Moleküler biyolog. mesleğin tanımı
Moleküler biyoloji, artık biyokimyadan farklı olan kendi araştırma yöntemlerinin hızla geliştiği bir dönem yaşamıştır. Bunlar, özellikle genetik mühendisliği, klonlama, yapay ifade ve gen nakavt yöntemlerini içerir. DNA, genetik bilginin malzeme taşıyıcısı olduğu için, moleküler biyoloji genetiğe çok daha yakın hale geldi ve hem genetiğin hem de moleküler biyolojinin bir bölümü olan moleküler genetik birleşim noktasında oluştu. Moleküler biyolojinin bir araştırma aracı olarak virüsleri kapsamlı bir şekilde kullanması gibi, viroloji de sorunlarını çözmek için moleküler biyolojinin yöntemlerini kullanır. Genetik bilginin analizi için, Bilgisayar Mühendisliği, bazen özel disiplinler olarak kabul edilen yeni moleküler genetik alanlarının ortaya çıktığı bağlantılı olarak: biyoinformatik, genomik ve proteomik.
geliştirme tarihi
Bu ufuk açıcı keşif, virüslerin ve bakterilerin genetiği ve biyokimyasına yönelik uzun bir araştırma aşamasıyla hazırlandı.
1928'de Frederick Griffith ilk olarak ısıyla öldürülmüş patojenik bakteri ekstraktının patojenite özelliğini iyi huylu bakterilere aktarabileceğini gösterdi. Bakteriyel transformasyonun incelenmesi ayrıca, beklentilerin aksine bir protein değil, bir nükleik asit olduğu ortaya çıkan hastalık ajanının saflaştırılmasına yol açtı. Nükleik asidin kendisi tehlikeli değildir, sadece mikroorganizmanın patojenitesini ve diğer özelliklerini belirleyen genleri taşır.
XX yüzyılın 50'li yıllarında, bakterilerin ilkel bir cinsel sürece sahip oldukları, ekstrakromozomal DNA, plazmitleri değiştirebildikleri gösterildi. Plazmitlerin ve dönüşümlerin keşfi, moleküler biyolojide yaygın olan plazmit teknolojisinin temelini oluşturdu. Metodoloji için bir diğer önemli keşif, 20. yüzyılın başında bakteriyel virüslerin, bakteriyofajların keşfiydi. Fajlar ayrıca genetik materyali bir bakteri hücresinden diğerine aktarabilir. Bakterilerin fajlarla enfeksiyonu, bakteriyel RNA'nın bileşiminde bir değişikliğe yol açar. Fajlar olmadan, RNA'nın bileşimi bakteri DNA'sının bileşimine benzerse, enfeksiyondan sonra RNA, bakteriyofaj DNA'sına daha çok benzer hale gelir. Böylece RNA'nın yapısının DNA'nın yapısı tarafından belirlendiği bulundu. Buna karşılık, hücrelerde protein sentezi hızı, RNA-protein komplekslerinin miktarına bağlıdır. Bu şekilde formüle edildi moleküler biyolojinin merkezi dogması: DNA ↔ RNA → protein.
Moleküler biyolojinin daha da geliştirilmesine, hem metodolojisinin geliştirilmesi, özellikle DNA'nın nükleotit dizisini belirlemek için bir yöntemin icadı (W. Gilbert ve F. Sanger, 1980'de Nobel Kimya Ödülü) hem de yeni eşlik etti. genlerin yapısı ve işleyişine ilişkin araştırma alanındaki keşifler (bkz. Genetiğin tarihi). 21. yüzyılın başlarında, tıp, tarım ve bilimsel araştırma için en önemli olan tüm insan DNA'sının ve bir dizi başka organizmanın birincil yapısı hakkında veriler elde edildi ve bu da biyolojide birkaç yeni alanın ortaya çıkmasına yol açtı: genomik , biyoinformatik vb.
Ayrıca bakınız
- Moleküler biyoloji (dergi)
- Transkriptomik
- moleküler paleontoloji
- EMBO - Avrupa Moleküler Biyoloji Organizasyonu
Edebiyat
- Şarkıcı M., Berg P. Genler ve genomlar. - Moskova, 1998.
- Stent G., Kalindar R. Moleküler genetik. - Moskova, 1981.
- Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Moleküler Klonlama. - 1989.
- Patrushev L.I. Genlerin ifadesi. - M.: Nauka, 2000. - 000 s., hasta. ISBN 5-02-001890-2
Bağlantılar
Wikimedia Vakfı. 2010
- Nizhny Novgorod bölgesinin Ardatovsky bölgesi
- Nijniy Novgorod bölgesinin Arzamas bölgesi
Diğer sözlüklerde "Moleküler Biyoloji" nin ne olduğuna bakın:
MOLEKÜLER BİYOLOJİ- temelleri inceler. moleküler düzeyde yaşamın özellikleri ve tezahürleri. M.b'deki en önemli yönler. hücrelerin genetik aparatının yapısal ve işlevsel organizasyonu ve uygulama mekanizması üzerine yapılan çalışmalardır. kalıtsal bilgi… … Biyolojik ansiklopedik sözlük
MOLEKÜLER BİYOLOJİ- yaşamın temel özelliklerini ve tezahürlerini moleküler düzeyde araştırır. Organizmaların büyümesi ve gelişmesi, kalıtsal bilgilerin depolanması ve iletilmesi, canlı hücrelerde enerjinin dönüştürülmesi ve diğer fenomenlerin nasıl ve ne ölçüde ... Büyük Ansiklopedik Sözlük
MOLEKÜLER BİYOLOJİ Modern Ansiklopedi
MOLEKÜLER BİYOLOJİ- MOLEKÜLER BİYOLOJİ, canlı organizmaları oluşturan MOLEKÜLLERİN yapı ve işlevlerinin biyolojik olarak incelenmesi. Ana çalışma alanları, proteinlerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini ve DNA gibi NÜKLEİK ASİTLERİ içerir. Ayrıca bakınız… … Bilimsel ve teknik ansiklopedik sözlük
moleküler Biyoloji- yaşamın temel özelliklerini ve tezahürlerini moleküler düzeyde araştıran bir biyol bölümü. Organizmaların büyümesi ve gelişmesi, kalıtsal bilgilerin depolanması ve iletilmesi, canlı hücrelerde enerjinin dönüştürülmesi ve ... ... mikrobiyoloji sözlüğü
moleküler Biyoloji- — Biyoteknoloji konuları EN moleküler biyoloji … Teknik Tercümanın El Kitabı
Moleküler Biyoloji- MOLEKÜLER BİYOLOJİ, yaşamın temel özelliklerini ve tezahürlerini moleküler düzeyde araştırır. Organizmaların büyümesi ve gelişmesi, kalıtsal bilgilerin depolanması ve iletilmesi, canlı hücrelerde enerjinin dönüştürülmesi ve ... ... Resimli Ansiklopedik Sözlük
Moleküler Biyoloji- Biyolojik nesneleri ve sistemleri moleküler düzeye yaklaşan ve bazı durumlarda bu sınıra ulaşan bir düzeyde inceleyerek yaşam fenomenlerinin doğası hakkındaki bilgileri kendisine görev edinen bir bilim. Bunun nihai hedefi…… Büyük sovyet ansiklopedisi
MOLEKÜLER BİYOLOJİ- hücresiz yapılarda (ribozomlar, vb.), virüslerde ve ayrıca hücrelerde makromoleküller (ch. arr. proteinler ve nükleik asitler) düzeyinde yaşam olaylarını inceler. M.'nin amacı. bu makromoleküllerin işleyiş rolü ve mekanizmasının oluşturulması ... ... Kimyasal Ansiklopedi
moleküler Biyoloji- yaşamın temel özelliklerini ve tezahürlerini moleküler düzeyde araştırır. Organizmaların büyümesi ve gelişmesi, kalıtsal bilgilerin depolanması ve iletilmesi, canlı hücrelerde enerjinin dönüştürülmesi ve diğer fenomenlerin nasıl ve ne ölçüde olduğunu öğrenir ... ... ansiklopedik sözlük
Kitabın
- hücrenin moleküler biyolojisi. Problem Kitabı, J. Wilson, T. Hunt. Amerikalı yazarların kitabı, B. Alberts, D. Bray, J. Lewis ve diğerleri tarafından yazılan 'Hücrenin Moleküler Biyolojisi' ders kitabının 2. baskısının bir ekidir.Amacı derinleştirmek olan sorular ve görevler içerir. ..
Moleküler biyolog, görevi insanlığı tehlikeli hastalıklardan kurtarmak olan bir tıp araştırmacısıdır. Bu tür hastalıklar arasında, örneğin, bugün dünyadaki ana ölüm nedenlerinden biri haline gelen onkoloji, lider - kardiyovasküler hastalıklardan sadece biraz daha düşüktür. Onkolojinin erken teşhisi, kanserin önlenmesi ve tedavisi için yeni yöntemler modern tıbbın öncelikli görevidir. Onkoloji alanındaki moleküler biyologlar, erken teşhis veya vücutta hedefe yönelik ilaç dağıtımı için antikorlar ve rekombinant (genetiği değiştirilmiş) proteinler geliştirir. Bu alandaki uzmanlar en çok modern başarılar araştırma ve klinik faaliyetlerde daha fazla kullanımları amacıyla yeni organizmalar ve organik maddeler yaratmak için bilim ve teknoloji. Moleküler biyologlar tarafından kullanılan yöntemler arasında klonlama, transfeksiyon, enfeksiyon, polimeraz zincir reaksiyonu, gen dizilimi ve diğerleri bulunur. Rusya'da moleküler biyologlarla ilgilenen şirketlerden biri de PrimeBioMed LLC. Organizasyon, kanser teşhisi için antikor-reaktiflerin üretimi ile uğraşmaktadır. Bu tür antikorlar esas olarak tümörün tipini, kökenini ve malignitesini, yani metastaz yapma (vücudun diğer bölgelerine yayılma) yeteneğini belirlemek için kullanılır. Antikorlar, incelenen dokunun ince bölümlerine uygulanır, ardından hücrelerde belirli proteinlere bağlanırlar - tümör hücrelerinde bulunan, ancak sağlıklı hücrelerde bulunmayan belirteçler ve bunun tersi de geçerlidir. Çalışmanın sonuçlarına bağlı olarak, daha fazla tedavi reçete edilir. PrimeBioMed'in müşterileri arasında sadece tıbbi değil, aynı zamanda bilimsel kurumlar, çünkü antikorlar araştırma problemlerini çözmek için de kullanılabilir. Bu gibi durumlarda, çalışılan proteine bağlanma yeteneğine sahip benzersiz antikorlar, özel siparişle belirli bir görev için üretilebilir. Şirketin araştırmasının bir başka umut verici yönü, vücuttaki ilaçların hedefli (hedefli) teslimidir. Bu durumda, antikorlar nakliye olarak kullanılır: onların yardımıyla ilaçlar doğrudan etkilenen organlara iletilir. Böylece tedavi, örneğin sadece kanser hücrelerini değil, diğer hücreleri de etkileyen kemoterapiden daha etkili hale gelir ve vücut için daha az olumsuz etkiye sahiptir. Moleküler biyolog mesleğinin önümüzdeki yıllarda giderek daha fazla talep görmesi bekleniyor: Bir kişinin ortalama yaşam süresinin artmasıyla birlikte onkolojik hastalıkların sayısı artacaktır. Moleküler biyologlar tarafından elde edilen maddeler yardımıyla tümörlerin erken tespiti ve yenilikçi tedavi yöntemleri, çok sayıda insan için hayat kurtaracak ve kalitesini artıracaktır.
