanom v roku 1889, po otvorení týchto zlúčenín v roku 1869 švajčiarskym lekárom F. Misser. Misher extrahoval bunky hnisu zriedili kyselinou chlorovodíkovou počas niekoľkých týždňov a v zvyšku dostali takmer čistý jadrový materiál. Tento materiál považoval charakteristickú "látku bunkových jadier a nazvaná ju nukleázou. Z hľadiska jeho vlastností sa nuklein líšil ostro z proteínov: bol viac kyslých, neobsahoval síru, ale bolo to veľa fosforu, bol dobre Rozpustné v zásade, ale sa nerozpustili v zriedených kyselinách.

Výsledky ich pripomienok nad nukleinovým maisher poslal F. GOPPE Zapeler, aby zverejnili v časopise. Opísaná látka bola taká neobvyklná (v tom čase bol známy len lecitínom zo všetkých zlúčenín obsahujúcich biologické fosforu), že GOPPE-Zayler neveril experimenty Misher, vrátili sa k nemu rukopis a poučili svojich zamestnancov N. Poelosh a N. Lubavin skontrolovať jeho závery na inom materiáli. Práca Misher "na chemickom zložení MOOSE buniek" bola publikovaná o dva roky neskôr (1871). Zároveň sa uverejnili prácu Hoppe Zapeler a jeho personál o zložení buniek hnisu, erytrocyty vtákov, hady a iných buniek. V nasledujúcich troch rokoch bol nuklein izolovaný zo zvieracích buniek a kvasiniek.

Misér v jeho práci poznamenal, že podrobná štúdia rôznych nukleikín by mohla viesť k vytvoreniu rozdielov medzi nimi, čím sa predpokladá myšlienka špecifickosti nukleových kyselín. Skúmanie lososového mlieka, maisher zistil, že nuklein je v nich vo forme soli a je spojený s hlavným proteínom, ktorý nazval ProTAMOT.

V roku 1879, A. Kossel začal študovať A. Kossel v laboratóriu Labpe-Zapeler. V roku 1881, pridelil hypoxantín z nukleínu, ale v tom čase stále pochyboval o pôvode tohto základu a veril, že hypoxantný by mohol byť produktom degradácie proteínov. V roku 1891, medzi produktmi Nucleinovej hydrolýzy, Kossel objavil adenín, guanín, kyselinu fosforečnú a ďalšiu látku s vlastnosťami cukru. Pre výskum chémie nukleových kyselín Kososhel v roku 1910 bola udelená Nobelová cena.

Ďalšie úspechy pri dešifrovaní štruktúry nukleových kyselín súvisia so štúdiami P. Levin a zamestnancov (1911 - 1934). V roku 1911, P. Levin a V. Zhakobs identifikovali sacharidové zložky adenozínu a guanozínu; Zistili, že D-Ribose vstupuje do týchto nukleozidov. V roku 1930 Levin ukázal, že sacharidová zložka deoxyribonukleozidu je 2-deoxy-D-ribóza. Z jeho práce sa stalo známy, že nukleotidy sú konštruované z nukleotidov, t.j. fosforylovaných nukleozidov. Levin veril, že hlavný typ komunikácie v nukleových kyselinách (RNA) je 2 ", 5" -fosfoditerová komunikácia. Táto reprezentácia sa ukázala byť chybná. Vďaka dielam anglického chemika A. Todd (Nobelovho cenu, 1957) a jej zamestnancov, ako aj anglické biochemistov R. Markham a J. Smith na začiatku 50. rokov sa stalo známe, že hlavný typ komunikácie v RNA je 3 ", 5" - Komunikácia fosfoditer.

Levin ukázal, že rôzne nukleové kyseliny sa môžu líšiť povahou sacharidovej zložky: niektoré z nich obsahujú cukor deoxyribózu a ďalšie - ribóza. Okrem toho sa tieto dva typy nukleových kyselín líšili podľa povahy jednej z báz: v nukleových kyselinách pentošového typu obsahovalo uracil a v nukleových kyselinách deoxyptotického typu - Timin. Deoxypenomická nukleová kyselina (podľa modernej terminológie, kyseliny deoxyribonukleovej - DNA) sa zvyčajne ľahko izoluje vo veľkých množstvách Thymus (olejová žľaza) teliat. Preto získal názov kyseliny thimonukleovej. Zdroj nukleovej kyseliny pentoózneho typu (RNA) slúžil hlavne kvasinkové a proprietárne pšenicu. Tento typ sa často nazýval kvasinkový nukleová kyselina.

Na začiatku 30s, prezentácia bola pomerne pevne zakorenená, ako keby sa charakterizovalo nukleová kyselina kvasinkového typu a kyselina thimonukleová je charakteristická len z jadier živočíšnych buniek. Dva typy nukleových kyselín - RNA a DNA - v tom čase boli zodpovedajúcim spôsobom zavolané rastlinnými a živočíšnymi nukleovými kyselinami. Ako však ukázali predchádzajúce štúdie, A. N. Belozersky, takéto rozdelenie nukleových kyselín je neopodstatnené. V roku 1934, Belozersky prvýkrát objavil thimonukleovú kyselinu v bylinných bunkách: pridelil semenáčkové sadenice a identifikovali charakteristiku DNA-pyrimidínovej základne DNA. Potom objavil Timin a ďalšie rastliny (sójové semená, fazuľa). V roku 1936, A. N. Belozersky a I. I. Dubrovskaya prideľovalo preparatívnu DNA z sovietskych kastírových sadenice. Okrem toho, séria diel vykonávaných v 40. rokoch v Anglicku D. Davidson so zamestnancami presvedčivo ukázal, že rastlinná nukleová kyselina (RNA) je obsiahnutá v mnohých živočíšnych bunkách.

Rozšírené používanie Rosenbeck (1924) cytochemickej reakcie na DNA a RNA reakciu (1924) (1944) na RNA bola vyvinutá celkom rýchlo a jednoznačne vyriešiť otázku preferenčnej lokalizácie týchto nukleových kyselín v bunke. Ukázalo sa, že DNA sa koncentruje v jadre, zatiaľ čo RNA sa koncentruje hlavne v cytoplazme. Neskôr sa zistilo, že RNA je obsiahnutá ako v cytoplazme av jadre, a navyše, cytoplazmatická DNA bola odhalená.

Pokiaľ ide o otázku primárnej štruktúry nukleových kyselín, do polovice 40s, prezentácia P. Levinu bola pevne stanovená vo vede, podľa ktorej sú všetky nukleové kyseliny konštruované jedným typom a pozostávajú z rovnakého tzv tetranukleotidu bloky. Každý z týchto blokov, podľa Levin, obsahuje štyri rôzne nukleotidy. Tetranukleotidová teória štruktúry nukleových kyselín vo veľkej miere zbavila týchto biopolymérov špecifickosti. Preto nie je prekvapujúce, že všetky špecifiká živého spojenia v tom čase len s proteínmi, povaha monomérov, ktorej je oveľa rôznorodejšie (20 aminokyselín).

Prvé porušenie teórie tetranukleotidovej štruktúry nukleových kyselín sa rozpadlo analytickými údajmi anglického chemika J. Gullanda (1945 - 1947). Pri určovaní zloženia nukleových kyselín na báze dusíka sa nedostal pomer ekvimolárneho základu, pretože by mal byť podľa teórie Levin. Nakoniec tetranukleotidová teória štruktúry nukleových kyselín sa zrútila v dôsledku výskumu E. Chargaff a jej zamestnancami (1949 - 1951). Na separáciu báz šľahaných z DNA v dôsledku jeho kyslej hydrolýzy, chromatografia na chromatografiu na papieri. Každá z týchto báz bola presne definovaná spektrofotometricky. Charguff všimol značné odchýlky od ekvimolárneho pomeru základov v DNA rôznych pôvodov a po prvýkrát určite uvádza, že DNA má výraznú špecifickosť druhov. To bolo dokončené s koncepciou hegemónia o proteínovom špecifickosti v živej klietke. Analýza DNA rôznych pôvodov, Chargaf objavil a formuloval jedinečné vzory DNA zloženia, ktoré sú zahrnuté vo vede s názvom Chargaff pravidlá. Podľa týchto pravidiel, vo všetkých DNA, bez ohľadu na pôvod, množstvo adenín sa rovná množstvu tymínu (A \u003d T), množstvo guanínu sa rovná množstvu cytozínu (R \u003d C), množstvo Purines sa rovná množstvu pyrimidínov (G + A \u003d C + T) Základne 6-aminoskupiny sa rovnajú množstvom báz s 6-keto-vzájomným (A + C \u003d R + T). Zároveň napriek takýmto prísnym kvantitatívnym korešpondentám sa DNA rôznych druhov líši, pokiaľ ide o pomer A + T: G + C. V niektorých DNA prevláda počet guanínu a cytozínu nad množstvom adenín a Timin (tieto DNA CHARGAFF nazýva nazývaný DNA Hz typu); Ďalšie DNA obsahujú adenín a tymín viac ako guanín a cytozín (tieto DNA boli menované na typovej DNA). Údaje DNA získané spoločnosťou Chargaff hrali výnimočnú úlohu v molekulárnej biológii. Boli to im, že boli založené na otvorení štruktúry DNA vyrobenej v roku 1953. J. Watson a F. Screech.

