Moleküler biyoloji ve biyolojik kimya incelenmiştir. Moleküler biyolog

1. Giriş.

Moleküler biyoloji ve genetik nesnesi, görevleri ve yöntemleri. Moleküler biyoloji ve genetik mühendisliği oluşumunda "klasik" genetiğinin ve mikroorganizmaların genetiğinin değeri. "Klasik" ve moleküler genetikte gen kavramı, evrimi. Genetik mühendisliğin metodolojisinin moleküler genetiğin geliştirilmesinde katkısı. Uygulama değeri Biyoteknoloji için genetik mühendislik.

2. Kalıtımın moleküler tabanı.

Hücre kavramı, makromoleküler kompozisyon. Genetik malzemenin doğası. Genetik DNA fonksiyonunun kanıtı tarihi.

2.1. Çeşitli nükleik asit türleri. Biyolojik fonksiyonlar nükleik asitler. Kimyasal yapı, mekansal yapı ve fiziki ozellikleri nükleik asitler. Genetik malzeme pro yapısının özellikleri - ve ökaryotlar. Wastson-Scream bazların tamamlayıcı çiftleri. Genetik Kod. Genetik kodunu çözme tarihi. Kodun ana özellikleri: üçlü, virgülsüz kod, dejenerasyon. Kod Sözlüğü, Kodon ailesi, anlamsal ve "anlamsız" kodonların özellikleri. DNA halkası molekülleri ve SuperPioPlement DNA kavramı. Topoisomers DNA ve onların çeşitleri. Aksiyon topoizomeraz mekanizmaları. DNA Giraz Bakterileri.

2.2. DNA Transkripsiyonu. RNA polimeraz fiyatlandırılması, alt birimi ve üç boyutlu yapı. Çeşitli sigma faktörleri. Prokary ışın genlerinin promotörü, yapısal elemanları. Transkripsiyon döngüsünün aşamaları. Başlatma, "açık kompleks", uzama ve transkripsiyon fesihinin eğitimi. Transkripsiyon zayıflaması. Tryptofan operonunun ifadesinin düzenlenmesi. "Ribopers". Transkripsiyon sonlandırma mekanizmaları. Olumsuz ve pozitif transkripsiyon düzenlemesi. Laktoz operonu. Lambda Fajının Geliştirilmesinde Transkripsiyon Yönetmeliği. DNA düzenleyici proteinlerin tanınması prensipleri (SAR proteini ve baskılayıcı faj lambda). EUKARYOTA'daki transkripsiyonun özellikleri. Ökaryotlarda RNA işleme. Transkriptlerin tiging, splasing ve poliadenilasyonu. Splotsing mekanizmaları. Küçük nükleer RNA ve protein faktörlerinin rolü. Alternatif splasing, örnekler.

2.3. Yayın yapmak, Aşamaları, ribosoma işlevi. Hücredeki ribozomların lokalizasyonu. Prokaryotik ve ökaryotik ribozom türleri; 70'ler ve 80s ribozomlar. Morfoloji ribosoma. Alt bölümler için bölünme (alt birimler). AMINOACIL-TRNA'nın uzama döngüsündeki kodona bağlı bağlanması. Kod-Anti-Chodon etkileşimi. EF1 EF1 (EF-TU) faktörünün aminoakil-TRNA'nın ribozoma ile bağlanmasında katılım. EF1B uzama faktörü (EF-TS), işlevi, katılımıyla reaksiyonlar dizisi. Aminoakil-TRNA'nın ribozomu ile kodona bağlı bağlanma aşamasını etkileyen antibiyotikler. Aminoglikosidat antibiyotikleri (streptomisin, neomisin, kanamisin, gentamisin vb.), Eylemlerinin mekanizması. Ribozomlu bir aminoakil-trad bağlayıcı inhibitörler olarak tetraples. Çeviri başlangıcı. Başlatma sürecinin ana aşamaları. Prokaryotm'de çeviri başlatması: Başlatma faktörleri, başlatıcı kodonlar, 3 ¢ RNA-RNA RNA-Ribozomal Subcourse ve MRNA'da zincir-Dallerno dizisi. Eucariot Tercüme Başlangıcı: Başlatma faktörleri, başlatıcı kodonlar, 5 ¢ -franslated alan ve CEP-bağımlı "son" başlangıcı. Ökaryotlarda "Dahili" CEP-Bağımsız Başlatma. Transpeptidasyon. Transpeptidasyon inhibitörleri: kloramfenik, lincomycin, amizetin, streptograminler, anisomisin. Transfer. EF2 Uzatma Faktörünün (EF-G) ve GTF'nin katılımı. Translokasyon İnhibitörleri: Fusidik asit, vyomisin, eylem mekanizmaları. Yayının sonlandırılması. Kodonların sonlandırılması. Prokaryotların ve ökaryotların sonlandırılması için protein faktörleri; İki fesih faktörü ve eylem mekanizmalarının sınıfları. Prokaryotlarda çevirinin düzenlenmesi.

2.4. DNA kopyalama ve genetik kontrolü. Çoğaltma ile ilgili polimeranslar, enzimatik aktivitelerinin özellikleri. DNA üreme doğruluğu. DNA bazları arasındaki sterik etkileşimlerinin replikasyon altında rolü. Polimeraz I, II ve III E. coli. Polimeraz Subunit III. Plug replication, "Lider" ve "gecikme" iplikleri çoğaltma sırasında. Hükümlerin parçaları. Çoğaltma çatalındaki protein kompleksi. E. Soli'de replikasyon başlatmanın düzenlenmesi. Çoğaltmanın bakteri ile feshi. Plazmid çoğaltma düzenlemesinin özellikleri. Yuvarlak replikasyon ve replikasyon haddeleme halkası türüne göre.