Temel mesleki eğitim
Yüzdeler, belirli bir eğitim düzeyine sahip uzmanların işgücü piyasasındaki dağılımını yansıtmaktadır. Mesleğe hakim olmak için temel uzmanlıklar yeşil renkle işaretlenmiştir.
Beceriler ve yetenekler
- Reaktifleri, numuneleri işleyebilme becerisi, küçük nesnelerle çalışabilmelidir
- Büyük hacimli bilgilerle çalışabilme
- Ellerle çalışabilme
İlgi alanları ve tercihler
- Yeni bir şey öğrenme isteği
- Çoklu görev modunda çalışabilme (birkaç reaksiyon ve işlemin ilerlemesini aynı anda izlemek gerekir)
- Kesinlik
- Sorumluluk (numuneler zarar görebileceği için işi "yarına" bırakamazsınız)
- titizlik
- çalışkanlık
- Farkındalık (mikro süreçleri izlemek gereklidir)
Yüzlerdeki meslek
Maria Shitova
Daria Samoilova
Alexey Grachev
Onkoloji alanında moleküler biyoloji umut verici bir profesyonel alandır çünkü kanserle mücadele dünya tıbbının öncelikli görevlerinden biridir.
Moleküler biyologlar, bilimin aktif gelişimi, biyoteknolojik ve yenilikçi girişimler nedeniyle birçok alanda talep görmektedir. Bugüne kadar, özellikle kendi uzmanlık alanlarında biraz deneyime sahip olanlar olmak üzere küçük bir uzman sıkıntısı var. Şimdiye kadar oldukça fazla sayıda mezun yurtdışında çalışmaya devam ediyor. Rusya'da biyoteknoloji alanında etkili çalışma fırsatları artık ortaya çıkmaya başlıyor, ancak kitlesel karakter hakkında konuşmak için henüz çok erken.
Bir moleküler biyoloğun çalışması, bir uzmanın kariyer gelişimi için bir mekanizma haline gelen bilimsel faaliyetlere aktif katılımını içerir. Meslekte gelişme, katılımla mümkündür. bilimsel projeler ve muhtemelen ilgili bilgi alanlarının geliştirilmesi yoluyla konferanslar. Ayrıca gelecekte, kıdemsiz bir araştırmacıdan kıdemli bir araştırmacı aracılığıyla lider bir araştırmacıya, profesöre ve/veya bölüm/laboratuvar başkanına kadar akademik gelişim mümkündür.
(Moleküler biyoloji/-biyolog)
-
Tip
Mezuniyet sonrası meslek
-
Maaş
ayda 3667-5623 €
Moleküler biyologlar moleküler süreçleri her şeyin temeli olarak incelerler. hayat süreçleri. Elde edilen sonuçlara dayanarak, örneğin tıbbi araştırma ve teşhiste veya biyoteknolojide biyokimyasal süreçlerin kullanımına yönelik konseptler geliştirirler. Ek olarak, farmasötik ürün imalatı, ürün geliştirme, kalite güvencesi veya farmasötik danışmanlıkta yer alabilirler.
Bir Moleküler Biyoloğun Sorumlulukları
Moleküler biyologlar farklı alanlarda çalışabilirler. Örneğin, genetik mühendisliği, protein kimyası veya farmakoloji (ilaç keşfi) gibi alanlarda üretim için araştırma sonuçlarının kullanılmasıyla ilgilidir. Kimya ve ilaç endüstrilerinde, yeni geliştirilen ürünlerin araştırmadan üretime, ürün pazarlamasına ve kullanıcı tavsiyelerine transferini kolaylaştırırlar.
Bilimsel araştırmalarda moleküler biyologlar, organik bileşiklerin kimyasal-fiziksel özelliklerini ve ayrıca canlı organizmalardaki kimyasal süreçleri (hücre metabolizması alanında) inceler ve araştırma sonuçlarını yayınlar. daha yüksek Eğitim Kurumlarıöğrencilere ders verir, derslere ve seminerlere hazırlanır, yazılı çalışmaları kontrol eder ve sınavları yönetirler. Bağımsız bilimsel faaliyet, ancak bir yüksek lisans ve doktora derecesi aldıktan sonra mümkündür.
Moleküler Biyologlar Nerede Çalışır?
Moleküler biyologlar, örneğin
- araştırma enstitülerinde, örneğin bilim ve tıp alanlarında
- yüksek öğretim kurumlarında
- kimya-ilaç endüstrisinde
- çevre koruma departmanlarında
Moleküler Biyolog Maaşı
Almanya'da Moleküler Biyologların aldığı maaş seviyesi
- ayda 3667€'dan 5623€'ya
(Almanya'daki çeşitli istatistik ofisleri ve istihdam servislerine göre)
Detaylı Moleküler Biyoloğun Görev ve Sorumlulukları
Mesleğin özü nedir Moleküler Biyolog
Moleküler biyologlar, tüm yaşam süreçlerinin temeli olarak moleküler süreçleri inceler. Elde edilen sonuçlara dayanarak, örneğin tıbbi araştırma ve teşhiste veya biyoteknolojide biyokimyasal süreçlerin kullanımına yönelik konseptler geliştirirler. Ek olarak, farmasötik ürün imalatı, ürün geliştirme, kalite güvencesi veya farmasötik danışmanlıkta yer alabilirler.
Meslek Moleküler Biyoloji
Moleküler biyoloji veya moleküler genetik, yapı ve biyosentez çalışmasıyla ilgilenir. nükleik asitler ve bu bilginin proteinler biçiminde aktarılması ve uygulanması ile ilgili süreçler. Bu, bu işlevlerin ağrılı bozukluklarını anlamayı ve muhtemelen bunları gen terapisi yardımıyla iyileştirmeyi mümkün kılar. Bakteri ve maya gibi basit organizmaların, hedeflenen mutasyonlar yoluyla endüstriyel ölçekte farmakolojik veya ticari öneme sahip maddeler yapmak için yaratıldığı biyoteknoloji ve genetik mühendisliği için arayüzler vardır.
Moleküler Biyoloji Teorisi ve Uygulaması
Kimya-ilaç endüstrisi, moleküler biyologlar için çok sayıda istihdam alanı sunmaktadır. Endüstriyel ortamlarda, biyotransformasyon süreçlerini analiz ederler veya aktif bileşenlerin ve farmasötik ara ürünlerin mikrobiyolojik üretimi için süreçleri geliştirir ve iyileştirirler. Ayrıca yeni geliştirilen ürünlerin araştırma aşamasından üretim aşamasına geçmesinde görev alırlar. Muayene görevlerini yerine getirerek, üretim tesislerinin, ekipmanların, analitik yöntemlerin ve farmasötikler gibi hassas ürünlerin üretimindeki tüm adımların her zaman gerekli kalite standartlarını karşılamasını sağlarlar. Ayrıca moleküler biyologlar, kullanıcılara yeni ürünlerin kullanımı konusunda tavsiyelerde bulunuyor.
Yönetim pozisyonları genellikle bir yüksek lisans programı gerektirir.
Araştırma ve Eğitimde Moleküler Biyologlar
Bilim ve araştırma alanında moleküler biyologlar, bir hücredeki proteinlerin tanınması, taşınması, katlanması ve kodlanması gibi konularla ilgilenirler. Çeşitli alanlarda pratik uygulamalara temel teşkil eden araştırma sonuçları yayınlanmakta ve böylece diğer bilim adamlarının ve öğrencilerin kullanımına sunulmaktadır. Konferans ve kongrelerde bilimsel faaliyetlerin sonuçlarını tartışır ve sunarlar. Moleküler biyologlar dersler ve seminerler verir, denetler bilimsel çalışma ve sınavlara girin.
Bağımsız bilimsel faaliyet, bir yüksek lisans ve bir doktora derecesi gerektirir.
XX yüzyılın 40'lı yıllarının başlarında biyokimya, biyofizik, genetik, sitokimya, mikrobiyoloji ve virolojinin birçok bölümünün gelişimi. Moleküler düzeyde yaşam fenomenlerinin incelenmesine yakından yol açtı. Bu bilimlerin aynı anda ve farklı yönlerden elde ettiği başarılar, vücudun ana kontrol sistemlerinin moleküler düzeyde işlediğinin ve bu bilimlerin daha da ilerlemesinin, organizmaların vücutlarını oluşturan moleküllerin biyolojik fonksiyonları, bunların hücre içindeki bileşiklerin sentez ve parçalanmalarına, karşılıklı dönüşümlerine ve çoğalmalarına katılımları ve bu durumda meydana gelen enerji ve bilgi alışverişi. Böylece bu biyolojik disiplinlerin kimya ve fizik ile birleştiği noktada tamamen yeni endüstri- moleküler Biyoloji.