Späť v roku 1938, W. Astbury a F. Bell, s röntgenovou konštrukčnou analýzou, ukázala, že rovina základov v DNA by mala byť kolmá na dlhú os molekuly a pripomenula stoh dosiek ležiacich na sebe. Ako technika röntgenovej štrukturálnej analýzy sa zlepšila do roku 1952 - 1953. Informácie sa nahromadili, čo umožnilo posúdiť dĺžku jednotlivých pripojení a sklopných rohov. To umožnilo s najväčšou pravdepodobnosťou prezentovať povahu orientácie kruhov pentoóznych zvyškov v sucrophosphečnej kosti molekuly DNA. V roku 1952, S. Farberg navrhol dve špekulatívne modely DNA, ktoré predstavovali samotnú zloženú alebo skrútenú molekulu. Aspoň špekulatívny model štruktúry DNA bol navrhnutý v roku 1953 L. Polingom (Laureát Nobelovej ceny, 1954) a R. Corey. V tomto modeli sa trojnásťročné obvody DNA vytvorili dlhú špirálu, ktorej tyč bola reprezentovaná fosfátovými skupinami a základňa bola umiestnená mimo neho. Do roku 1953 získal M. Wilkins a R. Franklin jasnejšie rôntgenové obrazy DNA. Ich analýza ukázala úplnú nekonzistentnosť modelov Ferberg, Leging a Corey. Pomocou údajov spoločnosti CHARGAFFAFFA, v porovnaní s rôznymi kombináciami molekulárnych modelov jednotlivých monomérov a röntgenových analýz, J. Watson a F. Creek v roku 1953 dospel k záveru, že molekula DNA by mala byť lacnejšia špirála. Pravidlá spoločnosti Chargaff majú ostro obmedzené množstvo možných objednaných kombinácií základov v navrhovanom modeli DNA; Navrhli Watson a plač, že v molekule DNA by mala byť špecifickým párením základov - adenín s thuminom a guanínom s cytozínom. Inými slovami, adenín v jednom DNA obvode vždy striktne zodpovedá Timin v inom reťazci a guanín v jednom reťazci nevyhnutne zodpovedá cytozínu v inom. Tak, Watson a Creek najprv formuloval výnimočný význam princípu komplementárnej štruktúry DNA, podľa ktorého jeden DNA reťaz dopĺňa druhú, to znamená, že sekvencia báz jedného reťazca jedinečne určuje základnú sekvenciu v inej (komplementárne) reťazec. Stalo sa zrejmé, že už v štruktúre DNA je potenciál pre jeho presné prehrávanie položené. Tento model štruktúry DNA sa v súčasnosti všeobecne uznáva. Na dekódovanie štruktúry DNA plače, Watson a Wilkins v roku 1962 bola udelená Nobelová cena.

Treba poznamenať, že myšlienka mechanizmu presnej reprodukcie makromolekúl a prevodu dedičných informácií vznikol v našej krajine. V roku 1927, N, K. Koltsov navrhol, že počas reprodukcie buniek existuje reprodukcia molekúl presnou autokatalytickou reprodukciou existujúcich materských molekúl. TRUE, v tej dobe, prstene obdĺžne túto vlastnosť molekuly DNA, ale proteínové prírody molekuly, ktorého funkčná hodnota nebola známa. Predpokladá sa však, že samotná myšlienka na autokatalytickej reprodukcii makromolekúl a prenosového mechanizmu dedičných vlastností bola prorocká: Stala sa vedúcou myšlienkou modernej molekulárnej biológie.

A. N. Belozersky, A. S. Spiin, G. N. Zaitseva, B. F. VANYUSHIN, S. O. URYSON, A. S. Antonov a ďalší dlhodobý výskum (1957-1974) DNA zloženie DIRECTRE ST rôzne organizmy Úplne potvrdil vzory, ktoré objavil Chargaff, a úplnú korešpondenciu s molekulárnym modelom štruktúry DNA navrhnutej Watsonom a plačom. Tieto štúdie ukázali, že DNA rôznych baktérií, húb, rias, aktinomycetes, vyšších rastlín, bezstavovcov a stavovcov majú špecifickosť kompozície. Zvlášť ostro rozdiely v zložení (obsah at-at-párov) sú vyjadrené v mikroorganizmoch, ktoré sa otáčajú na dôležité taxonomické označenie. Pri vyšších rastlinách a zvieratách sú odchýlky druhov v DNA výrazne slabšie vyjadrené. To však neznamená, že DNA je menej špecifická. Okrem zloženia dôvodov je špecifickosť vo veľkej miere určená ich sekvenciou v DNA reťazcoch.

Spolu s konvenčnými bázami sa v kompozícii DNA a RNA našli ďalšie dusíkaté bázy. Tak, v zložení DNA rastlín a zvierat, bielej (1950) zistil 5-metylcitozín a D. Dunn a J. Smith (1958) objavili v niektorých DNA metylovaný adenín. Po dlhú dobu sa metylcitozín považoval za charakteristický znak genetického materiálu vyšších organizmov. V roku 1968, A. N. Belozersky, B. F. Vanyushin a N. A. Kokurin zistil, že by sa mohol stretávať aj v DNA baktérií.

V roku 1964 otvorila M. Gold a J. Hurvitz novú triedu enzýmov, ktoré vykonávajú prirodzenú modifikáciu DNA - jeho metyláciu. Potom objav bol zrejmý, že menšie (obsiahnuté v malých množstvách) základne vznikajú už na hotovom polynukleotidovom reťazci DNA v dôsledku špecifickej metylácie cytozínových a adenínových zvyškov v špeciálnych sekvenciách. Najmä podľa B. F. Vanyushina, ya. I. Burnanova a A. N. Belozersky (1969) metylizovanie adenín v DNA črevnej palice sa môže vyskytnúť v terminálových kodónov. Podľa A. N. Belozersky a zamestnancov (1968 - 1970), ako aj M. Meseselson (USA) a V. Arberry (Švajčiarsko) (1965 - 1969), metylácia dáva DNA jedinečné jednotlivé znaky a v kombinácii s pôsobením špecifickej časti jadier komplexného mechanizmu, ktorý monitoruje syntézu DNA v bunke. Inými slovami, povaha metylácie jednej alebo inej DNA predurčuje otázku, či sa môže v tejto bunke množiť.

Takmer súčasne, pridelenie a intenzívna štúdia DNA metylových metylových látok a obmedzenie endonukleázy; V rokoch 1969 - 1975 Nukleotidové sekvencie rozpoznané v DNA sú stanovené niektorými z týchto enzýmov (X. Boyer, X. Smith, S. Lynn, K. Murray). Pri hydrolýze rôznych DNA je odstraňovací enzým rozstupovať pomerne veľké fragmenty s rovnakými "lepkavými" koncami. To umožňuje nielen analyzovať štruktúru génov, ako je to v malých vírusoch (D. Natans, S. Adler, 1973 - 1975), ale aj dizajn rôzne genómy. S otvorením týchto špecifických reštrikčných enzýmov sa genetické inžinierstvo stalo hmatateľnou realitou. Zabudované do malých plazmidových DNA génov rôzneho pôvodu sa už ľahko zavádza do rôznych buniek. Nový typ biologicky aktívneho plazmidu, čím sa odolnosť voči niektorým antibiotikám (C. Cohen, 1973) zaviedol ribozomálne gény žabov a Drosophila v plazmidoch črevných tyčiniek (J. Morrow, 1974; X. Boyer, D. Hognes, R. Devis, 1974 - 1975). Skutočné cesty sú teda otvorené na získanie zásadných nových organizmov podávaním a zapustením do ich génového fondu rôznych génov. Tento objav môže byť nasmerovaný v prospech všetkého ľudstva.

V roku 1952 zistil, že Biela a S. Cohen zistil, že T-Dokonca FAGE DNA obsahuje neobvyklú základňu - 5-oxymetyl excitosis. Neskôr E. Wolkina a R. Sinsheimer (1954) a Cohen (1956) (1954) a Cohen (1956) začali, že zvyšky oxymetylového vzrušenia môžu byť úplne alebo čiastočne glukozidované, v dôsledku čoho sa molekula fágovej DNA ukáže byť chránený pred hydrolytickou pôsobením nukleáz.

Na začiatku 50. rokov, D. Dunna a J. Smith (Anglicko), S. Vychlohof (USA) a A. Vacra (Nemecko) stali známe, že mnohé umelé analógy dôvodov môžu byť zahrnuté do DNA, niekedy až 50% Timine. Tieto substitúcie spravidla vedú k chybám v replikácii, transkripcii DNA a vysielania a na vzhľad mutantov. Takže J. Marmour (1962) zistil, že v DNA niektorých fágov namiesto tymínu, obsahuje oxymetyluracyl. V roku 1963, I. Takahashi a J. Marmour zistil, že DNA jedného z fágov namiesto Timina obsahuje Uracil. Iný princíp sa teda zrútil, v ktorom boli nukleové kyseliny predtým oddelené. Od práce P. Levin sa verí, že rozlišovacia značka DNA je Timin a RNA - Uracil. Ukázalo sa, že toto označenie nie je vždy spoľahlivé, a hlavný rozdiel v chemickej povahe dvoch typov nukleových kyselín, ako sa dnes objavuje, slúži len charakter sacharidovej zložky.

Pri štúdiu fágov sa otvorilo mnoho neobvyklých príznakov organických nukleových kyselín. Od roku 1953 to bolo veril, že všetky DNA sú žonglovanie lineárnych molekúl a RNA je len jednostupňová. Toto ustanovenie bolo v roku 1961 v podstate otrasené, keď R. Sinsheimer zistil, že fágová DNA φ x 174 je reprezentovaná jedným prúdovým krúžkom molekuly. TRUE, potom sa ukázalo, že v tejto forme existuje táto DNA len vo vegetatívnej fágovej častice a replikatívna forma DNA tohto fága je tiež podvádzanie. Okrem toho sa veľmi neočakávalo, že RNA niektoré vírusy môžu byť podvádzanie. Tento nový typ organizácie Macromolecular RNA bol objavený v roku 1962 P. Homatozómom, I. TAMM a ďalšími výskumníkmi v niektorých živočíšnych vírusoch a vírusu nádoru rán. Nedávno, V. I. AGOL A A. A. BOGDANOV (1970) zistil, že okrem lineárnych molekúl RNA sú tiež uzavreté alebo cyklické molekuly. Cyklické žonglovanie RNA je detekovaná najmä v víruse encefalomeelocarditídy. Vďaka dielam X. Devo, L. Tokino, T. I. Tikhonenko, E. I. Budovsky a i. (1960 - 1974) sa stali hlavnými črtami organizácie (kladenie) genetického materiálu v bakteriofágoch.