2.5. Rekombinasyon, Onun çeşitleri ve modelleri. Genel veya homolog rekombinasyon. Rekombinasyon başlatan DNA çift boşlukları. Yeniden boyutlu boşlukların tarifel sonrası repuarnasyonunda rekombinasyonun rolü. Rekombinasyon modelinde tepenin yapısı. E. coli'de genel rekombinasyonun enzimolojisi. Recbcd kompleksi. Reca proteini. DNA hasarı sırasında DNA sentezi sağlanmasında parmakların rolü, çoğaltmayı keser. Eukarot'ta rekombinasyon. EUKAROT'ta rekombinasyonun enzimleri. Siteye özgü rekombinasyon. Genel ve bölgeye özgü rekombinasyonun moleküler mekanizmalarındaki farklılıklar. Rekombinazın sınıflandırılması. Siteye özgü rekombinasyonda gerçekleştirilen kromozomal yeniden düzenleme türleri. Bakterilerdeki siteye özgü rekombinasyonun düzenleyici rolü. Fajın sitesine özgü rekombinasyonunu kullanarak çok hücreli ökaryotların kromozomlarının tasarlanması.

2.6. DNA tamir. Tazminat türlerinin sınıflandırılması. Thyminik dimerlerin ve metillenmiş guanin'in doğrudan tamir edilmesi. Kesme alanları. Glikosilaz. Eşleşmemiş nükleotidlerin (uyumsuzluk tamircisi) tamir mekanizması. Refranlı DNA ipliğini seçin. SOS-Repraration. Polymeraz DNA'nın Prokaryotm ve Ökaryotlarda SOS-Reprarlara dahil olan özellikleri. Bakteriler tarafından "uyarlanabilir mutasyonlar" fikri. İki boyutlu boşlukların tazminatı: Homolog sonrası söz konusu rekombinasyon ve DNA molekülünün homolog olmayan uçlarını birleştirir. Çoğaltma, rekombinasyon ve onarım işlemlerinin ilişkisi.

3. Mutasyon süreci.

Biyokimyasal mutantların bir gen teorisinin oluşumunda rolü bir enzimdir. Mutasyonların sınıflandırılması. Nokta mutasyonları ve kromozomal yeniden yapılandırılması, eğitimlerinin mekanizması. Spontan ve indüklenmiş mutajenez. Mutajenlerin sınıflandırılması. Mutajenezin moleküler mekanizması. Mutajenez ve tazminat ilişkisi. Mutantların tanımlanması ve seçilmesi. Bastırma: intrajenik, intergrengik ve fenotipik.

4. Numaran genetik elemanlar.

Plazmitler, yapıları ve sınıflandırması. Final Faktörü F, yapısı ve yaşam döngüsü. Faktör F'nin hareketli hale getirme kromozomal transferinin rolü. HFR ve F tipi bağışçıların oluşumu. Konjugasyon mekanizması. Bakteriyofajlar, onların yapısı ve yaşam döngüsü. Köysüz ve ılımlı bakteriyofajlar. Lisoches ve transdüksiyon. Genel ve spesifik transdüksiyon. Genetik elemanların geçirilmesi: dizi, rolleri Genetik değişim. Prokaryotizm ve ökaryot genomlarında DNA -Transponders. Bakterilerin, yapıları. Bakteriler ve ökaryotik organizmalar. Doğrudan ilişki kurmayan ve çoğaltılmış transpozisyon mekanizmaları. Yatay transpozon transferini ve yapısal reaksiyondaki rolünü (ektopik rekombinasyon) ve genomun evriminde rol oynayın.

5. Genin yapısı ve işlevi incelenmesi.

Genetik analiz unsurları. CIS-Trans tamamlama testi. Konjugasyon, transdüksiyon ve dönüşüm kullanarak genetik eşleme. Bina genetik haritalar. İnce genetik eşleme. Gen yapının fiziksel analizi. Heteroduesx analizi. Kısıtlama analizi. Sıralama Yöntemleri. Polimerazik zincirleme tepki. Gen fonksiyonunun tespiti.

6. Gen ekspresyonunun düzenlenmesi. Opero ve düzenli konsept. Transkripsiyon başlatma düzeyinde kontrol. Promotor, operatör ve düzenleyici proteinler. Gen ekspresyonunun pozitif ve negatif kontrolü. Transkripsiyon sonlandırma düzeyinde kontrol. Katabolit kontrollü operler: laktoz, galaktoz, arabin ve maltoz operon modelleri. Zayıflatıcı kontrollü operonlar: triptofan opeker modeli. Gen ekspresyonunun çok değerlikli düzenlemesi. Global Yönetmelik Sistemleri. Strese düzenleyici cevap. Sonraki kontrol. Sigal Transdüksiyon. RNA katılımıyla düzenleme: Küçük RNA, duyusal RNA.

7. Genetik mühendisliğin temelleri. Kısıtlama enzimleri ve modifikasyonları. Genlerin seçimi ve klonlanması. Moleküler klonlama için vektörler. Rekombinant DNA'nın tasarımının ilkeleri ve alıcı hücrelere girişleri. Genetik Mühendisliğinin Uygulamalı Yönleri.

fakat). Ana Edebiyat:

1. Watson J., Tuz J., Rekombinant DNA: Kısa kurs. - M.: Mir, 1986.

2. Genler. - M.: Barış. 1987.

3. Moleküler Biyoloji: Nükleik asitlerin yapısı ve biyosentezi. / Ed. . - M. daha yüksek shk. 1990.

4. - Moleküler biyoteknoloji. M. 2002.