Biyokimyadan farklı olarak, modern moleküler biyolojinin dikkati esas olarak en önemli biyopolimer sınıflarının - birincisi metabolik reaksiyon olasılığını belirleyen proteinler ve nükleik asitler ve ikincisi - yapı ve işlevinin incelenmesine odaklanır. spesifik proteinlerin biyosentezi. Bu nedenle, genetik, mikrobiyoloji ve virolojinin karşılık gelen dalları olan moleküler biyoloji ve biyokimya arasında net bir ayrım yapmanın imkansız olduğu açıktır.
Moleküler biyolojinin ortaya çıkışı, ilgili bölümlerde zaten tartışılan yeni araştırma yöntemlerinin geliştirilmesiyle yakından ilişkiliydi. Elektron mikroskobunun ve diğer mikroskobik teknik yöntemlerin gelişmesiyle birlikte, 1950'lerde geliştirilen hücresel elementlerin fraksiyonasyon yöntemleri önemli bir rol oynadı. Gelişmiş diferansiyel santrifüjleme yöntemlerine dayanıyorlardı (A. Claude, 1954). Bu zamana kadar, biyopolimerlerin izolasyonu ve fraksiyonlanması için oldukça güvenilir yöntemler zaten vardı. Bu, özellikle A. Tiselius (1937; Nobel Ödülü, 1948) tarafından önerilen elektroforez ile protein fraksiyonlama yöntemini, nükleik asitleri izole etme ve saflaştırma yöntemlerini (E. Kay, A. Downs, M. Sevag, A. Mirsky) içerir. ve diğerleri.) Aynı zamanda, dünyanın birçok laboratuvarında çeşitli kromatografik analiz yöntemleri geliştirildi (A. Martin ve R. Sing, 1941; Nobel Ödülü, 1952), daha sonra önemli ölçüde geliştirildi.
X-ışını kırınım analizi, biyopolimerlerin yapısının deşifre edilmesinde paha biçilmez bir hizmet oynadı. X-ışınları kırınım analizinin temel ilkeleri, King's College London Üniversitesi'nde W. Bragg'in liderliğinde aralarında J. Bernal, A. Londsdale, W. Astbury, J. Robertson ve diğerlerinin de bulunduğu bir grup araştırmacı tarafından geliştirilmiştir.
Profesör Moskovsky'nin araştırması özellikle dikkat çekicidir. Devlet Üniversitesi A. R. Kizel, sonraki moleküler biyoloji oluşumu için büyük önem taşıyan protoplazmanın biyokimyası (1925 - 1929) üzerine. Kizel, herhangi bir protoplazmanın, en önemli tüm yapısal ve işlevsel özelliklerini belirlediği iddia edilen özel bir protein gövdesi - plakalara dayandığına dair sağlam bir şekilde kök salmış fikre bir darbe indirdi. Plakaların sadece miksomisetlerde ve daha sonra belirli bir gelişme aşamasında bulunan bir protein olduğunu ve protoplazmada kalıcı bir bileşenin - tek bir iskelet proteini - bulunmadığını gösterdi. Böylece, protoplazmanın yapısı probleminin ve proteinlerin fonksiyonel rolünün incelenmesi doğru yolu seçti ve gelişimi için kapsam aldı. Kisel'in araştırması dünya çapında kabul gördü ve hücreyi oluşturan parçaların kimyasının incelenmesini teşvik etti.
İlk olarak Leeds Üniversitesi'nden İngiliz kristalograf Profesör W. Astbury tarafından kullanılan "moleküler biyoloji" terimi, muhtemelen 1940'ların başında (1945'ten önce) ortaya çıktı. Astbury tarafından 1930'larda yürütülen proteinler ve DNA'nın temel X-ışını kırınım çalışmaları, bu biyopolimerlerin ikincil yapısının sonraki başarılı bir şekilde deşifre edilmesi için temel oluşturdu. 1963'te J. Bernal şöyle yazdı: "Adını verdiği ve gerçekten kurduğu bilim olan moleküler biyolojinin tamamı ona bir anıt dikecek" * , Literatürde bu terim ilk kez, belki de 1946'da ortaya çıktı. İngiliz "Nature" dergisinde yayınlanan W. Astbury'nin "Progress of X-ray difraksiyon analizi oforganik ve fibriler bileşikler" adlı makalesinde ** . Astbury (1950) Harvey Konferansında şunları kaydetti: "Moleküler biyoloji teriminin şu anda oldukça yaygın bir şekilde kullanılmasından memnunum, ancak bunu ilk öneren ben olmam pek olası değil. Bu terimi beğendim ve uzun süredir yaymaya çalışıyorum. ***. 1950 gibi erken bir tarihte Astbury, moleküler biyolojinin öncelikle makromoleküllerin yapısı ve konformasyonuyla ilgilendiğini açıkça ortaya koydu. hayati canlı organizmaların işleyişini anlamak.
* (biyografi Mem. Arkadaşlar Roy. Soc, 1963, v. 9, 29.)
** (W. T. Astbury. Organik ve lif yapılarının X-ışını analizinin ilerlemesi.- Doğa,. 1946, v. 157, 121.)
*** (W. T. Astbury. Moleküler Biyolojide Maceralar. Thomas Springfield, 1952, s. 3.)
Moleküler biyoloji, aslında bir bütün olarak biyoloji ile aynı görevlerle karşı karşıya kaldı ve yüzleşiyor - yaşamın özü ve özellikle kalıtım ve değişkenlik gibi temel fenomenleri hakkında bilgi. Modern moleküler biyoloji, öncelikle genlerin yapısını ve işlevini, organizmaların genetik bilgilerinin ontogenezin farklı aşamalarında ve okumasının farklı aşamalarında gerçekleşme yollarını ve mekanizmalarını deşifre etmeyi amaçlamaktadır. Mutajenezin doğasını ve evrimsel sürecin moleküler temelini aydınlatmak için gen aktivitesi ve hücre farklılaşmasının ince düzenleme mekanizmalarını ortaya çıkarmak için tasarlanmıştır.
Nükleik asitlerin genetik rolünün belirlenmesi
Moleküler biyolojinin gelişimi için aşağıdaki keşifler büyük önem taşıyordu. 1944'te Amerikalı araştırmacılar O. Avery, K. McLeod (Nobel Ödülü, 1923) ve M. McCarthy, pnömokoklardan izole edilen DNA moleküllerinin dönüştürücü aktiviteye sahip olduğunu gösterdiler. Bu DNA'ların deoksiribonükleaz ile hidrolizinden sonra transforme edici aktiviteleri tamamen ortadan kalktı. Böylece ilk kez, bir hücrede genetik işlevlere sahip olanın protein değil, DNA olduğu ikna edici bir şekilde kanıtlanmış oldu.
Adil olmak gerekirse, bakteriyel dönüşüm fenomeninin Avery, McLeod ve McCarthy'nin keşfinden çok daha önce keşfedildiğine dikkat edilmelidir. 1928'de F. Griffith, öldürücü olmayan (kapsüllenmemiş) pnömokoklara kapsüllenmiş öldürücü bir suşun öldürülmüş hücrelerinin eklenmesinden sonra, ortaya çıkan hücre karışımının fareler için ölümcül hale geldiğini bildirdiği bir makale yayınladı. Ayrıca, bu karışımla enfekte olmuş hayvanlardan izole edilen canlı pnömokok hücreleri zaten öldürücüydü ve bir polisakarit kapsüle sahipti. Böylece, bu deneyde, öldürülen pnömokok hücrelerinin bazı bileşenlerinin etkisi altında, kapsüllenmemiş bakteri formunun, kapsül oluşturan virülan bir forma dönüştüğü gösterilmiştir. On altı yıl sonra, Avery, McLeod ve McCarthy, bu deneyde, öldürülmüş tüm pnömokok hücrelerini deoksiribonükleik asitleriyle değiştirdiler ve dönüştürücü aktiviteye sahip olanın DNA olduğunu gösterdiler (ayrıca bkz. Bölüm 7 ve 25). Bu keşfin önemini abartmak zordur. Dünyadaki birçok laboratuvarda nükleik asitlerin incelenmesini teşvik etti ve bilim adamlarını DNA'ya odaklanmaya zorladı.
Avery, McLeod ve McCarthy'nin 1950'lerin başında keşfiyle birlikte, nükleik asitlerin yaşamda istisnai bir rol oynadığına ve genetik bir işlev taşıdığına dair oldukça büyük miktarda doğrudan ve dolaylı kanıt zaten birikmişti. Bu, özellikle, hücredeki DNA lokalizasyonunun doğası ve R. Vendrelli'nin (1948) hücre başına DNA içeriğinin kesinlikle sabit olduğu ve ploidi derecesi ile ilişkili olduğu verileriyle belirtilmiştir: haploid eşey hücrelerinde, DNA diploid somatik hücrelerdekinin yarısı. DNA'nın belirgin metabolik stabilitesi, DNA'nın genetik rolü lehine de tanıklık etti. 1950'lerin başında, bilinen mutajenik faktörlerin çoğunun esas olarak nükleik asitler ve özellikle DNA üzerinde etkili olduğunu gösteren birçok farklı gerçek birikmişti (R. Hotchkiss, 1949; G. Ephrussi-Taylor, 1951; E. Freese, 1957 ve diğerleri).