Na konci 50. rokov, American Scientist P. Doti zistil, že počas vykurovania sa vyskytne denaturácia DNA, sprevádzaná rozpadom vodíkových väzieb medzi pármi báz a rozdielom medzi komplementárnymi reťazcami. Tento proces je charakter fázového prechodu podľa typu "špirálového zamotania" a pripomína tavenie kryštálov. Preto proces tepelnej denaturácie DNA DNA nazval topenia DNA. Pomocou pomalého chladenia dochádza k renaturkám molekuly, t.j. znovuzjednotenie komplementárnych polovice.

Princíp renaturácie v roku 1960 použil J. Marmur a K. Shildkraut na určenie stupňa "hybridizovateľnosti" DNA rôznych mikroorganizmov. Následne E. Bolton a B. Mac-obraz zlepšil túto techniku, navrhujúcu metódu takzvaných reproduktorov DNA Agar. Táto metóda bola nenahraditeľná pri štúdiu stupňa homológie nukleotidovej sekvencie rôznych DNA a objasnenie genetickej príbuznosti rôznych organizmov. Otvorená DNA DNA DNA v kombinácii s opísanou chromatografiou J. Mandela a A. Hershey * (1960) na metylovanom albumínu a centrifugácii v gradiente hustoty (metóda bola vyvinutá v roku 1957 M. Meseselson, F. a D. Vinogradov) je široko používané na separáciu, vypúšťanie a analýzu individuálnych komplementárnych DNA reťazcov, napríklad V. Shibalski (USA) s použitím týchto techník na separáciu DNA Lambda fág, ukázal v rokoch 1967-1969, ktoré sú geneticky aktívne, sú obidva reťazce fágov a nie jeden, ako to bolo považované za (S. Spigelman, 1961). Treba poznamenať, že po prvýkrát bola myšlienka genetického významu oboch reťazcov DNA Lambda Faga vyjadrená v USSR S. E. BRESER (1961).

* (Pre prácu na genetike baktérií a vírusov A. Hershi spolu s M. Debryuk a S. Luria získal v roku 1969 Nobelovej ceny.)

Na pochopenie organizácie a funkčnej aktivity genómu je definícia nukleotidovej sekvencie DNA mimoriadne dôležitá. Hľadanie metód tejto definície sa vykonáva v mnohých laboratóriách na svete. V USA, M. BR so zamestnancami od konca 50s, snaží sa vytvoriť sekvenciu DNA s elektrónou mikroskopiou, ale doteraz neúspešne. Na začiatku 50. rokov sa prvé diela Sinsheimer, Chargaff a ďalších výskumných pracovníkov v enzymatickej degradácii DNA stali známymi, že rôzne nukleotidy v molekule DNA sú rozdelené, hoci je to nezávislé, ale nerovnomerné. Podľa anglického chemika K. Barton (1961) sa pyrimidíny (viac ako 70%) zameriavajú najmä vo forme zodpovedajúcich blokov. A. L. Mazin a B. F. Vanyushin (1968 - 1969) zistil, že rôzne DNA majú rôzne stupne pyrimidínovej šance a že v DNA živočíšnych organizmov sa výrazne zvyšuje ako najnižšia až vyššia. Vývoj organizmov sa teda odráža v štruktúre ich genómov. To je dôvod, prečo na pochopenie evolučného procesu ako celku, je mimoriadny význam komparatívna štúdia štruktúry nukleových kyselín. Analýza štruktúry biologicky dôležitých polymérov a predovšetkým DNA je mimoriadne dôležitá pre riešenie mnohých súkromných emisií fylogenetiky a taxonómie.

Je zaujímavé poznamenať, že anglický fyziológ E. Lankester, ktorý študoval hemoglobins molluskov, presne pred 100 rokmi, predvídaním myšlienok molekulárnej biológie, napísal: "Chemické rozdiely v rôznych typoch a generách zvierat a rastlín sú rovnako dôležité objasniť históriu ich pôvodu, ako aj rozdiely vo svojej forme. Ak by sme mohli jasne stanoviť rozdiely v molekulárnej organizácii a fungovaní organizmov, by sme boli schopní podstatne lepšie pochopiť pôvod a vývoj rôznych organizmov ako na základe morfologických pozorovaní "*. Význam biochemických štúdií pre systematiku zdôraznil V. L. Komarov, ktorý to napísal "v srdci každého morfologické znaky, Na základe ktorých sme klasifikovaní a inštaláciou druhov, sú presne biochemické rozdiely "**.

* (E. R. Lankester. Uber Das VorCommen von Hemoglobin v Den Muskelner der Mullusken und Die Verbreitung Desselben v Den LerenDigen Organismensmen.- "Pfluger" S Archív kožušiny Die Gesamte Fyziol., 1871, BD 4, 319.)

** (V. L. Komarov. Vybraný cit., T. 1. M.-L., Vydavateľstvo Akadémie vied ZSSR, 1945, s. 331.)

A. V. Blagoveshchensky a S. L. Ivanov stále v 20. rokoch vzal prvé kroky v našej krajine, aby objasnili niektoré otázky evolúcie a systematiky organizmov na základe komparatívnej analýzy ich biochemického zloženia (pozri CH. 2). Porovnávacia analýza Štruktúry proteínov a nukleových kyselín sú v súčasnosti stále hmatateľné pre systematiku (pozri kapitolu 21). Tento spôsob molekulárnej biológie umožňuje nielen objasniť pozíciu jednotlivých druhov v systéme, ale tiež núti princípy klasifikácie organizmov novým spôsobom, a niekedy revidovať celý systém ako celok, ako sa to stalo, pre Príklad, so systematikou mikroorganizmov. Nepochybne, v budúcnosti analýza štruktúry genómu zaberá centrálne miesto v chemisystéme organizmov.

Veľký význam pre tvorbu molekulárnej biológie bol dekódovanie replikácie DNA a transkripčných mechanizmov (pozri kapitolu 24).

Biosyntéza proteín

Dôležitým posunom pri riešení problému bielkovinovej biosyntézy je spojený s úspechom v štúdii nukleových kyselín. V roku 1941, T. Kasperson (Švédsko) av roku 1942, J. Brother, upozornil na skutočnosť, že v tkanivách s aktívnou syntézou proteínu, zvýšené množstvo RNA obsahuje zvýšené množstvo RNA. Dospeli k záveru, že ribonukleové kyseliny zohrávajú rozhodujúcu úlohu pri syntéze proteínov. V roku 1953, E. Gale a D. Fox, as, akceptoval priamy dôkaz o priamom účasť RNA v biosyntéze proteínu: podľa ich dát, ribonukleáza významne potlačená zahrnutie aminokyselín do lyzátov bakteriálnych buniek. V. ALFREI, M. DELHI A A. MiRSKY (1953) na homogenátoch pečene. Neskôr, E. Gale odmietol dať im správny nápad o popredným RNA rNA pri syntéze proteínov, chybne veriť, že aktivácia syntézy proteínov v systéme bez buniek bola ovplyvnená nejakou inou látkou neznámej povahy. V roku 1954, P. Prince, D. Litlfield, R. B. Hesin-Lurie a iní zistili, že najaktívnejšia zahrnutie aminokyselín sa vyskytuje v bohatách RNA frakciách subcelulárnych častíc - mikroch. P. Signing a E. Keller (1953 - 1954) zistil, že zahrnutie aminokyselín bolo zmyselne zintenzívniť v prítomnosti supernatantnej frakcie v podmienkach regenerácie ATP. P. Sichevitz (1952) a M. Chogland (1956) sa izoloval zo supernatantného proteínovej frakcie (pH 5 frakcie), ktorá bola zodpovedná za ostrú stimuláciu zahrnutia aminokyselín v mikroskopických hodinách. Spolu s proteínmi v supernatante sa objavila špeciálna trieda RNA s nízkou molekulovou hmotnosťou, ktorá sa teraz nazýva transport RNA (TRNA). V roku 1958, povrazí a výber, ako aj P. Berg, R. SVIT a F. Allen a mnoho ďalších výskumných pracovníkov zistili, že ich špeciálny enzým, ATP a špecifické TRNA boli potrebné na aktiváciu každej aminokyseliny. Zostavilo sa, že TRNA bola vykonaná výlučne funkciou adaptérov, t.j. Zariadenia, ktoré sa nachádzajú na nukleovej matrici (IRNK) miesto zodpovedajúcej aminokyseliny v molekule tvarovania proteínu. Tieto štúdie plne potvrdili hypotézu adaptéra F. Creek (1957), ktorá predpokladala existenciu polynukleotidových adaptérov v bunke, potrebnej na správne usporiadanie aminokyselinových zvyškov syntetizovaného proteínu na nukleovej matrici. Už veľa z neskorších francúzskych vedec F. Shapvil (1962) v laboratóriu F. Lipman (Nobelovej ceny, 1953) v Spojených štátoch veľmi vtipné a jednoznačne ukázali, že umiestnenie aminokyseliny v molekule syntézy proteínu je plne stanovená Špecifická TRNA, ku ktorej je pripojená. Adaptérová kryotéza výkriku bola vyvinutá v dielach pochlandu a výber.

Do roku 1958 boli známe tieto hlavné stupne syntézy proteínov: 1) aktivácia aminokyselín so špecifickým enzýmom z "pH 5 frakcie" v prítomnosti ATP za vzniku aminoacyaltelative; 2) Pripevnenie aktivovanej aminokyseliny na špecifickú TRNA s uvoľňovaním monofosfátu adenozínu (AMP); 3) Kombinácia aminoacyl-TRNA (TRNA, naložená aminokyselinou) s mikrozómymi a zahrnutím aminokyselín do proteínu uvoľňovania TRNA. Chogland (1958) poznamenal, že v poslednej fáze syntézy proteínov je potrebná guantoosintrifosfát (GTF).