5. Ribozomları ve protein biyosentezini döndürür. - m.: lise, 1986.

b). Ek literatür:

1. Hesin genomu. - m.: Bilim. 1984.

2. Rybchin Genetik Mühendisliği. - SPB.: Spbbtu. 1999.

3. Patrushev Genleri. - m.: Bilim, 2000.

4. Modern mikrobiyoloji. Prokaryotes (2 TT.). - M.: Mir, 2005.

5. M. Şarkıcı, P. Berg. Genler ve genomlar. - M.: Mir, 1998.

6. Mühendislik atıştırmalıkları. - Novosibirsk: Sib'den. Univ., 2004.

7. Stepanov Biyolojisi. Proteinlerin yapısı ve işlevi. - M.: V. SH., 1996.

"Bio / Mol / Metin" rekabeti hakkında komik: Bugün, moleküler biyolog test tüpü sizi muhteşem bilimin dünyasını tutacak - moleküler biyoloji! Gelişiminin aşamalarında tarihi bir gezi ile başlayacağız, 1933'ten bu yana ana keşifleri ve deneyleri tanımlayacağız. Ayrıca, manipülasyon genlerinin onları değiştirmelerini ve tahsis etmesini sağlayan moleküler biyolojinin ana yöntemlerini de açıkça söyleyin. Bu yöntemlerin ortaya çıkması, moleküler biyolojinin gelişimine güçlü bir ivme görevi görmüştür. Biyoteknolojinin rolünü bile hatırlayın ve bu alandaki en popüler konulardan birine dokundu - CRISPR / CAS sistemlerini kullanarak genomu düzenleme.

"Skoltech" adaylığının rekabetin ve eşinin genel sponsoru -.

Yarışmanın sponsoru "DEEM" şirketidir: biyolojik araştırma ve üretim için en büyük ekipman, reaktif ve sarf malzemeleri tedarikçisidir.

Şirket izleyici sempati ödülü sponsor oldu.

"Kitap" Rekabetin Sponsoru - "Alpina Fikshn"

1. Giriş. Moleküler biyolojinin özü

Macromolekül seviyesindeki organizmaların yaşamının temelini öğrenin. Moleküler biyoloji hedefi, bu makromoleküllerin yapıları ve özellikleri hakkında bilgi temelinde işleyişi için rol ve mekanizmalar oluşturmaktır.

Tarihsel olarak, moleküler biyoloji, nükleik asitleri ve proteinleri inceleyen biyokimya alanlarının gelişimi sırasında oluşmuştur. Biyokimya metabolizmayı araştırırken, kimyasal bileşim İçlerinde uygulanan canlı hücreler, organizmalar ve kimyasal işlemler, moleküler biyoloji Ana ilgi, iletim mekanizmaları çalışmasına, üreme ve genetik bilgiyi depolamak üzerine odaklanmaktadır.

Moleküler biyolojiyi incelemenin amacı, kendileri - deoksiribonükleik (DNA), ribonükleik (RNA) - ve proteinlerin yanı sıra makromoleküler kompleksleri - kromozomlar, ribozomlar, biyosentez proteinleri ve nükleik asitler sağlayan kromozomlar, ribozomlar, multimenza sistemleridir. Moleküler biyoloji, çalışmanın nesnelerinde de sınırlar ve kısmen moleküler genetik, viroloji, biyokimya ve bir dizi diğer biyolojik bilimlerle örtüşürler.

2. Moleküler biyolojinin gelişmesinin aşamalarında tarihsel gezi

Ayrı bir biyokimya yönü olarak, moleküler biyoloji, geçen yüzyılın 30'unda gelişmeye başladı. Sonra hayatın fenomenini anlamaya ihtiyaç duyuldu. moleküler seviye Genetik bilgilerin iletim ve depolama işlemleri hakkında araştırma için. Sadece o zaman, proteinlerin ve nükleik asitlerin özellikleri, yapıları ve etkileşimi çalışmasında moleküler biyoloji problemi kurulmuştur.

İlk defa "Moleküler Biyoloji" terimi uygulandı 1933 william Astbury, fibrillar proteinleri (kollajen, kan fibrinin, kasların taahhüt proteinleri) çalışması sırasında. Astbury, protein verilerinin moleküler yapısı ve biyolojik, fiziksel özellikleri arasındaki bağlantıyı inceledi. İlk olarak, RNA'nın moleküler biyolojisinin oluşması, bitkilerin ve mantarların bileşeni olarak kabul edildi ve DNA sadece hayvanlardır. A B. 1935 Bezelye DNA'sının açılması, Andrei Belozersky, DNA'nın her bir canlı hücrede bulunduğu gerçeğinin kurulmasına yol açtı.

İÇİNDE 1940 Devasa bir başarıya sahip yıl George Bidle ve Eduard Tatemom, genler ve proteinler arasındaki nedensel ilişkinin kurulmasıydı. Bilim insanlarının hipotezi "bir gen bir enzimdir", proteinin spesifik yapısının genler tarafından düzenlendiği konsepte dayanıyordu. Bunu varsayar genetik bilgi Proteinlerin birincil yapısını düzenleyen DNA'da özel bir nükleotit dizisi ile kodlanmıştır. Daha sonra birçok proteinin kuaterner bir yapıya sahip olduğu kanıtlandı. Bu yapıların oluşumunda, çeşitli peptid zincirleri katılır. Buna dayanarak, genom ile enzim arasındaki iletişimin konumu biraz dönüştürülmüş ve şimdi "bir gen bir polipeptididir" gibi sesler.

İÇİNDE 1944 Amerikan Biyolog Oswald everie meslektaşları (Colin McLeeod ve McLin McCarthy), bakterilerin dönüşümüne neden olan maddenin protein değil DNA olduğunu kanıtladı. Deney, DNA'nın kalıtsal bilgilerin transferindeki rolünün kanıtı olarak görev yaptı ve genlerin protein doğası hakkında modası geçmiş bilgileri geçiyor.

50'li yılların başlarında, Frederick Sayger, protein zincirinin benzersiz bir amino asit kalıntısı dizisi olduğunu gösterdi. İÇİNDE 1951 ve 1952 Bilgin, iki polipeptit zincirinin tam dizisini belirledi - Bull İnsülin İÇİNDE (30 amino asit kalıntısı) ve FAKAT (21 amino asit kalıntısı) sırasıyla.

Yaklaşık aynı zamanda 1951–1953 GG, Erwin Chargaff, DNA'daki azotlu bazların oranı üzerindeki kuralları formüle etti. Kurallara göre, canlı organizmalardaki türlerden bağımsız olarak, DNA'larında yaşayan organizmaların farkı, adenin (A) miktarı, timin (T) miktarına eşittir ve guanin (G) miktarı sitozin miktarına eşittir. (C).