Nükleik asitlerin genetik rolünü belirlemede özellikle önemli olan, çeşitli fajlar ve virüslerin incelenmesiydi. 1933'te D. Schlesinger, bir bakteriyofajda DNA buldu. coli. Tütün mozaik virüsünün (TMV) W. Stanley (1935, Nobel Ödülü, 1946) tarafından kristal halde izole edilmesinden bu yana, bitki virüsleri araştırmalarında yeni bir aşama başlamıştır. 1937 - 1938'de. Rothamsted Tarım İstasyonu (İngiltere) çalışanları F. Bowden ve N. Peary, izole ettikleri birçok bitki virüsünün globulin olmadığını, ribonükleoprotein olduğunu ve zorunlu bir bileşen olarak nükleik asit içerdiğini gösterdi. 40'lı yılların başında, G. Schramm (1940), P. A. Agatov (1941), G. Miller ve W. Stanley'nin (1941) çalışmaları yayınlandı ve bu, protein bileşeninin gözle görülür bir kimyasal modifikasyonunun yol açmadığını gösterdi. TMV enfektivitesinin kaybına. Bu, birçok mikrobiyoloğun inanmaya devam ettiği gibi, protein bileşeninin virüsün kalıtsal özelliklerinin taşıyıcısı olamayacağına işaret ediyordu. Nükleik asidin (RNA) bitki virüslerindeki genetik rolü lehine ikna edici kanıtlar, 1956'da Tübingen'de (FRG) G. Schramm ve Kaliforniya'da (ABD) H. Frenkel-Konrath tarafından elde edildi. Bu araştırmacılar neredeyse aynı anda ve birbirlerinden bağımsız olarak TMV'den RNA izole ettiler ve proteinin değil, enfektiviteye sahip olduğunu gösterdiler: tütün bitkilerinin bu RNA ile enfekte edilmesi sonucunda, bunlarda normal viral parçacıklar oluştu ve çoğaldı. Bu, RNA'nın viral protein de dahil olmak üzere tüm viral bileşenlerin sentezi ve montajı için bilgi içerdiği anlamına geliyordu. 1968'de I. G. Atabekov, proteinin oynadığını tespit etti. Önemli rol Bitkilerin tam enfeksiyonunda, konukçu bitkilerin spektrumu proteinin doğası tarafından belirlenir.
1957'de Frenkel-Konrat ilk kez TMV'nin bileşen bileşenlerinden - RNA ve proteinden yeniden yapılandırılmasını gerçekleştirdi. Normal parçacıkların yanı sıra, RNA'nın bir türden ve proteinin diğerinden olduğu karışık "melezler" aldı. Bu tür hibritlerin kalıtımı tamamen RNA tarafından belirlendi ve virüslerin soyu, başlangıçtaki karışık parçacıkları elde etmek için RNA'sı kullanılan suşa aitti. Daha sonra A. Gierer, G. Schuster ve G. Schramm (1958) ve G. Witman'ın (1960 - 1966) deneyleri, TMV nükleik bileşeninin kimyasal modifikasyonunun bu virüsün çeşitli mutantlarının ortaya çıkmasına yol açtığını gösterdi.
1970 yılında D. Baltimore ve G. Temin, genetik bilgi aktarımının yalnızca DNA'dan RNA'ya değil, tersine de gerçekleşebileceğini buldular. Bazı onkojenik RNA içeren virüslerde (onkornavirüsler), RNA zincirlerinde tamamlayıcı DNA'yı sentezleyebilen, ters transkriptaz adı verilen özel bir enzim buldular. Bu büyük keşif, RNA içeren virüslerin genetik bilgilerinin konak genomuna girme mekanizmasını anlamayı ve onkojenik etkilerinin doğasına yeni bir bakış atmayı mümkün kıldı.
Nükleik asitlerin keşfi ve özelliklerinin incelenmesi
Nükleik asitler terimi, bu bileşiklerin 1869'da İsviçreli doktor F. Miescher tarafından keşfedilmesinden sonra, 1889'da Alman biyokimyacı R. Altman tarafından tanıtıldı. Misher seyreltik ile irin hücrelerini çıkardı hidroklorik asit birkaç hafta içinde ve geri kalanında neredeyse saf nükleer malzeme aldı. Bu malzemeyi hücre çekirdeğinin karakteristik bir maddesi olarak kabul etti ve ona nüklein adını verdi. Özelliklerinde, nüklein proteinlerden keskin bir şekilde farklıydı: daha asidikti, kükürt içermiyordu, ancak çok fazla fosfor içeriyordu, kolayca çözülüyordu. alkalilerde, ancak seyreltik asitlerde çözünmedi.
Misher, nüklein hakkındaki gözlemlerinin sonuçlarını bir dergide yayınlanması için F. Goppe-Seyler'a gönderdi. Tanımladığı madde o kadar sıra dışıydı (o zamanlar tüm biyolojik fosfor içeren bileşikler arasında yalnızca lesitin biliniyordu), Goppe-Seyler Misher'in deneylerine inanmadı, el yazmasını ona geri verdi ve çalışanları N. Plosh ve N. Lyubavin'e talimat verdi. diğer materyallerle ilgili vardığı sonuçları kontrol edin. Miescher'in "İrin hücrelerinin kimyasal bileşimi üzerine" adlı çalışması iki yıl sonra yayınlandı (1871). Aynı zamanda Goppe-Seyler ve işbirlikçilerinin irin hücrelerinin, kuşların, yılanların ve diğer hücrelerin eritrositlerinin bileşimi üzerine çalışmaları yayınlandı. Sonraki üç yıl boyunca, nüklein hayvan hücrelerinden ve mayadan izole edildi.
Misher, çalışmasında, farklı nükleinlerin ayrıntılı bir şekilde incelenmesinin, aralarındaki farklılıkların kurulmasına yol açabileceğini ve böylece nükleik asitlerin özgüllüğü fikrini öngördüğünü belirtti. Misher, somon sütü üzerinde çalışırken, içlerindeki nükleinin tuz şeklinde olduğunu ve protamin adını verdiği ana proteinle ilişkili olduğunu buldu.
1879'da A. Kossel, Goppe-Seyler'in laboratuvarında nükleinleri incelemeye başladı. 1881'de hipoksantin'i nükleinden izole etti, ancak o sırada bu bazın kökeninden hala şüphe duyuyor ve hipoksantin'in proteinlerin bir bozunma ürünü olabileceğine inanıyordu. 1891'de Kossel, adenin, guanin, fosforik asit ve şeker özelliklerine sahip başka bir madde. Nükleik asitlerin kimyası üzerine yaptığı araştırmalar için Kossel, 1910'da Nobel Ödülü'ne layık görüldü.
Nükleik asitlerin yapısının deşifre edilmesindeki daha fazla ilerleme, P. Levin ve meslektaşlarının (1911 - 1934) araştırmasıyla ilişkilidir. 1911'de P. Levin ve V. Jacobs, adenozin ve guanosinin karbonhidrat bileşenini tanımladılar; bu nükleositlerin D-riboz içerdiğini bulmuşlardır. 1930'da Lewin, deoksiribonükleositlerin karbonhidrat bileşeninin 2-deoksi-D-riboz olduğunu gösterdi. Çalışmasından, nükleik asitlerin nükleotitlerden, yani fosforlanmış nükleositlerden yapıldığı anlaşıldı. Levin, nükleik asitlerdeki (RNA) ana bağ tipinin 2", 5" fosfodiester bağı olduğuna inanıyordu. Bu fikrin yanlış olduğu ortaya çıktı. İngiliz kimyager A. Todd (Nobel Ödülü, 1957) ve işbirlikçilerinin yanı sıra İngiliz biyokimyacılar R. Markham ve J. Smith'in çalışmaları sayesinde, 50'li yılların başında RNA'daki ana bağ türünün bilindiği anlaşıldı. 3", 5" - fosfodiester bağıdır.
Lewin, farklı nükleik asitlerin karbonhidrat bileşeninin doğasında farklılık gösterebileceğini gösterdi: bazıları şeker deoksiriboz içerirken diğerleri riboz içerir. Ek olarak, bu iki tip nükleik asit, bazlardan birinin doğasında farklılık gösteriyordu: urasil içeren pentoz tipi nükleik asitler ve timin içeren deoksipentoz tipi nükleik asitler. Deoksipentoz nükleik asit (modern terminolojide, deoksiribonükleik asit - DNA) genellikle buzağıların timusundan (tatlı bezi) büyük miktarlarda kolayca izole edildi. Bu nedenle timonükleik asit olarak adlandırıldı. Pentoz tipi nükleik asidin (RNA) kaynağı başlıca maya ve buğday tohumuydu. Bu tür genellikle maya nükleik asidi olarak anılırdı.
1930'ların başlarında, bitki hücrelerinin maya tipi bir nükleik asitle karakterize edildiği fikri oldukça sağlam bir şekilde kök salmıştı, timonükleik asit ise yalnızca hayvan hücrelerinin çekirdeğinin özelliğiydi. İki tür nükleik asit, RNA ve DNA, daha sonra sırasıyla bitki ve hayvan nükleik asitleri olarak adlandırıldı. Bununla birlikte, A. N. Belozersky'nin ilk çalışmalarının gösterdiği gibi, nükleik asitlerin böyle bir bölünmesi haksızdır. 1934'te Belozersky ilk olarak bitki hücrelerinde timonükleik asidi keşfetti: bezelye fidelerinden DNA'nın özelliği olan timin-pirimidin bazını izole etti ve tanımladı. Daha sonra diğer bitkilerde (soya fasulyesi, fasulye) timini keşfetti. 1936'da A. N. Belozersky ve I. I. Dubrovskaya, DNA'yı hazırlayıcı olarak at kestanesi fidelerinden izole ettiler. Ayrıca, 1940'larda İngiltere'de D. Davidson ve çalışma arkadaşları tarafından yürütülen bir dizi çalışma, bitki nükleik asidinin (RNA) birçok hayvan hücresinde bulunduğunu inandırıcı bir şekilde gösterdi.
R. Felgen ve G. Rosenbeck (1924) tarafından geliştirilen DNA için sitokimyasal reaksiyonun yaygın kullanımı ve J. Brachet'nin (1944) RNA için reaksiyonu, bu nükleiklerin tercihli lokalizasyonu sorununu hızlı ve açık bir şekilde çözmeyi mümkün kıldı. hücredeki asitler. DNA'nın çekirdekte yoğunlaştığı, RNA'nın ise ağırlıklı olarak sitoplazmada yoğunlaştığı ortaya çıktı. Daha sonra RNA'nın hem sitoplazmada hem de çekirdekte bulunduğu bulundu ve ayrıca sitoplazmik DNA tanımlandı.