Dopravná RNA a syntéza génu

Po detekcii TRNA sa začalo aktívne vyhľadávanie ich frakcionácie a stanovenia nukleotidovej sekvencie. Americký biochemista R. Holly dosiahol najväčšie výhody. V roku 1965 založil štruktúru Alanínu TRNA z kvasiniek. S pomocou ribonukleázy (guanilla RNA-AZA a pankreatickej RNA-AZA), Holly rozdelil molekulu nukleovej kyseliny do niekoľkých fragmentov, stanovená v každej z nich nukleotidová sekvencia a potom rekonštruovala sekvenciu celej molekuly alanínovej TRNA. Táto cesta analýzy nukleotidovej sekvencie bola pomenovaná metóda bloku. Zásluhy Holly spočívalo najmä v tom, že sa naučil rozdeliť RNA molekulu nielen na malé kúsky, čo mu bolo pre neho to urobilo, ale aj na veľkých fragmentoch (štvrtiny a polovice). To mu dal možnosť riadne zhromaždiť jednotlivé malé kúsky spolu a tým obnoviť kompletnú nukleotidovú sekvenciu celej molekuly TRNA (Nobelovej ceny, 1968).

Tento príjem bol okamžite prijatý v mnohých laboratóriách na svete. Počas nasledujúcich dvoch rokov v ZSSR av zahraničí bol dešifrovaný primárna štruktúra niekoľkých TRNA. A. A. Baev (1967) a zamestnanci najprv vytvorili sekvenciu nukleotidov v Kvasivom ventilu TRNA. K dnešnému dňu sa už študoval viac ako tucet rôznych jednotlivých TRNA. Druh záznamu pri určovaní nukleotidovej sekvencie je vytvorený v Cambridge F. Senger a Brownley. Títo výskumníci vyvinuli úžasne elegantný spôsob separácie oligonukleotidov a inštalovali sekvenciu tzv. 5 S (ribozomálnych) RNA z buniek črevných tyčiniek (1968). Táto RNA pozostáva z 120 nukleotidových zvyškov a, na rozdiel od TRNA, neobsahuje ďalšie menšie báz, čo významne uľahčuje analýzu nukleotidovej sekvencie, ktorá slúži jedinečné referenčné body jednotlivých fragmentov molekuly. V súčasnosti vďaka použitiu metódy Senger a Browni je práca úspešne podporovaná na štúdium sekvencie dlhej ribozomálnej RNA a niektoré vírusové RNA v laboratóriu J. Ebel (Francúzsko) a ďalších výskumných pracovníkov.

A. A. Baev a zamestnanci (1967) zistili, že TRNA TRNA valína oprášená v polovici obnovuje svoju makromolekulárnu štruktúru v roztoku a napriek chybe v primárnej štruktúre má funkčnú aktivitu počiatočnej (natívnej) molekuly. Tento prístup je rekonštrukcia rezaných makromolekúl po odstránení určitých fragmentov - ukázalo sa, že je veľmi sľubná. Teraz je široko používané, aby ste zistili funkčnú úlohu jednotlivých častí určitej TRNA.

V posledných rokoch sa dosiahol veľký úspech pri získaní kryštalických prípravkov jednotlivých TRNA. Teraz v niekoľkých laboratóriách v Spojených štátoch a Anglicku sa podarilo kryštalizovať mnoho TRNA. To bolo možné skúmať TRNA oproti röntgenovej konštrukčnej analýze. V roku 1970, R. Side predstavil prvé rádiografy a trojrozmerné modely niekoľkých TRNA, ktoré vytvorili na Univerzite Wisconsin. Tieto modely pomáhajú určiť lokalizáciu jednotlivých funkčne aktívnych lokalít v TRNA a pochopiť základné princípy fungovania týchto molekúl.

Najdôležitejším významom pre zverejnenie mechanizmu syntézy proteínu a riešením problému špecifickosti tohto procesu bolo rozlúštiť povahu genetického kódu (pozri kapitolu 24), ktorý, bez preháňania, možno považovať za vedúceho dobytia Prírodné vedy XX storočia.

Zverejnenie R. Holly z primárnej štruktúry TRNA dal podpera na diela mesta Koránu * (USA) na syntéze oligonukleotidov a poslal ich na cestu syntézy určitej biologickej štruktúry - molekuly DNA kódovanie aranskej TRNA. Prvé kroky chemickej syntézy krátkych oligonukleotidov boli vyrobené takmer pred 15 rokmi skončil v roku 1970. Prvýkrát z iniciatívy génu. Korán a jeho personál najprv z jednotlivých nukleotidov boli syntetizované chemikáliami krátkymi fragmentmi s dĺžkou 8-12 nukleotidových zvyškov. Tieto fragmenty s danou nukleotidovou sekvenciou vytvorili spontánne veselé komplementárne kusy s prekrývaním v 4 - 5 nukleotidoch. Potom tieto hotové kusy v požadovanom poradí striedavo spojili koniec až do konca s použitím enzýmu DNA ligázy. Na rozdiel od replikácie molekúl DNA, podľa A. Cornberg ** (pozri kapitolu 24), Korán sa podarilo opätovne vytvoriť prirodzenú molekulu DNA bez nárazu podľa vopred určeného programu v súlade s TRNA sekvenciou opísaným Holly. Podobne pracuje na syntéze iných génov (M. N. Kolosov, 3. A. Shabarova, D. G. KNORRE, 1970 - 1975).

* (Pre výskum genetického kódu získal mesto Koránu a M. Nirereberg v roku 1968 Nobelovej ceny.)

** (Na otvorenie polymerázy a syntézy DNA A. Kornberg a na syntézu RNA S. OCHOA v roku 1959 získal Nobelovu cenu.)

Mikrosómy, ribozómy, vysielanie

V polovici 50. rokov sa predpokladalo, že centrum syntézy proteínov v bunke je mikrosómy. Termín mikrosóm bol prvýkrát zavedený v roku 1949 A. Clude na označenie frakcie malých granúl. Neskôr sa ukázalo, že celá frakcia microson, pozostávajúceho z membrán a granulí, bola zodpovedná za syntézu proteínov, ale len malé ribonukleoprotoidné častice. Tieto častice v roku 1958 sa nazývali R. Roberts ribozómy.

Klasické štúdie bakteriálnych ribozómov sa konali A. Tisier a J. Watson v rokoch 1958 - 1959. Bakteriálne ribozómy boli o niečo menšie ako rastlina a zvieratá. J. Littleton (1960), M. Clark (1964) a E. N. SveTA (1966) ukázali, že ribozómy chloroplastov vyšších rastlín a mitochondrie patria do baktériového typu. A. Tisier a ďalšie (1958) zistili, že ribozómy sú disociované dvoma nerovnakými podjednotkami obsahujúcimi jednu molekulu RNA. Koncom 50. rokov sa predpokladalo, že každá ribozomálna RNA molekula pozostáva z niekoľkých krátkych fragmentov. A. S. Spiin v roku 1960 však najprv ukázal, že RNA v podbežných fullets je reprezentovaná kontinuálnou molekulou. D. Waller (1960), rozdelenie ribozomálnych proteínov s použitím elektroforézy v škrobovom géli, zistili, že sú veľmi heterogénne. Najprv sa mnohí pochybovali o údajoch Waller, pretože sa zdalo, že ribozómový proteín by mal byť prísne homogénny, ako napríklad proteín VTM. V súčasnej dobe, v dôsledku výskumu D. Waller, R. Tratu, P. Traub a ďalšie biochemisti ukázali, že viac ako 50 úplne odlišné v štruktúre proteínov sa stalo súčasťou ribozomálnych častíc. A. S. SPIRINA V roku 1963 bolo možné prvýkrát nasadiť ribozomálne subconsists a ukazovať, že ribozómy sú kompaktne skrútené ribonukleoprote-hriadeľ, ktorý môže byť za určitých podmienok nasadený. V rokoch 1967 - 1968 M. Nomura kompletne zrekonštruovala biologicky aktívny subpartgín z ribozomálnej RNA a proteínu a dokonca dostal takéto ribozómy, v ktorých proteín a RNA patrili rôznym mikroorganizmom.

Doteraz je úloha ribozomálnej RNA nejasná. Predpokladá sa, že je to jedinečná špecifická matrica, na ktorej sa pri vytváraní ribozomálnej častice, nájde prísne definované miesto, z ktorých každý z mnohých ribozomálnych proteínov (A. S. Spiinín, 1968).

A. Rich (1962) objavili agregáty z niekoľkých ribozómov prepojených IRNN niťou. Tieto komplexy sa nazývali Polizmy. Detekcia politiky umožnila bohaté a Watson (1963) vyjadriť predpoklad, že syntéza polypeptidového reťazca sa vyskytuje na ribozóme, ktorý sa pohybuje pozdĺž reťazca IRNK. Vzhľadom k tomu, ribozómy sú povýšené pozdĺž reťazca IRNN v častici, informácie a tvorba proteínového polypeptidového reťazca sa vykonáva, a nové ribozómy striedavo sa spájajú na uvoľnený čitateľný koniec IRNK. Z týchto RICHA a WATSON, nasledovalo, že hodnota bunky v bunke pozostáva z masovej produkcie proteínu konzistentne čítať matricu na niekoľkých ribozómov naraz.

V dôsledku výskumu M. Nirenberg, S. Ochua, F. Lipman, Korana a ďalšie v rokoch 1963 - 1970. To sa stalo známe, že spolu s IRNA, ribozómov, ATP a aminoacyl-TRNA v procese prenosu trvá veľký počet rôznych faktorov a samotný proces vysielania môže byť podmienečne rozdelený do troch stupňov - iniciácia, skutočne vysielaná a ukončenie.