İÇİNDE 1953 Yıl, DNA'nın genetik rolü ile kanıtlanmıştır. James Watson ve Francis Deresi Rosalind Franklin ve Maurice Wilkins tarafından elde edilen DNA radyografisine dayanan DNA'nın mekansal yapısını kurdu ve daha sonra replikasyonun (ikiye katlama) altında kalıtımın mekanizması önerisini öne sürdü.

1958 Yıl - Moleküler Biyoloji Orta Dogma'nın FRANCIS CRYC tarafından oluşması: Genetik Bilgilerin Transferi DNA → RNA → Protein yönünde gider.

Dogmanın özü, DNA'dan hücrelerde, dört harften oluşan bir kaynak genetik metni olan hücrelerde belirli bir yönlendirilmiş bilgi akışı olmasıdır: A, T, G ve C. Bir çift olarak kaydedilir DNA Spiral bu harflerin dizileri şeklinde - nükleotitler.

Bu metin kopyalandı. Ve işlemin kendisi denir transkripsiyon. Bu işlem sırasında, RNA'nın sentezi, genetik metinle aynıdır, ancak onurludur: RNA'nın yerine T'ye (uracil).

Bu RNA denir bilgi RNA (İrnk.) veya matris (mRNA.). Yayın yapmak IRNNA, nükleotidlerin üçüz dizileri biçiminde genetik bir kod kullanılarak gerçekleştirilir. Bu işlem sırasında, DNA nükleik asitlerinin metni ve RNA'nın yirmi buket metinde, amino asitlerin yirmi buket metinde gerçekleşir.

Doğal amino asitler sadece yirmi ve nükleik asitlerin dört metindeki harfler var. Bu nedenle, dört böcekli alfabeden bir çeviri, herhangi bir amino asidin her üç nükleotide karşılık geldiği genetik bir kod vasıtasıyla yirmi borsaya alınır. Bu, amino asitler 20'ye rağmen, toplam 64 üç harfli kombinasyondan oluşan dört harften oluşabilir. Bu, genetik kodun bir dejenerasyon özelliğine sahip olması gerektiğini takip eder. Bununla birlikte, o zaman, genetik kod bilinmedi, ayrıca deşifre etmeye bile başlamadı, ancak ağlama zaten Orta Dogma'sini formüle etti.

Bununla birlikte, kodun var olması gerektiği konusunda güven vardı. O zamana kadar, bu kodun üçlü olması olduğu kanıtlandı. Bu, özellikle nükleik asitlerde üç harf olduğu anlamına gelir ( codewise) Herhangi bir amino asitle tanışırlar. Bu kodonlar sadece 64'tür, 20 amino asit kodlarlar. Bu, birkaç kodonun her bir amino aside karşılık geldiği anlamına gelir.

Böylece, merkezi dogmanın, hücrede belirtilen bir bilgi akışı olduğu belirtilen bir varsayım olduğu sonucuna varılabilir: DNA → RNA → protein. Creek Orta Dogma'nın ana içeriğine odaklandı: Dönüş bilgisi akışı olamaz, protein genetik bilgiyi değiştiremez.

Bu, Orta Dogma'nın ana anlamıdır: Protein, bilgileri DNA'ya (veya RNA) olarak değiştiremez ve dönüştüremez, akış her zaman sadece bir yöne gider.

Bundan sonra, ondan sonra, merkezi dogmanın formülasyonunda bilinmeyen yeni bir enzim açıldı, - ters transkriptazRNA'da DNA'yı sentezler. Enzim, genetik bilginin RNA'da kodlandığı ve DNA'da olmadığı virüslerde açıldı. Bu tür virüslerin retrovirüs denir. Onlar içine kapalı RNA ve özel bir enzim ile viral bir kapsül vardır. Bu viral RNA'nın matrisinde DNA'yı sentezleyen enzim ve ters transkriptaz ve bu DNA daha sonra genetik malzeme olarak servis edilir. daha fazla gelişme Bir kafeste virüs.

Tabii ki, bu keşif, moleküler biyologlar arasında büyük bir şok ve birçok anlaşmazlığa neden oldu, çünkü merkezi dogma dayanarak, bu olamayacağına inanılıyordu. Ancak, ağlama hemen imkansız olduğunu söylemediğini açıkladı. Sadece proteinden nükleik asitlere yapılan bilgi akışının asla gerçekleşmeyeceğini ve her türlü işlemin nükleik asitlerinin içinde olması muhtemeldir: DNA'da DNA, DNA'da DNA, DNA, RNA'da DNA ve RNA'da RNA'da DNA'nın DNA'sında.

Orta dogmanın formülasyonundan sonra, birkaç soru devam etmiştir: Dört nükleotidin bir alfabesi olarak, DNA'nın (veya RNA) bileşenleri, proteinlerin oluştuğu amino asitler için 20 harfli bir alfabeyi kodlar? Genetik kodun özü nedir?

Bir genetik kodun varlığı hakkında ilk fikirler, Alexander Downs'u formüle etti ( 1952 G.) ve Georgy Gamov ( 1954 G.). Bilim adamları, nükleotidlerin dizisinin en az üç bağlantı içerdiğini gösterdiler. Daha sonra, böyle bir sekansın adı verilen üç nükleotitten oluştuğu kanıtlandı. codon (Üçlü). Bununla birlikte, nükleotidlerin, hangi amino asitlerin protein molekülündeki hangi amino asitlerin 1961'e kadar açık kaldığı sorusu.