Nükleik asitlerin birincil yapısı sorusuna gelince, 1940'ların ortalarında, P. Levin'in tüm nükleik asitlerin aynı tipe göre inşa edildiği ve aynı sözde tetranükleotidden oluştuğu fikri bilimde sağlam bir şekilde kuruldu. bloklar. Lewin'e göre bu blokların her biri dört farklı nükleotit içerir. Nükleik asitlerin yapısına ilişkin tetranükleotit teorisi, bu biyopolimerleri özgüllükten büyük ölçüde mahrum etti. Bu nedenle, o zamanlar canlıların tüm özelliklerinin yalnızca monomerlerinin doğası çok daha çeşitli olan (20 amino asit) proteinlerle ilişkili olması şaşırtıcı değildir.
Nükleik asitlerin tetranükleotit yapısı teorisindeki ilk boşluk, İngiliz kimyager J. Gouland'ın (1945 - 1947) analitik verileriyle yapıldı. Baz nitrojen ile nükleik asitlerin bileşimini belirlerken, Lewin'in teorisine göre olması gerektiği gibi, eş molar baz oranı elde etmedi. Son olarak, nükleik asitlerin yapısına ilişkin tetranükleotid teorisi, E. Chargaff ve işbirlikçilerinin (1949 - 1951) araştırmaları sonucunda çöktü. Chargaff, asit hidrolizinin bir sonucu olarak DNA'dan salınan bazları ayırmak için kağıt kromatografisini kullandı. Bu bazların her biri, spektrofotometrik olarak doğru bir şekilde belirlendi. Chargaff, farklı kökenlere sahip DNA'daki bazların eşmolar oranından önemli sapmalar fark etti ve ilk kez DNA'nın belirgin bir tür özgüllüğüne sahip olduğunu kesin olarak belirtti. Bu, canlı hücrede protein özgüllüğü kavramının hegemonyasına son verdi. Farklı kökenlere sahip DNA'yı analiz eden Chargaff, bilime Chargaff'ın kuralları adı altında giren benzersiz DNA kompozisyon kalıplarını keşfetti ve formüle etti. Bu kurallara göre, kökeni ne olursa olsun tüm DNA'larda adenin miktarı timin miktarına (A=T), guanin miktarı sitozin miktarına eşittir (G=C), pürin sayısı pirimidin sayısına eşittir (G + A = C + T), 6-amino gruplu bazların sayısı 6-keto gruplu baz sayısına eşittir (A + C = G + T). Aynı zamanda, bu kadar katı niceliksel benzerliklere rağmen, farklı türlerin DNA'sı, A+T:G+C oranının değerinde farklılık gösterir. Bazı DNA'larda, guanin ve sitozin miktarı, adenin ve timin miktarından daha fazladır (Chargaff, bu DNA'lara GC-tipi DNA adını vermiştir); diğer DNA'lar, guanin ve sitozinden daha fazla adenin ve timin içeriyordu (bu DNA'lara AT tipi DNA deniyordu). Chargaff'ın DNA'nın bileşimi hakkında elde ettiği veriler, moleküler biyolojide istisnai bir rol oynadı. 1953'te J. Watson ve F. Crick tarafından yapılan DNA yapısının keşfinin temelini oluşturan onlardı.
1938'de W. Astbury ve F. Bell, X-ışını kırınım analizini kullanarak, DNA'daki taban düzlemlerinin molekülün uzun eksenine dik olması gerektiğini ve sanki üstte duran bir plaka yığınına benzemesi gerektiğini gösterdiler. birbirinden. 1952 - 1953'te X-ışını kırınım analizi tekniğinin geliştirilmesiyle. uzunluğu yargılamayı mümkün kılan birikmiş bilgiler ayrı bağlantılar ve eğim açıları. Bu, DNA molekülünün şeker-fosfat omurgasındaki pentoz kalıntıları halkalarının oryantasyonunun doğasını en büyük olasılıkla temsil etmeyi mümkün kıldı. 1952'de S. Farberg, kendi üzerine katlanmış veya bükülmüş tek sarmallı bir molekülü temsil eden iki spekülatif DNA modeli önerdi. DNA'nın yapısının daha az spekülatif olmayan bir modeli, 1953'te L. Pauling (Nobel Ödülü sahibi, 1954) ve R. Corey tarafından önerildi. Bu modelde, üç bükülmüş DNA sarmalı, çekirdeği fosfat grupları ile temsil edilen ve bazları bunun dışında bulunan uzun bir sarmal oluşturdu. 1953'te M. Wilkins ve R. Franklin, DNA'nın daha net X-ışını kırınım modellerini elde ettiler. Analizleri, Farberg, Pauling ve Corey modellerinin tamamen başarısız olduğunu gösterdi. J. Watson ve F. Crick, 1953'te Chargaff'ın verilerini kullanarak, bireysel monomerlerin moleküler modellerinin farklı kombinasyonlarını ve X-ışını kırınım verilerini karşılaştırarak, DNA molekülünün çift sarmallı bir sarmal olması gerektiği sonucuna vardılar. Chargaff'ın kuralları, önerilen DNA modelindeki olası sıralı baz kombinasyonlarının sayısını ciddi şekilde sınırladı; Watson ve Crick'e DNA molekülünde belirli bir baz eşleşmesi olması gerektiğini önerdiler - adenin ile timin ve guanin ile sitozin. Başka bir deyişle, DNA'nın bir sarmalındaki adenin, diğer sarmaldaki timine her zaman tam olarak karşılık gelir ve bir sarmaldaki guanin, diğer sarmaldaki sitozine zorunlu olarak karşılık gelir. Bu nedenle, Watson ve Crick, DNA'nın tamamlayıcı yapısının son derece önemli ilkesini formüle eden ilk kişilerdi; buna göre, bir DNA sarmalı diğerini tamamlar, yani bir sarmalın baz dizisi, diğer (tamamlayıcı) sarmaldaki baz dizisini benzersiz bir şekilde belirler. . DNA'nın yapısında, tam olarak yeniden üretilme potansiyelinin zaten yattığı aşikar hale geldi. Bu DNA yapısı modeli şu anda genel olarak kabul edilmektedir. Crick, Watson ve Wilkins, DNA'nın yapısını deşifre ettikleri için 1962'de Nobel Ödülü'ne layık görüldü.
Makromoleküllerin tam olarak çoğaltılması ve kalıtsal bilgilerin iletilmesi için bir mekanizma fikrinin ülkemizde ortaya çıktığı belirtilmelidir. 1927'de N. K. Koltsov, hücre çoğalması sırasında moleküllerin çoğalmasının, mevcut ana moleküllerin tam otokatalitik çoğalmasıyla gerçekleştiğini öne sürdü. Doğru, o sırada Koltsov, bu özelliği DNA molekülleriyle değil, fonksiyonel önemi o zamanlar bilinmeyen protein yapısındaki moleküllerle donattı. Bununla birlikte, makromoleküllerin otokatalitik yeniden üretimi ve kalıtsal özelliklerin aktarım mekanizması fikrinin kehanet olduğu ortaya çıktı: modern moleküler biyolojinin yol gösterici fikri haline geldi.
A. N. Belozersky'nin laboratuvarında A. S. Spirin, G. N. Zaitseva, B. F. Vanyushin, S. O. Uryson, A. S. Antonov ve diğer çeşitli organizmalar tarafından yürütülen laboratuvarda, Chargaff tarafından keşfedilen kalıpları ve Watson tarafından önerilen DNA yapısının moleküler modeline tam uyumu tam olarak doğruladı. ve Crick. Bu çalışmalar, farklı bakteri, mantar, alg, aktinomiset, yüksek bitkiler, omurgasızlar ve omurgalıların DNA'larının belirli bir bileşime sahip olduğunu göstermiştir. Kompozisyondaki farklılıklar (AT-baz çiftlerinin içeriği), özellikle mikroorganizmalarda belirgindir ve önemli bir taksonomik özellik olduğu ortaya çıkar. Daha yüksek bitki ve hayvanlarda, DNA bileşimindeki tür farklılıkları çok daha az belirgindir. Ancak bu, DNA'larının daha az spesifik olduğu anlamına gelmez. Bazların bileşimine ek olarak, özgüllük büyük ölçüde DNA zincirlerindeki dizileriyle belirlenir.
Olağan bazların yanı sıra, DNA ve RNA'da ek nitrojenli bazlar bulundu. Böylece, G. White (1950) bitki ve hayvanların DNA'sında 5-metilsitozin buldu ve D. Dunn ve J. Smith (1958) bazı DNA'larda metillenmiş adenin buldu. Uzun bir süre metilsitozin, yüksek organizmaların genetik materyalinin ayırt edici özelliği olarak kabul edildi. 1968'de A. N. Belozersky, B. F. Vanyushin ve N. A. Kokurina, bakterilerin DNA'sında da bulunabileceğini buldu.
1964'te M. Gold ve J. Hurwitz, DNA'nın doğal modifikasyonunu - metilasyonunu - gerçekleştiren yeni bir enzim sınıfı keşfettiler. Bu keşiften sonra, minör (küçük miktarlarda bulunan) bazların, özel dizilerdeki sitozin ve adenin kalıntılarının spesifik metilasyonunun bir sonucu olarak bitmiş DNA polinükleotit zincirinde zaten ortaya çıktığı anlaşıldı. Özellikle, B. F. Vanyushin, Ya. I. Buryanov ve A. N. Belozersky'ye (1969) göre, E. coli DNA'sındaki adenin metilasyonu, sonlandırıcı kodonlarda meydana gelebilir. A. N. Belozersky ve meslektaşlarına (1968 - 1970) ve ayrıca M. Meselson (ABD) ve V. Arber'e (İsviçre) (1965 - 1969) göre metilasyon, DNA moleküllerine benzersiz bireysel özellikler verir ve eylemle kombinasyon halinde spesifik nükleazlar, hücrede DNA sentezini kontrol eden karmaşık bir mekanizmanın parçasıdır. Başka bir deyişle, belirli bir DNA'nın metilasyonunun doğası, belirli bir hücrede çoğalıp çoğalamayacağı sorusunu önceden belirler.