Iniciácia prekladu znamená syntézu prvej peptidovej väzby v ribozómovom komplexe - matricový polynukleotid - aminoacyl-obchodovanie. Nie je žiadna aminoacyl-TRNA, ale formylmethionyl-tRNA, má takúto iniciáciu. Táto látka bola prvýkrát pridelená v roku 1964 F. Senger a K. Markerom. S. Barencher a K. Marker (1966) ukázali, že iniciátorová funkcia formylmetion-tRNA bola spôsobená jeho zvýšenou afinitou pre peptidové centrum ribozómu. Ak chcete začať vysielanie, niektoré faktory iniciácie bielkovín sú tiež mimoriadne dôležité, ktoré boli zdôraznené v laboratóriách S. Ochoa, F. Gro a ďalších vyšetrovacích centier. Po vytvorení prvého peptidového spojenia v ribozóme sa začne vysielať samotné vysielanie, t.j. sekvenčné pridanie aminoacylového zvyšku na C-koniec polypeptidu. Mnoho detailov vysielacieho procesu boli študované K. Monroe a J. Bishopom (Anglickom), I. Rykhlik a F. SHORM (Česká republika), F. Lipman, M. Bartcher, V. Gilbert (USA) a ďalších výskumných pracovníkov. V roku 1968, A. S. Spiin, na vysvetlenie mechanizmu práce ribozómu, navrhol pôvodnú hypotézu. Hnací mechanizmus poskytujúci všetky priestorové pohyby TRNA a IRNN počas vysielania je periodický otvor a uzavretie ribozómových subchains. Koniec vysielania je kódovaný v najpravdepodobnejšej matrici, ktorá obsahuje ukončené kodóny. Ako S. Brenner (1965 - 1967) ukázali, že takéto kodóny sú UAA, UAG a UGA Driplety. M. Capinchi (1967) tiež odhalila špeciálne faktory ukončenia proteínu. A. S. Spiin a L. P. Gavrilova opísala takzvanú "nefermentovanú" syntézu proteínu v ribozómov (1972 - 1975) bez účasti proteínových faktorov. Tento objav je dôležitý pre pochopenie pôvodu a vývoja biosyntézy bielkovín.

Regulácia aktivity génov a proteínov

Po probléme špecifickosti syntézy proteínov na prvom mieste v molekulárnej biológii sa problém regulovania syntézy proteínov, alebo je rovnaký, regulácia aktivity génov.

Funkčná nerovnováha buniek a depresier spojených s ním a aktivácia génov dlho priťahuje pozornosť genetických služieb, ale až do nedávnej doby zostala skutočný mechanizmus na kontrolu genetickej aktivity neznáma.

Prvé pokusy vysvetliť regulačnú aktivitu génov boli spojené so štúdiou histónskych proteínov. Viac manželka Stadman * na začiatku 40. rokov XX storočia. Vyjadrili myšlienku, že to bolo históna, ktoré by mohli zohrávať významnú úlohu v tomto fenoméne. V budúcnosti dostali prvé jasné údaje o rozdieloch v chemickej povahe histónových proteínov. V súčasnosti je počet faktov svedčiacich s touto hypotézou, každý rok čoraz viac rastie.

* (E. Stedman, E. Stedman. Základné proteíny bunkových jadier.- fylosof. Trans. Roy. Soc. Londýn, 1951, v. 235, 565 - 595.)

Zároveň rastúci počet rečníckych dát je, že regulácia aktivity génov je oveľa zložitejšia ako jednoduchá interakcia génov génov s molekulami histónových proteínov. V rokoch 1960 - 1962 V laboratóriu, RB Hein-Lurie sa zistilo, že fágové gény začínajú byť čítané upstream: FAGE T2 gény môžu byť rozdelené na začiatku, ktorého fungovanie došlo v prvých minútach infekcie bakteriálnej bunky, a neskoro , začínajú syntetizovať IRNK po ukončení skorých génov.

V roku 1961 francúzsky biochemisti F. Jacob a J. Mono navrhli systém regulácie aktivity génu, ktorý zohral výnimočnú úlohu pri porozumení regulačných mechanizmov bunky vôbec. Podľa jacobovej a mono schémy, v DNA, okrem konštrukčných (informácií) génov, stále existujú regulátory génov a operátorov génov. Génový regulátor kóduje syntézu špecifickej látky - represor, ktorý môže byť spojený s induktorom a operátorom génu. Generátor je spojený so štruktúrnymi génmi a prevodový gén je v určitej vzdialenosti od nich. Ak nie je v životnom prostredí žiadny induktor, napríklad laktóza, represor syntetizovaný génom regulátora je viazaním na operátorový gén a blokuje ho, vypne fungovanie celého operónu (blok konštrukčných génov spolu s manažérmi operátora ). Tvorba enzýmu za týchto podmienok sa nevyskytuje. Ak sa v médiu objaví induktor (laktóza), potom produkt genetického regulátora - represor je spojený s laktózou a odstráni blok z génu generátora. V tomto prípade je možná práca konštrukčného génu kódujúcej syntézu enzýmu, a enzým (laktóza) sa objaví v médiu.

Podľa Jacobu a Mono sa táto schéma regulácie vzťahuje na všetky adaptívne enzýmy a môže sa vyskytnúť počas represie, keď je tvorba enzýmu potlačená nadbytkom reakčného produktu a počas indukcie, keď substrát prispieva k syntéze enzým. Na reguláciu výskumu činnosti aktivity JACOB GENES A MONO sa Nobelová cena udeľovala v roku 1965.

Spočiatku sa táto schéma zdala príliš ďaleko. Neskôr sa však ukázalo, že regulácia génov v tejto zásade sa koná nielen v baktériách, ale aj v iných organizmoch.

Od roku 1960, viditeľné miesto v molekulárnej biológii je obsadené štúdiou organizácie genómu a štruktúry chromatínu v eukaryotických organizmoch (J. Bonner, R. Britten, V. olfry, P. Walker, Yu. S. Chentsov , IB Zbarsky a ďalšie.) A reguláciou transkripcie (A. Mirsky, P. Georgiev, M. Burnistil, D. Gall, R. TSANGUEV, R. I. SALGANIK). Po dlhú dobu, tam bol neznámy a kontroverzný charakter represora. V roku 1968 ukázal, že M. Ptashne (USA) ukázal, že represor je proteín. Zvýraznil ho v laboratóriu J. Watsona a zistil, že represor skutočne má afinitu k indukujúcemu (laktózu) a zároveň "rozpoznáva" generátora generátora LaC opera a konkrétne komunikuje s ním.

V posledných 5 - 7 rokoch sa získali údaje o prítomnosti inej riadiacej bunke génovej aktivity - promótor. Ukázalo sa, že v susedstve s miestom operátora, ku ktorým je produkt spojený, syntetizovaný na kontrolovanej rodovej rovnováhu represor, je ďalšia oblasť, ktorá by sa mala pripísať aj členom regulačného systému génovej aktivity . Molekula Enzýmu RNA polymerázy je pripojená k tejto oblasti. V prominálnej časti sa musí vyskytnúť vzájomné rozpoznávanie jedinečnej sekvencie nukleotidov v DNA a špecifickej konfigurácii proteínu RNA polymerázy. Účinnosť uznania bude závisieť od implementácie procesu čítania genetických informácií s touto sekvenciou opera génov susediacich s promótorom.

Okrem opísanej schémy Jacob a Mono sú v bunke iné mechanizmy generácie. F. Jacob a S. Brenner (1963) zistili, že regulácia replikácie bakteriálnej DNA je definovaná bunkovou membránou. Odborníci JACOB (1954) o indukcii rôznych opikpov presvedčivo ukázali, že pod vplyvom rôznych mutagénnych faktorov začína volebná replikácia programu génu a replikácia hostiteľského genómu je zablokovaná. V roku 1970, F. Bell uviedol, že malé molekuly DNA môžu byť prenesené do cytoplazmy jadra a tam sú už transkribované.

Regulácia aktivity génov sa teda môže uskutočniť na úrovni replikácie, transkripcie a vysielania.

Významný úspech sa dosahuje v štúdii nariadenia nielen syntézu enzýmov, ale aj ich aktivitu. Fenomény regulácie aktivity enzýmov v bunke bolo uvedené v 50. rokoch A. Novik a L. SzillLard. Ushubgarger (1956) zistil, že v bunke je veľmi racionálny spôsob, ako potlačiť aktivitu enzýmu konečným produktom spätnej väzby Reťaz. Ako to bolo založené J. Mono, J. SHANGE, F. JACOB, A. PADI a INÝME Výskumníci (1956 - 1960), regulácia enzýmovej aktivity môže byť vykonaná prostredníctvom arosterického princípu. Enzým alebo jeden z jeho podjednotiek, okrem afinity k substrátu, má afinitu k jednému z produktov reakčného reťazca. Pod vplyvom takéhoto produktu-signálu, enzým mení svoju konformáciu, ktorá stráca svoju činnosť. Výsledkom je, že celý reťazec enzymatických reakcií sa vypne na samom začiatku. O významnej úlohe konformačných zmien v proteíne v enzymatických reakciách a v určitý zmysel A na prítomnosť altoherekového efektu, D. Weem a R. Woodward (1952; Nobelovej ceny Laureate, 1965).

Štruktúra a funkcia proteínov

V dôsledku T. Osborne, Gofmeister, A. Gürbera, F. Schulz a mnoho ďalších na konci Storočia XIX. V kryštalickom sa získali mnohé zvieratá a rastlinné proteíny. V rovnakom čase boli molekulové hmotnosti niektorých proteínov inštalované s pomocou rôznych fyzikálnych metód. Tak, v roku 1891 A. Sabaneyev a N. Alexandrov oznámil, že molekulová hmotnosť ovalbumínu je 14 000; V roku 1905, E. Reid zistil, že molekulová hmotnosť hemoglobínu je rovná 48 000. Polymérna štruktúra proteínov bola opísaná v 1871 G. Glazulotz a D. Gaberman. Myšlienka peptidovej komunikácie jednotlivých aminokyselinových zvyškov v proteínoch bola exprimovaná T. Kurtiusom (1883). Aminokyselina chemická kondenzačná kondenzácia (E. Shaal, 1871; SCHIFF, 1897; L. Balbiano a D. Tracati, 1900) a heteropolepeptidová syntéza (E. Fisher, 1902 - 1907, Nobelovej ceny, 1902) viedli k rozvoju základného \\ t Princípy chemickej štruktúry proteínov.