A B. 1961 Yıl Marshall Nirenberg Henrich Mattei ile birlikte bir yayın sistemi kullandı laboratuvar ortamında.. Matrislerin rolü bir oligonükleotit aldı. Sadece urasil kalıntılarından oluşuyordu ve peptit, sadece fenilalaninin sadece amino asidini içerdi. Böylece, ilk defa, kodon değeri ayarlandı: UUU kodonu fenilalanin kodlar. Bunların alanı, Har Kur'an, UcucucucucucucucucucucucucucucucucucucucucucucuSuCu dizisinin bir dizi amino asit serin lösin-serin lösin kodunu kodladığını öğrendi. Nirenberg ve Kur'an'ın eserleri sayesinde, büyük ve büyük, 1965 Yıl genetik kodu tamamen sağlamdı. Her üçüzün belirli bir amino asidi kodladığı ortaya çıktı. Ve kodonların sırası, proteindeki amino asitlerin sırasını belirler.

Proteinlerin ve nükleik asitlerin işleyişinin temel ilkeleri, 70'lerin başında formüle edilmiştir. Protein sentezi ve nükleik asitlerin matris mekanizmasına göre yapıldığı kaydedildi. Molekül matrisi, amino asitlerin veya nükleotidlerin dizisi hakkında kodlanmış bilgileri taşır. Çoğaltma veya transkripsiyon olduğunda, matris yayın ve ters transkripsiyon - IRNK yayınlarken DNA hizmet vermektedir.

Böylece genetik mühendisliği de dahil olmak üzere moleküler biyoloji yönlerinin oluşumu için önkoşullar oluşturulmuştur. Ve 1972'de, meslektaşlarıyla Paul Berg, moleküler bir klonlama teknolojisi geliştirdi. Bilim adamları ilk rekombinant DNA'sını aldı laboratuvar ortamında.. Bu seçkin keşifler, yeni bir moleküler biyoloji yönünün temelini oluşturdu ve 1972 Genetik mühendisliğin doğum tarihinden bu yana yıl.

3. Moleküler Biyoloji Yöntemleri

Nükleik asitlerin çalışmasında devasa başarıları, DNA ve protein biyosentezinin yapısı, bir dizi yöntemin oluşturulmasına yol açtı. büyük önem Tıpta, tarım ve bilim bir bütün olarak.

Genetik kodu inceledikten ve kalıtsal bilgilerin depolanmasının, transferinin ve uygulanmasının temel prensiplerini inceledikten sonra, moleküler biyolojinin daha da gelişmesi için özel yöntemler gerekli hale gelmiştir. Bu yöntemler, genlerle manipülasyonlara izin verir, değiştirir ve tahsis eder.

Bu tür yöntemlerin ortaya çıkışı 1970'lerde ve 1980'lerde gerçekleşti. Bu, moleküler biyolojinin gelişimine büyük bir ivme kazandırdı. Her şeyden önce, bu yöntemler doğrudan genlerin alınması ve diğer organizmaların hücrelerinde uygulanmasında ve hatta genlerde nükleotitlerin sırasını belirleme olasılığı ile ilgilidir.

3.1. Elektroforez DNA

Elektroforez DNA DNA ile çalışmanın temel bir yöntemidir. DNA elektroforezi, istenen molekülleri ve sonuçların daha fazla analizini vurgulamak için hemen hemen tüm yöntemlerle birlikte kullanılır. Elektroforez metodu jeldeki kendisi, DNA fragmanlarını uzunlukta ayırmak için kullanılır.

Elektroforez jeli öncesi veya sonrasında DNA ile iletişim kurabilen boyalar tarafından işlenir. Ultraviyole ışığında floresan boyalar, jel şeritlerinin bir resmini söndürür. DNA fragmanlarının uzunluklarını belirlemek için, ile karşılaştırılabilirler uskurlar - Aynı jele uygulanan standart uzunlukların parçaları kümeleri.

Floresan proteinleri

Ökaryotik organizmaların çalışmasında, flüoresan proteinleri genler-Morkers olarak kullanılır. İlk Yeşil Floresan Proteininin Geni ( yeşil Floresan Protein, GFP) denizanası tahsis edilmiş Aqeuorea Victoria., ardından farklı organizmalara tanıtıldılar. Diğer renklerin floresan proteinlerinin genlerinden sonra izole edildi: mavi, sarı, kırmızı. Proteinleri ilginin özellikleriyle elde etmek için, bu tür genler yapay olarak değiştirildi.

Genel olarak, DNA molekülü ile çalışmak için en önemli araçlar, hücrelerde bir dizi DNA dönüşümünü gerçekleştiren enzimlerdir: DNA polimeraz, DNA Ligaz ve kısıtlamak (kısıtlama Endonüklaşları).

Transgenez

Transgenez Genlerin bir organizmadan diğerine transferi denir. Ve bu tür organizmalar denir transgenik.

Rekombinant protein preparatları, genleri mikroorganizmalar hücrelerine aktarma yöntemi ile elde edilir. Temel olarak, bu tür protein preparatları İnterferons, insülinBazı protein hormonlarının yanı sıra aşı sırasının üretimi için proteinler.

Diğer durumlarda, ökaryotların veya transgenik hayvanların hücre kültürleri kullanılır, daha fazla, Sütdeki istenen proteinleri vurgulayan sığırlar. Böylece, antikorlar, kan pıhtılaşma faktörleri ve diğer proteinler elde edilir. Transgenez yöntemi, zararlılara ve herbisitlere karşı dirençli ekili bitkiler elde etmek için kullanılır ve transgenik mikroorganizmaların yardımı ile atık su arındırır.

Yukarıdakilere ek olarak, bilimsel araştırmalarda transgenik teknolojiler vazgeçilmezdir, çünkü biyolojinin gelişimi, genleri değiştirme ve aktarma yöntemleri kullanılarak daha hızlı gerçekleşir.

Kısıtlamak

Tanınan diziler simetriktir, bu nedenle her türlü boşluk, böyle bir sekansın ortasında veya DNA molekülünün bir veya her iki ipliğinde bir kayma ile oluşabilir.

Herhangi bir DNA kısıtlayıcı bölünmesi sırasında, parçaların uçlarındaki sıra aynı olacaktır. Tamamlayıcı alanlara sahip oldukları için tekrar bağlanabilecekler.