Neredeyse aynı zamanda, DNA metilazları ve restriksiyon endonükleazlarının izolasyonu ve yoğun çalışmaları başladı; 1969 - 1975'te bu enzimlerin bazıları tarafından DNA'da tanınan nükleotid dizileri oluşturulmuştur (X. Boyer, X. Smith, S. Lynn, K. Murray). Farklı DNA'lar bir restriksiyon enzimi tarafından hidrolize edildiğinde, aynı "yapışkan" uçlara sahip oldukça büyük fragmanlar yarılır. Bu, küçük virüslerde olduğu gibi (D. Nathans, S. Adler, 1973 - 1975) sadece genlerin yapısını analiz etmeyi değil, aynı zamanda çeşitli genomlar inşa etmeyi de mümkün kılar. Bu spesifik restriksiyon enzimlerinin keşfi ile genetik mühendisliği somut bir gerçek haline geldi. Çeşitli kökenlere sahip küçük plazmit DNA'sına gömülü genler, zaten çeşitli hücrelere kolayca dahil edilir. Böylece, belirli antibiyotiklere (S. Cohen, 1973) direnç veren yeni bir biyolojik olarak aktif plazmit türü elde edildi, bir kurbağanın ribozomal genleri ve Drosophila, Escherichia coli plazmidlerine dahil edildi (J. Morrow, 1974; X. Boyer, D Hogness, R. Davis, 1974 - 1975). Böylece, çeşitli genleri gen havuzlarına dahil ederek ve entegre ederek temelde yeni organizmalar elde etmenin gerçek yolları açıktır. Bu keşif, tüm insanlığın yararına yönlendirilebilir.
1952'de G. White ve S. Cohen, T-çift fajların DNA'sının alışılmadık bir baz - 5-hidroksimetilsitozin içerdiğini keşfetti. Daha sonra, E. Volkin ve R. Sinsheimer (1954) ve Cohen'in (1956) çalışmalarından, hidroksimetilsitosin kalıntılarının tamamen veya kısmen glukozidize edilebildiği ve bunun sonucunda faj DNA molekülünün hidrolitik etkiden korunduğu öğrenildi. nükleazların.
1950'lerin başında, D. Dunn ve J. Smith (İngiltere), S. Zamenhof (ABD) ve A. Wacker'ın (Almanya) çalışmalarından, birçok yapay baz analoğunun DNA'ya dahil edilebileceği, bazen bunların yerini alabileceği öğrenildi. %50'ye kadar timin. Kural olarak, bu ikameler DNA replikasyonunda, transkripsiyonunda ve translasyonunda hatalara ve mutantların ortaya çıkmasına yol açar. Böylece J. Marmur (1962), bazı fajların DNA'sının timin yerine oksimetilurasil içerdiğini bulmuştur. 1963 yılında I. Takahashi ve J. Marmur, fajlardan birinin DNA'sının timin yerine urasil içerdiğini keşfettiler. Böylece, daha önce nükleik asitlerin ayrıldığı başka bir ilke çökmüştür. P. Levin'in çalışmasından bu yana, timin'in DNA'nın ve urasil'in RNA'nın ayırt edici özelliği olduğuna inanılmaktadır. Bu işaretin her zaman güvenilir olmadığı ve iki tür nükleik asidin kimyasal yapısındaki temel farkın, bugün göründüğü gibi, yalnızca karbonhidrat bileşeninin doğası olduğu ortaya çıktı.
Fajlar üzerinde yapılan araştırmalarda, nükleik asitlerin organizasyonunun pek çok sıra dışı özelliği ortaya çıkarılmıştır. 1953'ten beri, tüm DNA'nın çift sarmallı doğrusal moleküller olduğuna, RNA'nın ise yalnızca tek sarmallı olduğuna inanılmaktadır. Bu pozisyon, 1961'de R. Sinsheimer, φ X 174 fajının DNA'sının tek sarmallı dairesel bir molekül tarafından temsil edildiğini keşfettiğinde önemli ölçüde sarsıldı. Bununla birlikte, daha sonra, bu DNA'nın bu formda yalnızca bitkisel bir faj partikülünde var olduğu ve bu fajın DNA'sının replikatif formunun da çift sarmallı olduğu ortaya çıktı. Ek olarak, bazı virüslerin RNA'sının çift sarmallı olabilmesinin oldukça beklenmedik olduğu ortaya çıktı. RNA'nın bu yeni makromoleküler organizasyonu, 1962'de P. Gomatos, I. Tamm ve diğer araştırmacılar tarafından bazı hayvan virüslerinde ve bitki yara tümör virüsünde keşfedildi. Son zamanlarda V. I. Agol ve A. A. Bogdanov (1970), lineer RNA moleküllerine ek olarak kapalı veya siklik moleküllerin de olduğunu tespit ettiler. Özellikle ensefalomiyelokardit virüsünde siklik çift sarmallı RNA saptadılar. X. Deveaux, L. Tinoko, T. I. Tikhonenko, E. I. Budovsky ve diğerlerinin (1960 - 1974) çalışmaları sayesinde, bakteriyofajlarda genetik materyalin organizasyonunun (döşenmesinin) ana özellikleri biliniyordu.
1950'lerin sonunda, Amerikalı bilim adamı P. Doty, ısıtmanın, baz çiftleri arasındaki hidrojen bağlarının kırılması ve tamamlayıcı zincirlerin ayrılmasıyla birlikte DNA denatürasyonuna neden olduğunu buldu. Bu süreç bir "spiral-bobin" faz geçişi karakterine sahiptir ve kristallerin erimesine benzer. Bu nedenle Doty, DNA'nın termal denatürasyon sürecini DNA erimesi olarak adlandırdı. Yavaş soğutma ile moleküllerin renatürasyonu, yani tamamlayıcı yarıların yeniden birleşmesi meydana gelir.
1960 yılında renatürasyon ilkesi, J. Marmur ve K. Schildkraut tarafından farklı mikroorganizmaların DNA'sının "hibritlenebilirlik" derecesini belirlemek için kullanıldı. Daha sonra, E. Bolton ve B. McCarthy, sözde DNA-agar kolonları yöntemini önererek bu tekniği geliştirdiler. Bu yöntemin, farklı DNA'nın nükleotit dizisinin homoloji derecesinin incelenmesinde ve farklı organizmaların genetik ilişkisinin aydınlatılmasında vazgeçilmez olduğu ortaya çıktı. Doty tarafından keşfedilen DNA'nın denatürasyonu, J. Mandel ve A. Hershey * (1960) tarafından açıklanan metillenmiş albümin üzerinde kromatografi ve bir yoğunluk gradyanında santrifüjleme (yöntem 1957'de M. Meselson, F. Stahl ve D. Winograd), tek tek tamamlayıcı DNA şeritlerinin ayrılması, izolasyonu ve analizi için yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, lambda fajının DNA'sını ayırmak için bu teknikleri kullanan W. Shibalsky (ABD), 1967 - 1969'da her iki faj zincirinin de olduğunu gösterdi. genetik olarak aktif ve tek olarak kabul edilmedi (S. Spiegelman, 1961). Lambda fajının her iki DNA zincirinin genetik önemi fikrinin ilk kez SSCB'de SE Bresler (1961) tarafından ifade edildiğine dikkat edilmelidir.
* (A. Hershey, bakteri ve virüslerin genetiği konusundaki çalışmalarından dolayı M. Delbrück ve S. Luria ile birlikte 1969'da Nobel Ödülü'ne layık görüldü.)
Genomun organizasyonunu ve fonksiyonel aktivitesini anlamak için, DNA nükleotid dizisinin belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Bu tür bir belirleme için yöntem arayışı, dünya çapında birçok laboratuvarda yürütülmektedir. 1950'lerin sonlarından beri, M. Beer ve işbirlikçileri ABD'de elektron mikroskobu kullanarak DNA dizisini oluşturmaya çalışıyorlar, ancak şimdiye kadar başarılı olamadılar. 1950'lerin başlarında, Sinsheimer, Chargaff ve diğer araştırmacıların DNA'nın enzimatik bozunması konusundaki ilk çalışmalarından, bir DNA molekülündeki farklı nükleotitlerin rastgele olmasa da eşit olmayan bir şekilde dağıldığı biliniyordu. İngiliz kimyager C. Barton'a (1961) göre, pirimidinler (% 70'den fazla) esas olarak karşılık gelen bloklar şeklinde konsantre edilir. A. L. Mazin ve B. F. Vanyushin (1968 - 1969), farklı DNA'ların farklı derecelerde pirimidin kohezyonuna sahip olduğunu ve hayvan organizmalarının DNA'sında aşağıdan yukarıya doğru hareket ettikçe bunun belirgin şekilde arttığını bulmuşlardır. Böylece organizmaların evrimi, genomlarının yapısına da yansır. Bu nedenle, evrim sürecini bir bütün olarak anlamak için, nükleik asitlerin yapısının karşılaştırmalı olarak incelenmesi özellikle önemlidir. Biyolojik olarak önemli polimerlerin ve her şeyden önce DNA'nın yapısının analizi, filogenetik ve taksonominin birçok özel problemini çözmek için son derece önemlidir.
Yumuşakçaların hemoglobinlerini inceleyen İngiliz fizyolog E. Lankester'ın moleküler biyoloji fikirlerini tam olarak 100 yıl önce öngördüğünü not etmek ilginçtir: "Farklı türler ve hayvan ve bitki cinsleri arasındaki kimyasal farklılıklar, açıklama için önemlidir. Organizmaların moleküler organizasyonu ve işleyişindeki farklılıkları açıkça ortaya koyabilseydik, farklı organizmaların kökenini ve evrimini morfolojik gözlemlere dayalı olduğundan çok daha iyi anlayabilirdik "* . Biyokimyasal araştırmaların sistematiği için önemi V. L. Komarov tarafından da vurgulanmıştır. morfolojik özellikler Türleri sınıflandırdığımız ve oluşturduğumuz temelde, tam olarak biyokimyasal farklılıklar yatmaktadır" ** .
* (Lankester. Uber das Vorcommen von Hemoglobin in den Muskeln der Mollusken und die Verbreitung desselben in the lebendigen Organismen.- "Pfluger" s Archiv fur die gesammte Physiol., 1871, Bd 4, 319.)