Prvý kryštálový enzým (ureaza) bol získaný v roku 1926. J. Samner (Nobelová cena, 1946) a v roku 1930, J. Northrop (Nobelovej ceny, 1946) dostal kryštalický pepsín. Po týchto prácach sa stanovilo, že enzýmy majú proteínový charakter. V roku 1940, M. Kunitz pridelil kryštalickú RNA-AZU. Do roku 1958 bolo už známe viac ako 100 kryštalických enzýmov a viac ako 500 enzýmov pridelených v nekryštalickej forme. Príprava vysoko čistených liekov jednotlivých proteínov prispela k dešifrovaniu svojej primárnej štruktúry a makromolekulárnej organizácie.

Veľkého významu pre rozvoj molekulárnej biológie všeobecne, ľudskej genetiky, najmä objav L. Polingom (1940) abnormálneho hemoglobínu s, izolovanými z erytrocytov ľudí s ťažkými dedičnými chorobami - kosáčikovitá anémia. V rokoch 1955 - 1957 V. Ingram použil metódu odtlačkov prstov vyvinutý F. Senger (škvrny tvorené jednotlivými peptidmi počas papierovej chromatografie) na analýzu produktov hydrolýzy hemoglobínu s alkalickými a trypsínmi. V roku 1961, INGRAM uviedol, že hemoglobín sa líši od normálneho hemoglobínu len podľa podstaty jedného aminokyselinového zvyšku: v normálnom hemoglobínu v siedmom polohe reťazca je zvyšok kyseliny glutámovej a v hemoglobíne S - zvyšku valínu. Tým sa plne potvrdil (1949), predpokladom zdvíhania, že kosáčikovitá anémia je ochorenie molekulárnej povahy. Dedičná zmena v jednom aminokyselinovom zvyšku v každej polovici hemoglobínovej makromolekuly vedie k tomu, že hemoglobín stráca schopnosť ľahko sa rozpustiť pri nízkej koncentrácii kyslíka a začína kryštalizovať, čo vedie k porušeniu bunkovej štruktúry. Tieto štúdie jednoznačne ukázali, že proteínová štruktúra je prísne definovaná aminokyselinová sekvencia, ktorá je kódovaná v genóme. Na exkluzívnu hodnotu primárnej štruktúry proteínu vo forme jedinečnej biologicky aktívnej konformácie makromolekuly ukázala prácu K. Anfinsen (1951). Anfinsen ukázal, že diétna biologicky aktívna makroštruktúra pankreatickej ribonukleázy je vopred určená aminokyselinová sekvencia a môže sa opäť vyskytovať spontánne, keď sú cysteínové SH-skupiny oxidované za vzniku disulfidových vkladov v prísne definovaných miestach enzýmového peptidového reťazca.

K dnešnému dňu sa podrobne študoval mechanizmus účinku veľkého počtu enzýmov a štruktúra mnohých proteínov sa stanoví.

V roku 1953 vytvoril F. Senger aminokyselinovú sekvenciu inzulínu. : Tento proteín pozostáva z dvoch polypeptidových reťazcov spojených dvoma disulfidovými vkladmi. Jeden z reťazcov obsahuje iba 21 aminokyselinových zvyškov a druhý je 30 zvyškov. Na rozlúštenie štruktúry tohto pomerne jednoduchého bielkovín, senger strávil asi 10 rokov. V roku 1958, pre túto vynikajúcu štúdiu, získal Nobelovu cenu. Po vytvorení V. Stein a S. MURH (1957) automatického analyzátora aminokyselín sa výrazne zrýchľovalo identifikácia produktov čiastočnej hydrolýzy proteínov. V roku 1960, Stein a Moore už hlásili. Podarilo sa určiť sekvenciu ribonukleázy, ktorej peptidový reťazec predstavuje 124 aminokyselinových zvyškov. V tom istom roku, v laboratóriu Scramma v Tubingen (Nemecko) F. Ander a iní identifikovali aminokyselinovú sekvenciu v proteíne VTM. Potom sa aminokyselinová sekvencia stanovila v Mioglobínu (A. Edmunson) a a- a p-reťazcoch hemoglobínu osoby (Brownitzer, E. Schröder atď.), Lizozyme z kuracieho vaječného proteínu (Jullah, D. Keyfield). V roku 1963, F. SHORM a B. Keyl (Česká republika) založila sekvenciu aminokyselín v molekule chmemotrypsinogénu. V tom istom roku sa stanovila aminokyselinová sekvencia trypsinogénu (F. štrbina, D. walch). V roku 1965, K. Takahashi založil primárnu štruktúru ribonukleázy T1. Potom bola aminokyselinová sekvencia stále definovaná v niekoľkých proteínoch.

Ako je známe, konečný dôkaz o správnosti určovania jednej alebo inej štruktúry je jeho syntéza. V roku 1969, R. Merifield (USA) najprv uskutočnil chemickú syntézu pankreatickej ribonukleázy. S pomocou metódy syntézy vyvinula na pevnom nosiči, MeroField pripojené jednu aminokyselinu do reťazca iným spôsobom podľa sekvencie, ktorá opísala Stein a MURH. V dôsledku toho získal proteín, ktorý vo svojich vlastnostiach bol identický s pankreatickou ribonukleázou A. Na zverejnenie štruktúry ribonukleázy V. Stein, S. Muru a K. Anfinsenu získal Nobelovu cenu v roku 1972. Táto syntéza prírodného proteínu otvára ambiciózne perspektívy, čo svedčí o možnosti vytvárania akýchkoľvek proteínov v súlade s plánovanou sekvenciou.

Z röntgenových difrakčných štúdií, W. Astbury (1933) nasledovalo, že peptidové reťazce proteínových molekúl boli skrútené alebo prísne striktne položené. Od tej doby, mnohí autori vyjadrili rôzne hypotézy o metódach nosnia proteínových reťazcov, ale až do roku 1951 zostali všetky modely ako konštrukcie zločinu, ktoré nespĺňali experimentálne údaje. V roku 1951, L. Poling a R. Corey vydala sériu brilantnej práce, v ktorej bola nakoniec formulovaná teória sekundárnej štruktúry proteínov - teória a-helixu. Spolu s tým sa tiež stalo známe, že proteíny majú ďalšiu terciárnu štruktúru: a-helix peptidového reťazca môže byť určitým spôsobom formulovaným spôsobom, ktorý tvorí pomerne kompaktnú štruktúru.

V roku 1957 sa J. Kendew a jeho personál najprv ponúkol trojrozmerný model štruktúry Mioglobinu. Tento model bol potom rafinovaný niekoľko rokov, zatiaľ čo v roku 1961 nebola žiadna záverečná práca s charakteristikou priestorovej štruktúry tohto proteínu. V roku 1959, M. Perutz a zamestnanci vytvorili trojrozmernú štruktúru hemoglobínu. Výskumníci strávili viac ako 20 rokov (prvé rádiografy hemoglobínu boli získané pravdou v roku 1937). Pretože molekula hemoglobínu pozostáva zo štyroch podjednotiek, potom rozlúšte svoju organizáciu, čím sa prvýkrát opísali kvartérovú proteínovú štruktúru. Za prácu na definícii trojrozmernej štruktúry Kendew proteínov a balíka v roku 1962 bola Nobelová cena udelená.

Tvorba priestorového modelu štruktúry hemoglobínu. Prístup k pochopeniu mechanizmu fungovania tohto proteínu, o ktorom je známe, že vykonáva prenos kyslíka v živočíšnych bunkách. Späť v roku 1937, F. Gaurovitz dospel k záveru, že interakcia hemoglobínu s kyslíkom, vzduchu by mala byť sprevádzaná zmenou štruktúry proteínu. V 60. rokoch, PuerTc a jeho zamestnanci objavili výrazný posun hemoglobínových reťazcov po jeho oxidácii, spôsobené posunom atómov železa v dôsledku väzby na kyslík. Na tomto základe sa vytvorili myšlienky o "dýchaní" proteínových makromolekúl.

V roku 1960, D. Phillips a jeho zamestnanci začali rôntgenové difrakčné štúdie lyzozýmových molekúl. Do roku 1967 to bolo viac-menej presné stanoviť podrobnosti o organizácii tohto proteínu a lokalizáciu jednotlivých atómov vo svojej molekule. Okrem toho, Phillips zistili povahu pripojenia lyzozýmu na substrát (triacetylglukozamín). To umožnilo obnoviť mechanizmus práce tohto enzýmu. Znalosť primárnej štruktúry a makromolekulárnej organizácie tak umožnili nielen vytvoriť povahu aktívnych centier mnohých enzýmov, ale aj plne zverejniť mechanizmus fungovania týchto makromolekúl.

Použitie metód elektrónovej mikroskopie pomohlo zverejniť princípy makromolekulárnej organizácie takýchto komplexných proteínových formácií, ako sú kolagénové nite, fibrinogén, kontraktilné fibríl svalov atď. Na konci 50. rokov boli navrhnuté modely svalov kontraktilných prístrojov. Otvorenie V. A. Engelhardt a M. N. Lyubamova (1939) ATP-azínovej aktivity myozínu bolo výnimočné pochopiť mechanizmus svalov. To znamenalo, že základom aktu svalového kontrakcie je zmena fyzikálno-chemických vlastností a makromolekulárnej organizácie kontraktilného proteínu pod vplyvom kyseliny adenozínu kyseliny trifosforečnej (pozri tiež kapitolu 11).

Na pochopenie princípov montážnych biologických štruktúr boli nevyhnutné virologické štúdie (pozri kapitolu 25).