Kullanarak dikiş dizisi verileriyle tek bir molekül elde etmek mümkündür. DNA Ligaz. Bundan dolayı, iki farklı DNA'nın parçalarını birleştirmek ve rekombinant DNA almak mümkündür.

3.2. PCR

Yöntem, DNA polimerazın ikinci DNA ipliğini, tamamlayıcı dişler üzerinde ve hücredeki DNA replikasyon işlemi üzerinde tutma kabiliyetine dayanmaktadır.

3.3. DNA dizilimi

Sıralama yönteminin hızlı gelişimi, organizmanın özelliklerini genomu seviyesinde çalışma altında etkin bir şekilde tanımlamanıza olanak sağlar. Bu tür genomik ve post-groomik teknolojilerin temel avantajı, önceden gerekli önlemleri almak ve hastalıklardan kaçınmak için insan hastalıklarının genetik yapısını inceleme ve inceleme yeteneğini artırmaktır.

Büyük araştırmalar nedeniyle, farklı insan gruplarının çeşitli genetik özellikleri hakkında gerekli verileri elde etmek mümkündür, böylece tıp yöntemleri geliştirir. Bu nedenle, günümüzde çeşitli hastalıklara genetik yükümlülüklerin belirlenmesi muazzam.

Bu tür yöntemler, Rusya'da da dahil olmak üzere hemen hemen tüm dünyada yaygın olarak uygulanabilir. Bilimsel ilerleme nedeniyle, bu yöntemler tıbbi araştırma ve tıbbi uygulamaya bir bütün olarak tanıtılmaktadır.

4. Biyoteknoloji

Biyoteknoloji - Teknolojik görevleri çözmek için canlı organizmaların veya sistemlerini kullanma olasılığını inceleyen disiplin, genetik mühendisliği ile gerekli mülklerle hala canlı organizmalar yaratan disiplin. Biyoteknoloji, kimya, mikrobiyoloji, biyokimya ve tabii ki moleküler biyoloji yöntemlerini uygular.

Biyoteknolojinin temel yönleri (biyoteknolojik süreçlerin prensipleri, tüm endüstrilerin üretimine dahil edilir):

1. Yeni tür yiyecek ve hayvan yemlerinin oluşturulması ve üretimi.
2. Yeni mikroorganizmaların yeni suşlarının alınması ve incelenmesi.
3. Yeni bitki çeşitlerinin çıkarılması, ayrıca bitkileri hastalıklardan ve zararlılardan korumak için araçların yaratılması.
4. Ekolojinin ihtiyaçları için biyoteknoloji yöntemlerinin kullanımı. Bu tür biyoteknoloji yöntemleri, atık bertarafı, atık su arıtımı, kullanılan hava ve toprak rehabilitasyonunu işlemek için kullanılır.
5. Vitamin, hormon, enzimler, tıp sera üretimi. Biyoteknoloji uzmanları daha önce tedavi edilemez olarak kabul edilen gelişmiş ilaçlar geliştirir.

Biyoteknolojinin büyük başarısı genetik mühendisliğidir.

Genetik mühendisliği - Rekombinant RNA ve DNA moleküllerinin üretilmesi için teknolojiler ve yöntemler, bireysel genlerin hücrelerden ayrılması, genlerle manipülasyonları yapılması ve diğer organizmalara (bakteri, maya, memeliler) tanıtılması. Bu tür organizmalar, gerekli, değiştirilmiş özelliklere sahip nihai ürünler üretebilir.

Genetik mühendisliği yöntemleri, daha önce, daha önce mevcut genlerin doğadaki kombinasyonları olmamayı amaçlamaktadır.

Genetik mühendisliğin başarıları hakkında konuşan, klonlama konusunu etkilememek imkansızdır. Klonlama - Bu, biyoteknoloji yöntemlerinden biridir, güçlü bir üreme yardımı ile çeşitli organizmaların aynı soyundan gelenleri elde etmek için kullanılır.

Başka bir deyişle, klonlama, vücudun veya hücrelerin genetik olarak aynı kopyalarını oluşturma işlemi olarak gösterilebilir. Klonlanmış organizmalar benzer veya hepsinde sadece dış işaretlerle değil, aynı zamanda genetik içeriğe de aynıdır.

1966'da test edilmemiş kuzu dolly ilk klonlanmış memeliye oldu. Yumurtanın yumurta plazmasındaki somatik hücrenin çekirdek nakli nedeniyle elde edildi. Dolly, koyun donör kodlayıcı hücresinin genetik bir kopyasıydı. Doğal koşullarda, birey, iki ebeveynden yarım genetik materyal aldığı bir döllenmiş yumurtandan oluşur. Bununla birlikte, klonlamalı, genetik materyal bir bireyin hücresinden alınmıştır. İlk olarak, Zigota, DNA'nın bulunduğu çekirdeği çıkardı. Sonra çekirdek kafesten çıkarıldı yetişkin bireysel Koyun ve onu yoksun zigo çekirdeğinde implante etti ve sonra uterusun yetişkin bir bireye nakledildi ve büyüme ve gelişme için bir fırsat sağladı.

Bununla birlikte, tüm klonlama girişimleri başarılı olmadığı ortaya çıktı. Dolly'nin klonlamasına paralel olarak, DNA'nın değiştirilmesine ilişkin deney 273 diğer yumurta hücresi ile gerçekleştirildi. Ancak bir durumda, canlı bir yetişkin hayvanı tamamen geliştirmek ve büyütmek mümkündü. Dolly'den sonra, bilim adamları klonlamaya ve diğer memelilere girmeye çalıştı.

Genetik mühendisliği türlerinden biri genom düzenleme.

CRISPR / CAS aracı, bilim adamlarının, hayvanların veya bitkilerin DNA'sındaki herhangi bir değişiklik yapmaya uyarladığı immün koruyucu bakteri sisteminin unsuruna dayanır.