** (V. L. Komarov. Seçilmiş eserler, cilt 1. M.-L., SSCB Bilimler Akademisi Yayınevi, 1945, sayfa 331.)
A. V. Blagoveshchenskii ve S. L. Ivanov, 1920'lerde ülkemizde organizmaların evrimi ve sistematiğine ilişkin bazı soruları biyokimyasal bileşimlerinin karşılaştırmalı bir analizine dayanarak aydınlatmak için ilk adımları attılar (bkz. Bölüm 2). Karşılaştırmalı analiz proteinlerin ve nükleik asitlerin yapısı artık taksonomistler için giderek daha somut bir araç haline geliyor (bkz. Bölüm 21). Bu moleküler biyoloji yöntemi, yalnızca sistemdeki bireysel türlerin konumunu açıklığa kavuşturmakla kalmaz, aynı zamanda organizmaların sınıflandırılma ilkelerine yeni bir bakış atmayı ve bazen tüm sistemi bir bütün olarak gözden geçirmeyi gerekli kılar. örneğin mikroorganizmaların sistematiği ile oldu. Şüphesiz gelecekte genom yapısının analizi organizmaların kemosistematiğinde merkezi bir yer tutacaktır.
Büyük bir değer Moleküler biyolojinin gelişmesi için DNA replikasyonu ve transkripsiyon mekanizmalarının kodunun çözülmesi gerekiyordu (bkz. Bölüm 24).
Protein biyosentezi
Protein biyosentezi probleminin çözülmesindeki önemli bir değişiklik, nükleik asitlerin incelenmesindeki ilerlemelerle ilişkilidir. 1941'de T. Kasperson (İsveç) ve 1942'de J. Brachet (Belçika) aktif protein sentezine sahip dokuların artan miktarda RNA içerdiğine dikkat çekti. Ribonükleik asitlerin protein sentezinde belirleyici bir rol oynadığı sonucuna vardılar. 1953'te E. Gale ve D. Fox, RNA'nın protein biyosentezine doğrudan dahil olduğuna dair doğrudan kanıtlar almış gibi görünüyor: verilerine göre, ribonükleaz, amino asitlerin bakteriyel hücre lizatlarına dahil edilmesini önemli ölçüde bastırdı. Karaciğer homojenatları üzerinde V. Olfri, M. Delhi ve A. Mirsky (1953) tarafından benzer veriler elde edilmiştir. Daha sonra E. Gale, protein sentezinin hücresiz bir sistemde aktivasyonunun başka bir maddenin etkisi altında gerçekleştiğine inanarak, RNA'nın protein sentezindeki öncü rolü hakkında ifade ettiği doğru fikri terk etti. bilinmeyen doğa. 1954'te P. Zamechnik, D. Littlefield, R. B. Khesin-Lurie ve diğerleri, amino asitlerin en aktif birleşiminin, hücre altı parçacıkların - mikrozomların RNA açısından zengin fraksiyonlarında meydana geldiğini buldular. P. Zamechnik ve E. Keller (1953 - 1954), amino asitlerin dahil edilmesinin, ATP rejenerasyonu koşulları altında süpernatanın mevcudiyetinde gözle görülür şekilde arttığını buldular. P. Sikevitz (1952) ve M. Hoagland (1956), süpernatandan, amino asitlerin mikrozomlara dahil edilmesinin keskin bir şekilde uyarılmasından sorumlu olan bir protein fraksiyonunu (pH 5 fraksiyonu) izole etti. Süpernatanda proteinlerle birlikte, şimdi transfer RNA'lar (tRNA'lar) olarak adlandırılan özel bir düşük moleküler ağırlıklı RNA sınıfı bulundu. 1958'de Hoagland ve Zamechnik'in yanı sıra P. Berg, R. Sweet ve F. Allen ve diğer birçok araştırmacı, her amino asidin aktive olması için kendi özel enzimi olan ATP'ye ve spesifik tRNA'ya ihtiyaç duyduğunu keşfettiler. tRNA'ların yalnızca adaptörlerin, yani ortaya çıkan protein molekülündeki karşılık gelen amino asit için nükleik matris (mRNA) üzerinde bir yer bulan cihazların işlevini yerine getirdiği ortaya çıktı. Bu çalışmalar, F. Crick'in (1957) sentezlenen proteinin amino asit kalıntılarının nükleik matris üzerinde doğru düzenlenmesi için gerekli polinükleotid adaptörlerin hücrede varlığını sağlayan adaptör hipotezini tamamen doğruladı. Çok daha sonra, Fransız bilim adamı F. Chapville (1962), F. Lipman'ın ABD'deki laboratuvarında (Nobel Ödülü, 1953) çok ustaca ve kesin bir şekilde, bir amino asidin sentezlenmiş bir protein molekülündeki yerinin tamamen belirlendiğini gösterdi. eklendiği spesifik tRNA. Crick'in bağdaştırıcı hipotezi Hoagland ve Zamechnik tarafından geliştirilmiştir.
1958'de, protein sentezinin aşağıdaki ana aşamaları biliniyordu: 1) aminoasil adenilat oluşumu ile ATP varlığında "pH 5 fraksiyonundan" belirli bir enzim tarafından bir amino asidin aktivasyonu; 2) adenosin monofosfatın (AMP) salınmasıyla aktive edilmiş bir amino asidin spesifik bir tRNA'ya bağlanması; 3) aminoasil-tRNA'nın (bir amino asit yüklü tRNA) mikrozomlara bağlanması ve amino asitlerin tRNA salımıyla bir proteine dahil edilmesi. Hoagland (1958) şunu kaydetti: son adım protein sentezi guanozin trifosfat (GTP) gerektirir.
Transfer RNA'ları ve gen sentezi
tRNA'ların keşfinden sonra, bunların fraksiyonlanması ve nükleotit dizisinin belirlenmesi için aktif araştırmalar başladı. Amerikalı biyokimyacı R. Holly en büyük başarıyı elde etti. 1965 yılında mayadan alanin tRNA'nın yapısını oluşturdu. Ribonükleazları (guanil RNaz ve pankreatik RNaz) kullanarak Holly, nükleik asit molekülünü birkaç parçaya böldü, her birindeki nükleotit dizisini ayrı ayrı belirledi ve ardından tüm alanin tRNA molekülünün dizisini yeniden oluşturdu. Nükleotit dizisini analiz etmenin bu yolu, blok yöntemi olarak adlandırılır. Holly'nin değeri, esas olarak, RNA molekülünü kendisinden önceki birçok kişinin yaptığı gibi yalnızca küçük parçalara değil, aynı zamanda büyük parçalara (dörde ve yarım) bölmeyi öğrenmesinden oluşuyordu. Bu, ona bireysel küçük parçaları düzgün bir şekilde bir araya getirme ve böylece tüm tRNA molekülünün tam nükleotid dizisini yeniden yaratma fırsatı verdi (Nobel Ödülü, 1968).
Bu teknik, dünyadaki birçok laboratuvar tarafından hemen benimsendi. Önümüzdeki iki yıl boyunca, SSCB'de ve yurtdışında birkaç tRNA'nın birincil yapısı deşifre edildi. A. A. Baev (1967) ve çalışma arkadaşları ilk kez maya valin tRNA'da nükleotid dizisini oluşturdular. Bugüne kadar, bir düzineden fazla farklı bireysel tRNA incelenmiştir. Nükleotit dizisini belirlemede özel bir rekor, Cambridge'de F. Senger ve G. Brownlee tarafından kırıldı. Bu araştırmacılar, oligonükleotidleri ayırmak ve sözde 5S (ribozomal) RNA'yı E. coli hücrelerinden sıralamak için şaşırtıcı derecede zarif bir yöntem geliştirdiler (1968). Bu RNA, 120 nükleotit kalıntısından oluşur ve tRNA'nın aksine, nükleotid dizisinin analizini büyük ölçüde kolaylaştıran ve molekülün bireysel fragmanları için benzersiz işaretler olarak hizmet eden ek küçük bazlar içermez. Şu anda, Sanger ve Brownlee yönteminin kullanılması sayesinde, J. Ebel (Fransa) ve diğer araştırmacıların laboratuvarında uzun ribozomal RNA'ların ve bazı viral RNA'ların dizisinin incelenmesi üzerindeki çalışmalar başarıyla ilerletilmektedir.
A. A. Baev ve meslektaşları (1967), ikiye bölünmüş valin tRNA'nın solüsyondaki makromoleküler yapısını eski haline getirdiğini ve birincil yapıdaki bir kusura rağmen orijinal (doğal) molekülün fonksiyonel aktivitesine sahip olduğunu bulmuşlardır. Bu yaklaşımın -kesilmiş bir makromolekülün belirli parçaların çıkarılmasından sonra yeniden oluşturulması- çok umut verici olduğu ortaya çıktı. Artık belirli tRNA'ların bireysel bölümlerinin fonksiyonel rolünü aydınlatmak için yaygın olarak kullanılmaktadır.
İÇİNDE son yıllar Bireysel tRNA'ların kristal preparasyonlarının elde edilmesinde büyük başarı elde edilmiştir. Birçok tRNA, ABD ve İngiltere'deki çeşitli laboratuvarlarda halihazırda kristalize edilmiştir. Bu, X-ışını kırınım analizi kullanılarak tRNA'nın yapısını incelemeyi mümkün kıldı. 1970 yılında R. Bock, Wisconsin Üniversitesi'nde yarattığı birkaç tRNA'nın ilk X-ışını modellerini ve üç boyutlu modellerini sundu. Bu modeller, tRNA'daki işlevsel olarak aktif bireysel bölgelerin lokalizasyonunu belirlemeye ve bu moleküllerin işleyişinin temel ilkelerini anlamaya yardımcı olur.
Protein sentezi mekanizmasını ortaya çıkarmak ve bu sürecin özgüllüğü problemini çözmek için büyük önem taşıyan şey, abartmadan, genetik kodun doğasının deşifre edilmesiydi (bkz. 20. yüzyılın doğa bilimleri.