Nevyriešené problémy

Základné úspechy v modernej molekulárnej biológii sa dosahujú najmä v dôsledku štúdie nukleových kyselín. Napriek tomu sú povolené ani v tejto oblasti. Veľké úsilie bude vyžadovať najmä dešifrovať celú nukleotidovú sekvenciu genómu. Tento problém je zase neoddeliteľne spojený s problémom heterogénnosti DNA a vyžaduje vývoj nových metód frakcionácie a separáciu jednotlivých molekúl z celkového genetického materiálu bunky.

Doteraz sa úsilie koncentrovali najmä na samostatnú štúdiu proteínov a nukleových kyselín. V bunke sú tieto biopolyméry neoddeliteľne spojené a pracujú hlavne vo forme nukleoproteis. Preto sa zjavilo, že teraz s konkrétnou ostrosťou sa prejavila potreba študovať interakciu proteínov a nukleových kyselín. Problém uznania proteínom určitých úsekov nukleových kyselín sa predkladá do popredia. Kroky už boli načrtnuté na štúdium takejto interakcie týchto biopolymérov, bez ktorých je úplné pochopenie štruktúry a funkcií chromozómov, ribozómov a iných konštrukcií nemysliteľné. Bez toho nie je možné pochopiť aj reguláciu činností génov a nakoniec rozlúštiť zásady fungovania orgánov. Po dielach Jacobu a Mono sa objavili niektoré nové údaje o regulačnom význame membrán v syntéze jadrového materiálu. To zakladá úlohu hlbšej štúdie úlohy membrán v regulácii replikácie DNA. Všeobecne platí, že problém regulovania aktivity génov a bunkovej aktivity všeobecne sa stal jedným z najdôležitejších problémov modernej molekulárnej biológie.

Súčasný stav biofyziky

V úzkom spojení s problémami molekulárnej biológie, bola vyvinutá biofyzika. Záujem o túto oblasť biológie stimulovali na jednej strane potrebu komplexnej štúdie o opatreniach na tele rôznych generácií žiarenia, na druhej strane - potreba študovať fyzické a fyzikálno-chemické základy životných javov, ktoré sa vyskytujú na molekulárnej úrovni.

Získanie presných informácií o molekulárnych štruktúrach a procesoch vyrobených v nich sa stali možné v dôsledku použitia nových jemných fyzikálno-chemických metód. Na základe úspechov elektrochémie bolo možné zlepšiť spôsob merania bioelektrických potenciálov, aplikovanie ion-volebných elektród (Eisenman, B. P. Nikolsky, Khuri, 50 - 60 rokov). Infračervená spektroskopia (pomocou laserových zariadení) je čoraz viac v praxi, čo umožňuje skúmať konformačné zmeny v proteínoch (I. CARPENTERS, 1940). Cenné informácie tiež poskytuje metódu elektrónovej paramagnetickej rezonancie (E. K. Zavoisk, 1944) a bioková metóda (B. N. Tarusov et al., 1960), ktoré umožňujú najmä posúdiť prepravu elektrónov počas oxidačných procesov.

Pri 50s, biofyzika dobytí pevnú polohu. Je potrebné pripraviť kvalifikovaných špecialistov. Ak v roku 1911 v Európe len na University of Pie, v Maďarsku, bolo oddelenie biofyziky, do roku 1973 takéto oddelenia existujú takmer vo všetkých hlavných univerzitách.

V roku 1960 bola organizovaná medzinárodná spoločnosť biofyziky. V auguste 1961 sa uskutočnilo prvý medzinárodný biofyzikálny kongres v Štokholme. Druhý kongres sa konal v roku 1965 v Paríži, tretí - v roku 1969 v Bostone, štvrtého - v roku 1972 v Moskve.

V biofyzike sa jasne rozlišuje medzi dvoma rôznymi obsahom v obsahu molekulárnej biofyziky a bunkovej biofyziky. Toto rozlišovanie dostáva a organizačné vyjadrenie: sú vytvorené samostatné oddelenia týchto dvoch smerov biofyziky. Na Moskovskej univerzite bol prvým oddelením biofyziky založený v roku 1953 na Fakulte bio-pôdy, o niečo neskôr, oddelenie biofyziky sa objavilo na fyzickej fakulte. Podľa toho istého princípu boli oddelenia organizované v mnohých iných univerzitách.

Molekulárne biofyzikálne

V posledných rokoch sa pripojenie molekulárnej biofyziky s molekulárnou biológiou stala čoraz viac posilnená, a niekedy je ťažké určiť, kde prechádza hranica oddielu medzi nimi. Vo všeobecnom výskyte na problém dedičných informácií je takáto spolupráca biofyziky s molekulárnou biológiou nevyhnutná.

Hlavným smerom vo výskumnej práci je štúdium fyziky nukleovej kyseliny - DNA a RNA. Použitie vyššie uvedených metód a predovšetkým X-ray štruktúrnu analýzu prispelo k rozkladu molekulárnej štruktúry nukleových kyselín. V súčasnosti prebiehajú intenzívne štúdie na štúdium správania týchto kyselín v riešeniach. Osobitná pozornosť sa venuje konformačným prechodom "špirálovým spleti", študovanými zmenami viskozity, optických a elektrických indikátorov. V súvislosti so štúdiou mechanizmov mutagenézy sa štúdie vyvíjajú na štúdiu pôsobenia ionizujúceho žiarenia na správanie nukleových kyselín v roztokoch, ako aj účinok žiarenia na vírusoch a fágsovej nukleovej kyseliny. Účinok ultrafialového žiarenia bol vystavený komplexnej analýze, z ktorých niektoré spektrálne úseky, ako sú známe, sú dobre absorbované nukleovými kyselinami. Veľká časť takýchto štúdií zaberá detekciu aktívnych radikálov nukleových kyselín a proteínov elektrónovou paramagnetickou rezonanciou. S touto metódou je spojený výskyt celého sebaruperu.

Problém kódovania DNA a RNA Informácie a jeho prenos v syntéze proteínu sa dlho zaujímalo o molekulárnej biofyzike a fyzika opakovane vyjadrili určité úvahy o tejto otázke (E. Schrödinger, Gamov). Dekódovanie genetického kódu spôsobilo početné teoretické a experimentálne štúdie na štruktúre DNA Helix, mechanizmus posuvného a otáčania jeho nití, na štúdium fyzických síl zapojených do týchto procesov.

Významná pomoc pri molekulárnej biofyzike má molekulárnu biológiu v štúdii štruktúry proteínových molekúl s použitím röntgenovej štrukturálnej analýzy, ktorá sa najprv aplikuje v roku 1930 J. Bernal. V dôsledku použitia fyzikálnych metód v kombinácii s biochemickými (enzymatickými metódami) bola otvorená molekulárna konformácia a sekvencia aminokyselín v množstve proteínov.

Moderné elektrónové mikroskopické štúdie, ktoré ukázali prítomnosť komplexných membránových systémov v bunkách a jej organodes, stimulované pokusy pochopiť ich molekulárnu štruktúru (pozri kapitoly 10 a 11). Chemické zloženie membrán a najmä vlastnosti ich lipidov sa študujú. Bolo zistené, že tieto sú schopné zaostrovať a oxidačné reakcie, ktoré nie sú enzymatické reťazce (YU. A. Vladimirov a F. F. Litvin, 1959; B. N. Tarusov et al., 1960; I. Ivanov, 1967), čo viedlo k narušeniu membránových funkcií. Ak chcete študovať zloženie membránov, začali používať aj metódy matematické modelovanie (V. Ts. Presman, 1964 - 1968; M. M. Shemymakin, 1967; Yu. A. OVCHINNIKOV, 1972).

Biofyzický

Významná udalosť v histórii biofyziky bola tvorba v 50-tych rokoch jasných myšlienok o termodynamike biologických procesov, v dôsledku čoho boli predpoklady konečne vypustené o možnosti nezávislej tvorby energie v živých bunkách, na rozdiel od druhého zákona termodynamiky. Pochopenie činností tohto zákona v biologických systémoch je spojené so zavedením belgického vedec I. PRIGOGIN (1945) * do biologickej termodynamiky koncepcie otvorených systémov, ktoré vymieňajú s vonkajším médiom energie a záležitosti. Prigogín ukázal, že pozitívna entropia je vytvorená v živých bunkách v pracovných postupoch, druhý zákon termodynamiky. Rovnice zavedené nimi určili podmienky, za ktorých sa vyskytuje takzvaný stacionárny stav (to bolo tiež nazývané dynamické rovnováhy), v ktorom množstvo voľnej energie (non-neutrofie) prichádza do buniek s potravinami kompenzuje jeho prietok, a Zobrazí sa pozitívna entropia. Tento objav posilnil nadrozmernú predstavu o neoddeliteľnej väzbe vonkajšieho a vnútorného média buniek. Ukázalo sa, že začiatok skutočnej štúdie termodynamiky nažive "systémov, vrátane metódy modelovania (A. Barton, 1939; A. G. PASYNSKY, 1967).

* (Všeobecná teória otvorených systémov najprv predložila L. Bertalafi v roku 1932)

Podľa základnej zásady biotremómického hľadiska je predpokladom pre existenciu života stacionárne vo vývoji svojich biochemických procesov, aby sa vykonávalo koordinácia sadzieb početných metabolických reakcií. Na základe novej biofyzikálnej termodynamie, ktorý prideľuje vonkajšie a vnútorné faktory, ktoré zabezpečujú túto koordináciu reakcií a stabilnú sa. Za posledné dve desaťročia bola zistená veľká úloha pri udržiavaní stacionárneho stavu systému inhibítorov a najmä antioxidantov (B. N. Tarusov a A. I. Zhuravlev, 1954, 1958). Bolo zistené, že spoľahlivosť ústavneho rozvoja súvisí s faktormi vonkajšieho prostredia (teplota) a fyzikálno-chemické vlastnosti bunkového prostredia.