CRISPR / CAS, hücrelerdeki bireysel genleri manipüle etme biyoteknolojik yöntemlerinden biridir. Bu tür teknolojinin çok sayıda uygulaması var. CRISPR / CAS, araştırmacıların farklı genlerin işlevini bulmasını sağlar. Bunu yapmak için, çalışılan geni DNA'dan kesin ve vücudun hangi fonksiyonlarını etkilediğini keşfedin.

Biraz pratik uygulamalar Sistemler:

1. Tarım. Crispr / CAS sistemleri nedeniyle, tarımsal ürünler geliştirilebilir. Yani, onları daha lezzetli ve besleyici ve ısıya dayanıklı hale getirin. Bitkiler ve diğer özellikler vermek mümkündür: örneğin, fındık (fıstık veya fındık) alerjen geninden kesilir.
2. Tıp, kalıtsal hastalıklar. Bilim adamları, insan mutasyon genomundan çıkarmak için CRISPR / CA'yı kaldırmak için bir hedefe sahipler, çünkü Orak Hücresi Anemi gibi hastalıklar, CRISPR / CA gibi gelişebilecekleri, HIV'in gelişimini durdurabilirsiniz.
3. Gen sürücü. CRISPR / CAS, yalnızca tek bir hayvanın veya bitkinin genomunu değil, aynı zamanda türlerin bir genomunu değiştirebilir. Bu kavram olarak bilinir "Gen Drive". Herhangi bir canlı organizma yarı genleri yavrularına iletir. Ancak CRISPR / CAS'ın kullanımı, gen transferi olasılığını% 100'e çıkarabilir. Bu, popülasyon boyunca yayılmak için istenen işareti daha hızlı için önemlidir.

İsviçre bilim adamları CRISPR / CAS genom düzenleme yöntemini önemli ölçüde iyileştirdi ve modernize ettiler, böylece yeteneklerini genişletiyor. Bununla birlikte, bilim adamları yalnızca CRISPR / CAS sistemini kullanarak bir seferde bir gen değiştirebilirler. Ancak şimdi İsviçreli Yüksek Teknik Okulun araştırmacıları Zürih, hücrede 25 genin aynı anda değiştirilmesi mümkün olduğu bir yöntem geliştirdi.

İçin en yeni teknik CAS12A enzim kullanan uzmanlar. Tarihte ilk defa genetik maymunları başarıyla klonladı. "Popüler Mekanik";

Moleküler biyolog, misyonu, insanlığın tehlikeli hastalıklardan kurtuluşunda, özen göstermeyen tıp alanında bir araştırmacıdır. Bu tür hastalıklar arasında, örneğin, onkoloji, bugün, dünyadaki ölümlerin ana nedenlerinden biri haline gelmiştir, lider-kardiyovasküler hastalıklar için sadece biraz daha düşüktür. Kanser onkolojisinin erken teşhisi için yeni yöntemler, kanserin önlenmesi ve tedavisi, modern tıbbın önceliğidir. Onkoloji alanındaki moleküler biyologlar, erken tanı için antikorlar ve rekombinant (genetik olarak tasarlanmış) proteinler geliştirmektedir veya vücuttaki ilaçların hedeflenmiş teslimidir. Bu kürenin uzmanları en çok kullanır modern başarılar Yeni organizmalar yaratmak için bilim ve teknoloji ve organik maddeler Araştırma ve klinik faaliyetlerde daha fazla kullanımlarını daha da kullanmak için. Moleküler biyolog kullanan yöntemler arasında - klonlama, transfeksiyon, enfeksiyon, polimeraz zincir reaksiyonu, sekanslama genleri ve diğerleri. Rusya'da Moleküler Biyologlar ile ilgilenen şirketlerden biri, PraimBiomed LLC. Kuruluş, onkolojik hastalıkları teşhis etmek için antikorların üretimi yapılmaktadır. Bu tür antikorlar esas olarak tümörün türünü, kökenli ve malign, yani metastaz kabiliyeti (vücudun diğer bölümlerine yayılmış) belirlemek için kullanılır. Antikorlar, çalışma altındaki dokunun ince bölümlerine uygulanır, daha sonra tümör hücrelerinde bulunan, ancak sağlıklı ve bunun tersi olan bazı proteinlerle hücrelere bağlanırlar. Çalışmanın sonuçlarına bağlı olarak, daha fazla tedavi atanır. PRAIMBIOMED müşterileri arasında sadece tıbbi değil, aynı zamanda bilimsel KurumlarAraştırma görevlerini çözmek için antikorlar kullanılabilir olduğundan. Bu gibi durumlarda, çalışma altında proteinle temas edebilen benzersiz antikorlar yapılabilir, altında Özel görev Özel sipariş ile. Şirket'in bir başka vaat eden araştırma alanı, vücuttaki ilaçların (hedef) teslimi hedeflenmiştir. Bu durumda, antikorlar taşıma olarak kullanılır: yardımları ile ilaçlar doğrudan etkilenen organlara teslim edilir. Böylece, tedavi daha verimli hale gelir ve örneğin, örneğin kemoterapiden, aynı zamanda diğer hücreleri de etkileyen kemoterapiden daha az olumsuz sonuçlara sahiptir. Önümüzdeki yıllarda bir moleküler biyolog mesleği, giderek daha popüler olması bekleniyor: Bir kişinin ortalama yaşam beklentisindeki artışla, onkolojik hastalıkların sayısı artacaktır. Tümörlerin erken teşhisi ve moleküler biyologlar tarafından elde edilen maddelerin yardımı ile yenilikçi tedavi yöntemleri hayat kurtaracak ve kalitesini çok sayıda insan için geliştirir.

röportaj

Sergei Pirogov - 2012 yılında "fil ve zürafa" tarafından düzenlenen biyoloji biyolojisi için hazırlıkların katılımcısı
Biyolojide Uluslararası Universiade'nin Kazananı
Lomonosov Olympiad Kazanan
Bölgesel Sahnenin Kazananı Tüm Rus Olympiad 2012 yılında Biyoloji
Moskova Devlet Üniversitesi'ni öğrenin. M.V. Biyolojik Fakülte'de Lomonosov: 6. Kursta Moleküler Biyoloji Bölümü. Moleküler Genetik Enstitüsü'nün biyokimyasal genetiğinin laboratuarında çalışır.