Moderné princípy biotrómynamiky umožnili poskytnúť fyzickú a chemickú interpretáciu adaptačného mechanizmu. Podľa našich údajov sa môže nastať prispôsobenie podmienkam vonkajšieho prostredia len vtedy, ak telo môže stanoviť postavenie stationarity vo vývoji bio chemické reakcie (B. N. Tarusov, 1974). Otázka vznikla o vývoji nových metód, ktoré by umožnili vyhodnotiť stacionárny stav, ktorý by mal byť neprimerane a predpovedať jeho možné poruchy. Zavedenie biologických adaptačných procesov kybernetických princípov samoregulačných systémov je veľmi prospech. Ukázalo sa, že na vyriešenie otázky stability stacionárneho stavu, registráciu takzvaných rušivých faktorov, na ktoré sa vzťahujú najmä ne-enzymatické oxidačné reakcie lipidov. Nedávno sa štúdie reprodukčných procesov v lipidových fázach živých buniek a zvýšenie účinných radikálov, ktoré porušujú regulačné funkcie membrán, sa zvyšujú čoraz viac rozširujúce. Zdroj informácií o týchto procesoch je ako detekcia aktívnych peroxidačných radikálov a peroxidácie biolypy (A. Tappel, 1965; I. I. Ivanov, 1965; E. B. Burlakova, 1967 a iní). Na detekciu radikálov sa používa biohemoluminiscencia vznikajúca v lipidoch živých buniek počas ich rekombinácie.

Na základe fyzikálno-chemických reprezentácií na stabilite stacionárneho stavu, biofyzikálne myšlienky o prispôsobení rastlín vznikli zmeny v podmienkach vonkajšieho prostredia ako porušenie inhibičných antioxidačných systémov (BN Tarusov, Ya. E. Doskokoch, BM KITLAEV , Am Agghaverdiev, 1968 - 1972). Tým sa otvorila možnosť zhodnotiť takéto vlastnosti, ako je odolnosť proti mrazu a odolnosť voči soli, ako aj vhodné prognózy pri výbere poľnohospodárskych zariadení.

V 50. rokoch sa otvorila nadmerná žiara - biologické a infračervené biologické objekty v viditeľných a infračervených častiach spektra (B. N. Tarusov, A. I. Zhuravlev, A. I. Polyvoda). To bolo možné v dôsledku vývoja metód registrácie ultra-plastových svetelných tokov s pomocou fotoelektronických multiplikátorov (L. A. Ketsky, 1934). V dôsledku biochemických reakcií vyskytujúcich sa v živej bunke vám biochemoluminiescence umožňuje posúdiť dôležité oxidačné procesy v obvodoch prenosu elektrónov medzi enzýmmi. Objav a štúdium biochemoluminiscencie má veľký teoretický a praktická hodnota. Takže B. N. Tarusov a Yu. B. KUDRYASHOV Všimnite si najväčšiu úlohu produktov oxidácie nenasýtených mastných kyselín v mechanizme výskytu patologických stavov, pričom sa vyvíja pod vplyvom ionizujúceho žiarenia, počas karcinogenézy a iných porušení normálne funkcie Buniek.

V 50. rokoch, vzhľadom k rýchlemu rozvoju jadrovej fyziky z biofyziky, rádiobiológia bola oddelená, skúmala biologický účinok ionizujúceho žiarenia. Získanie umelých rádioaktívnych izotopov, vytvorenie termonukleárnych zbraní, atómových reaktorov a vývoj iných foriem praktického využívania atómovej energie dodávanej so všetkou ostrosť ochrany organizmov z škodlivých účinkov ionizujúceho žiarenia, vývoja teoretické základy Prevencia a liečba radiačnej choroby. Na to bolo potrebné v prvom rade zistiť, ktoré zložky bunky a prepojenia metabolizmu sú najzraniteľnejšie.

Cieľom štúdia biofyziky a rádiobiológie bol objasnenie povahy primárnych chemických reakcií, ktoré vznikajú v živých podkladoch pod vplyvom radiačnej energie. Bolo dôležité tu nielen pochopiť mechanizmy tohto javu, ale tiež byť schopný ovplyvniť proces zmeny fyzickej energie do chemickej látky, znížiť jej "užitočný" koeficient ". Práce v tomto smere boli položené na štúdium školy N. N. Semeno (1933) v ZSSR a D. Khinchelwood (1935) v Anglicku.

Veľké miesto v rádiobiologických štúdiách absolvovalo štúdium stupňa radiačnej rezistencie rôznych organizmov. Zistilo sa, že zvýšená rozhlasová odolnosť (napríklad púštne hlodavce) je spôsobené vysokou antioxidačnou aktivitou lipidov. bunkové membrány (M. Chang a kol., 1964; N. K. Ogryzov a kol., 1969). Ukázalo sa, že pri tvorbe antioxidačných vlastností týchto systémov, tokoferolov, vitamín K a tiózii (I. Ivanov et al., 1972) zohrávajú významnú úlohu. V posledných rokoch existuje aj veľká pozornosť štúdiu mechanizmov mutagenézy. Na tento účel sa skúma účinok ionizujúceho žiarenia na správanie nukleových kyselín a in vitro proteínov, ako aj v vírusoch a fágoch (A. Gustafson, 1945 - 1950).

Boj o ďalšie zvýšenie efektívnosti chemickej ochrany, hľadanie efektívnejších inhibítorov a princípov inhibície zostávajú v tomto smere hlavné úlohy biofyziky.

Štúdia excitovaných stavov biopolymérov, ktoré určujú ich vysokú chemickú aktivitu, je pokročilý. Najpôsledkom úspešne bola štúdia excitovaných štátov, ktoré vznikajú na základnej fáze fotobiologických procesov - fotosyntéza a vízie.

Takže pevný príspevok k pochopeniu primárnej aktivácie molekúl rastlín rastlín je teda. Bol vytvorený veľký význam prevodu (migrácia) energie excitovaných štátov bez straty z aktivovaných pigmentov do iných substrátov. Veľká úloha vo vývoji týchto myšlienok hrala teoretické diela A. N. Terenina (1947 a neskôr). A. A. Krasnovsky (1949) otvoril a skúmal reakciu reverzibilného fotochemického regenerácie chlorofylu a jeho analógov. Teraz existuje všeobecné presvedčenie, že v blízkej budúcnosti bude možné reprodukovať fotosyntézu v umelých podmienkach (pozri tiež kapitolu 5).

Biofyzika naďalej pracujú na zverejnení povahy svalovej kontrakcie a mechanizmov nervovej excitácie a držania (pozri kapitolu 11). Relevantné aj štúdium prechodových mechanizmov z excitovaného stavu do normálu. Nadšený stav sa teraz považuje za výsledok katalytickej reakcie automobilu a brzdenie - v dôsledku prudkej mobilizácie inhibičnej antioxidačnej aktivity v dôsledku molekulárnej prešmykovania v takýchto zlúčeninách, ako je tokoferol (II Ivanov, O. ROLZ, 1966 Alebo Kolz, 1970).

Najdôležitejším spoločným problémom biofyziky zostáva znalosť kvalitatívnych fyzikálno-chemických znakov bývania. Takéto vlastnosti ako schopnosť živých biopolymérov selektívne viazať draslík alebo polarizovať elektrický prúd, nie je možné zachovať ani s ich najodrobnejším odstránením z tela. Biofyzika buniek sa preto naďalej intenzívne vyvíjajú kritériá a metódy na celoživotnú štúdiu bývania.

Napriek mládeži molekulárnej biológie sú úspechy dosiahnuté v tejto oblasti skutočne ohromujúce. Na relatívne krátku dobu sú stanovené povaha génu a základných princípov jeho organizácie, reprodukcie a prevádzky. Okrem toho sa uskutočnilo nielen reprodukcia génov in vitro, ale aj po prvýkrát bola dokončená plná syntéza samotného génu. Genetický kód bol úplne dešifrovaný a najdôležitejší biologický problém špecifickosti biosyntézy bielkovín. Hlavné cesty a mechanizmy na tvorbu proteínu v bunke boli identifikované a skúmané. Primárna štruktúra mnohých transportných RNA - špecifických molekúl adaptéra, ktorá vykonáva preklad nukleových matríc do aminokyselinovej sekvencie syntetizovaného proteínu, je úplne stanovená. Aminokyselinová sekvencia mnohých proteínov je plne dešifrovaná a priestorová štruktúra niektorých z nich je nainštalovaná. To umožnilo zistiť princíp a podrobnosti o fungovaní molekúl enzýmov. Chemická syntéza jedného z enzýmov je ribonukleáza. Základné princípy organizácie rôznych častíc sub-buniek, mnohých vírusov a fágov a vyriešili hlavné spôsoby ich biogenézy v bunke. Otvorené prístupy k pochopeniu spôsobov, ako regulovať činnosť génov a objasnenie regulačných mechanizmov životne dôležitej činnosti. Už jednoduchý zoznam týchto objavov naznačuje, že druhá polovica XX storočia. bol poznačený obrovským pokrokom biológie, ktorý je v prvom rade povinný in-hĺbková štúdia Štruktúry a funkcie biologicky esenciálnych makromolekúl - nukleové kyseliny a proteíny.

Úspechy molekulárnej biológie sa už dnes používajú v praxi a prinášajú hmotné ovocie v medicíne, poľnohospodárstve a niektorých priemyselných odvetviach. Niet pochýb o tom, že návrat tejto vedy sa každý deň zvýši. Hlavným výsledkom by sa však malo zvážiť, že pod vplyvom úspechu molekulárnej biológie sa dôvera posilnila v existencii neobmedzených možností na spôsob, ako zverejniť najintímnejšie tajomstvo života.

V budúcnosti sa otvoria nové spôsoby výskumu biologickej formy pohybu záležitosti - s molekulárna úroveň Biológia sa prepne na atómovú úroveň. Avšak, teraz nie je, snáď, nie jeden výskumník, ktorý by mohol skutočne predpovedať vývoj molekulárnej biológie aj na nasledujúcich 20 rokov.