- Seryozha, eğer okuyucuların soruları varsa, onlara sorabilecekler mi?

Evet, elbette, en azından hemen soru sorabilirsiniz. Bu alanda:

Bir soru sormak için tıklayın.

- Hadi okulla başlayalım, süper bir okul değil mi görünüyorsun?

Çok zayıf bir Moskova Okulu Okulu'nda, böyle bir ortalama bir okul okudum. Doğru, biz okulun büyük bir nominal "sanat tarihi" oryantasyonu olduğu için teşekkürler, MHC'de harika bir öğretmen vardı.

- Peki ya biyoloji?

Herkesin korktuğu bir sağır ve keskin bir kadın olan çok yaşlı bir yaşlı biyolojisi vardı. Ama konusuna olan sevgi eklemedi. Çocukluğumdan beri biyoloji hakkında beş yıldan beri tutkulu oldum. Kendimi, çoğunlukla anatomi ve zooloji düşkünlüğünü okudum. Bu yüzden okul denekleri kendi çıkarlarıma paralel olarak var oldu. Hepsi Olimpiyatları değiştirdi.

- Bana bunun hakkında biraz daha bahset.

7. sınıfta, ilk katıldım belediye sahnesi (Tabii ki, neredeyse hemen hemen tüm konular, öğretmenlerin gönderme gerekçesi olan tek öğrenci olduğu için). Ve biyolojinin galibi oldu. Sonra okul komik olarak tepki gösterdi, ancak çok ilginç bir gerçek değil.

- Okulda sana yardım ettin mi?

Parlak bir çalışmaya rağmen, öğretmenden sıklıkla, "kökünün ampulünün kesimi olarak boyanması gerektiği gibi," kökünün kesimi olarak boyanması gerektiğini "gibi sık sık elde ettiğini hatırlıyorum. Bütün bunlar oldukça iç karartıcıydı. 8. sınıfta, yine Olimpiyatlara gittim, ama nedense bana biyolojiye göndermedim. Ancak diğer konular için kazanan ve ödül haline geldi.

- 9. sınıfta neydi?

9. sınıfta bölge sahnesine gitmedi. Orada beklenmedik bir şekilde zayıf, sınır çizgisini ele geçirdim; bölgesel sahne. Güçlü bir motive edici kuvvete sahipti - ne kadar ortaya çıktığının farkındalığı, kaç kişiyi bilmiyorum, tüm bunlar bilmiyorum (ülkenin ölçeğinde, hayal etmekten korktuğum ülkenin ölçeğinde kaç kişi).

- Bana nasıl hazırlanacağını söyle.

Yoğun bağımsız ders, kitapçıların baskınları ve geçen yılki görevlerin binlerce kişi iyileşme etkisi olmuştur. Teori için en büyük noktalardan birini attım (bu da bana tamamen aniden), pratik aşamaya gitti ... ve ona başarısız oldu. O zaman, hala pratik bir aşamanın varlığını bilmiyordum.

- Olympiad seni etkiledi mi?

Hayatım radikal olarak değişti. Diğer birçok Olimpiyatı öğrendim, özellikle de SKO'yu sevdim. Daha sonra, çoğu, Lomonosov sayesinde bazı kazanılan iyi sonuçlar gösterdi, sınavsız girme hakkını aldı. Paralel olarak, Olimpiyatları, nesli olmayan nefes almadığım, sanatın tarihi üzerine kazandım. Doğru, pratik turlarla güler yüzlü değildi. 11. sınıfta, hala son aşamaya geldim, ancak servet olumlu değildi ve bu sefer bu sefer teorik aşamadaki cevapların matrisini doldurmak için zamanım yoktu. Ancak pratik için fazla endişelenmemesine izin verildi.

- birçok olimpodi ile tanıştınız mı?

Evet, hala meslektaşlarımın dairesiyle çok şanslı olduğuma inanıyorum, ufklarımı genişletti. Olimpiyatların bir başka tarafı, motivasyona ek olarak, konuyu daha uyumlu bir şekilde inceleyin, olympiadons ile tanışmadır. Zaten o zaman, yatay iletişimin bazen dikey olduğundan daha faydalı olduğunu fark ettim - ücretlerde öğretmenlerle.

- Üniversiteye nasıl girdiniz? Fakülte'yi seçin?

11. sınıftan sonra Biofak MSU'ya girdim. Artık yoldaşlarımın çoğu, FBB'nin lehine bir seçim yaptılar, ancak daha sonra öncelikli rol, Osteros'un galibi olmadığı gerçeğiyle oynandı. Bu yüzden, matematiğin iç sınavını almam gerekiyor ve içinde, özellikle de okul - çok daha fazla sevdiğim en yüksek - güçlü değildim. Ve okulda çok zayıf bir hazırlık vardı (neredeyse bütün için hazırlanmadık bile). İlgi açısından, sanırım, nihayetinde, makbuz yerine, herhangi bir sonucu gelebilirsin. Daha sonra, tercihen ıslak biyolojide hareket eden bir sürü FBI mezun olduğu ve bunun tersi - birçok iyi biyoinformatik sevenlerle başladı. O anda benim gibi olsa da, koşullu, zayıf bir FBBSH'nin bir örneği olarak değildi. Bunda kesinlikle yanıldım.

Biliyor musun?

ilginç

Biliyor musun?

ilginç

Fil kampında ve zürafa, Moskova Devlet Üniversitesi'nden deneyimli öğretmenler olan okul çocuklarının deneysel olduğu ve ayrıca Olimpiyat'lara hazırlanıyorlardı.

© Röportaj Prew Denis Rakes. Fotoğraflar, Sergey Pirogger'ı nazikçe sağladı.