R. Holly'nin tRNA'nın birincil yapısını keşfetmesi, G. Korana * (ABD)'nin oligonükleotitlerin sentezi konusundaki çalışmasına ivme kazandırdı ve onları belirli bir biyolojik yapının - alanin tRNA'yı kodlayan bir DNA molekülü - sentezine yönlendirdi. Kuran'ın yaklaşık 15 yıl önce yaptığı kısa oligonükleotitlerin kimyasal sentezindeki ilk adımlar, 1970 yılında ilk gen senteziyle zirveye ulaştı. Koran ve işbirlikçileri ilk olarak, bireysel nükleotidlerden 8-12 nükleotit kalıntısının kısa parçalarını kimyasal olarak sentezlediler. Belirli bir nükleotit sekansına sahip bu fragmanlar, kendiliğinden 4-5 nükleotid örtüşen çift sarmallı tamamlayıcı parçalar oluşturdu. Daha sonra bu hazır parçalar, DNA ligaz enzimi kullanılarak uç uca doğru sırayla birleştirildi. Böylece, A. Kornberg'e** göre DNA moleküllerinin kopyalanmasının aksine (bkz. 24. Bölüm), Kuran, önceden planlanmış bir programa göre doğal bir çift sarmallı DNA molekülünü yeniden yaratmayı başardı. Holly tarafından açıklanan tRNA dizisi. Benzer şekilde, diğer genlerin sentezi üzerinde de çalışmalar devam etmektedir (M. N. Kolosov, Z. A. Shabarova, D. G. Knorre, 1970 - 1975).
* (G. Koran ve M. Nirenberg, genetik kodun çalışması için 1968'de Nobel Ödülü'ne layık görüldü.)
** (Polimeraz ve DNA sentezinin keşfi için A. Kornberg ve RNA sentezi için S. Ochoa 1959'da Nobel Ödülü'ne layık görüldü.)
Mikrozomlar, ribozomlar, çeviri
1950'lerin ortalarında, mikrozomların hücredeki protein sentezinin merkezi olduğuna inanılıyordu. Mikrozom terimi ilk olarak 1949'da A. Claude tarafından küçük granüllerin fraksiyonuna atıfta bulunmak için tanıtıldı. Daha sonra, protein sentezinden zarlardan ve granüllerden oluşan mikrozomların tüm fraksiyonunun değil, yalnızca küçük ribonükleoprotein parçacıklarının sorumlu olduğu ortaya çıktı. 1958'de bu parçacıklara R. Roberts tarafından ribozomlar adı verildi.
Bakteriyel ribozomların klasik çalışmaları, 1958-1959'da A. Tisier ve J. Watson tarafından gerçekleştirildi. Bakteriyel ribozomların bitki ve hayvan ribozomlarından biraz daha küçük olduğu ortaya çıktı. J. Littleton (1960), M. Clark (1964) ve E. N. Svetailo (1966), yüksek bitki ve mitokondri kloroplastlarının ribozomlarının bakteri tipine ait olduğunu gösterdi. A. Tisier ve diğerleri (1958), ribozomların her biri bir RNA molekülü içeren iki eşit olmayan alt birime ayrıldığını buldu. 50'li yılların sonlarında, her bir ribozomal RNA molekülünün birkaç kısa parçadan oluştuğuna inanılıyordu. Bununla birlikte, 1960 yılında AS Spirin, alt parçacıklardaki RNA'nın sürekli bir molekül tarafından temsil edildiğini gösteren ilk kişiydi. Nişasta jel elektroforezi kullanarak ribozomal proteinleri ayıran D. Waller (1960), bunların çok heterojen olduğunu buldu. İlk başta, birçok kişi Waller'in verilerinden şüphe duydu, çünkü ribozom proteininin, örneğin TMV proteini gibi, kesinlikle homojen olması gerektiği görülüyordu. Şu anda, D. Waller, R. Trout, P. Traub ve diğer biyokimyacıların araştırmaları sonucunda, gerçek ribozomal parçacıkların bileşiminin, yapı olarak tamamen farklı olan 50'den fazla protein içerdiği bilinmektedir. 1963'te AS Spirin, ribozomal alt parçacıkları açan ilk kişiydi ve ribozomların, belirli koşullar altında açılabilen, kompakt bir şekilde bükülmüş bir ribonükleoprotein ipliği olduğunu gösterdi. 1967 - 1968'de M. Nomura, ribozomal RNA ve proteinden biyolojik olarak aktif bir alt birimi tamamen yeniden yapılandırdı ve hatta protein ve RNA'nın farklı mikroorganizmalara ait olduğu ribozomlar elde etti.
Ribozomal RNA'nın rolü hala belirsizdir. Bir ribozomal parçacığın oluşumu sırasında, çok sayıda ribozomal proteinin her birinin üzerinde kesin olarak tanımlanmış bir yer bulduğu benzersiz özel matris olduğu varsayılmaktadır (AS Spirin, 1968).
A. Rich (1962), bir mRNA ipliği ile birbirine bağlanan birkaç ribozomun kümelerini keşfetti. Bu komplekslere polisomlar adı verildi. Polizomların keşfi, Rich ve Watson'ın (1963), polipeptit zincirinin sentezinin, olduğu gibi, mRNA zinciri boyunca hareket eden ribozom üzerinde meydana geldiğini önermesine izin verdi. Ribozom, mRNA zinciri boyunca hareket ettikçe, bilgi parçacıkta okunur ve protein polipeptit zinciri oluşturulur ve yeni ribozomlar dönüşümlü olarak mRNA'nın serbest bırakılan okuma ucuna bağlanır. Rich ve Watson'ın verilerinden, bir hücredeki polisomların öneminin, matrisin birkaç ribozom tarafından aynı anda art arda okunmasıyla seri protein üretiminde yattığı sonucu çıktı.
1963 - 1970 yıllarında M. Nirenberg, S. Ochoa, F. Lipman, G. Korana ve diğerlerinin araştırmaları sonucunda. mRNA, ribozomlar, ATP ve aminoasil-tRNA ile birlikte, çeviri sürecinde çok sayıda farklı faktörün yer aldığı ve çeviri sürecinin kendisinin şartlı olarak üç aşamaya ayrılabileceği öğrenildi - başlatma, çevirinin kendisi ve sonlandırma.
Translasyon başlangıcı, kompleks ribozom - şablon polinükleotit - aminoasil-tRNA'daki ilk peptit bağının sentezi anlamına gelir. Bu tür başlatıcı aktivite, herhangi bir aminoasil-tRNA tarafından değil, formilmetionil-tRNA tarafından sahip olunur. Bu madde ilk olarak 1964 yılında F. Senger ve K. Marker tarafından izole edilmiştir. S. Bretcher ve K. Marker (1966), formilmetionil-tRNA'nın başlatıcı işlevinin, ribozomun peptidil merkezi için artan afinitesinden kaynaklandığını gösterdi. Çevirinin başlaması için, S. Ochoa, F. Gro ve diğer araştırma merkezlerinin laboratuvarlarında izole edilen bazı protein başlatma faktörleri de son derece önemlidir. Ribozomda ilk peptit bağının oluşumundan sonra, translasyonun kendisi başlar, yani bir aminoasil kalıntısının polipeptitin C-terminaline ardışık olarak eklenmesi. Çeviri sürecinin birçok detayı K. Monroe ve J. Bishop (İngiltere), I. Rykhlik ve F. Shorm (Çekoslovakya), F. Lipman, M. Bretcher, W. Gilbert (ABD) ve diğer araştırmacılar tarafından incelenmiştir. 1968'de A. S. Spirin, ribozomun mekanizmasını açıklamak için orijinal bir hipotez önerdi. Çeviri sırasında tRNA ve mRNA'nın tüm uzamsal hareketlerini sağlayan sürücü mekanizma, ribozom alt parçacıklarının periyodik olarak açılıp kapanmasıdır. Çeviri sonlandırma, sonlandırma kodonlarını içeren okunabilir matrisin kendisinde kodlanır. S. Brenner (1965 - 1967) tarafından gösterildiği gibi, UAA, UAG ve UGA üçlüleri bu tür kodonlardır. M. Capecci (1967) ayrıca özel protein sonlandırma faktörlerini tanımlamıştır. AS Spirin ve LP Gavrilova, protein faktörlerinin katılımı olmadan ribozomlarda (1972 - 1975) sözde "enzimatik olmayan" protein sentezini tanımladılar. Bu keşif, protein biyosentezinin kökenini ve evrimini anlamak için önemlidir.
Gen ve protein aktivitesinin düzenlenmesi
Protein sentezinin özgüllüğü sorunundan sonra, protein sentezinin düzenlenmesi sorunu veya aynı şey gen aktivitesinin düzenlenmesi sorunu moleküler biyolojide ilk sırada yer aldı.
Hücrelerin işlevsel eşitsizliği ve bununla ilişkili genlerin baskılanması ve aktivasyonu uzun süredir genetikçilerin dikkatini çekmiştir, ancak yakın zamana kadar gen aktivitesini kontrol eden gerçek mekanizma bilinmiyordu.
Genlerin düzenleyici aktivitesini açıklamaya yönelik ilk girişimler, histon proteinlerinin incelenmesiyle ilişkilendirildi. Steadman bile XX yüzyılın 40'lı yıllarının başında * eşleri. bu fenomende ana rolü oynayabilecek histonlar olduğunu öne sürdü. Daha sonra, histon proteinlerinin kimyasal yapısındaki farklılıklar hakkında ilk net verileri elde ettiler. Şu anda, bu hipotezin lehine tanıklık eden gerçeklerin sayısı her yıl artmaktadır.
* (E. Stedman, E. Stedman. Hücre çekirdeğinin temel proteinleri.- Felsefe. Trans. Roy. sos. Londra, 1951, v. 235, 565 - 595.)
Aynı zamanda, gen aktivitesinin düzenlenmesinin, gen bölümlerinin histon protein molekülleri ile basit etkileşiminden çok daha karmaşık bir süreç olduğunu gösteren, artan miktarda veri birikmektedir. 1960 - 1962'de R. B. Khesin-Lurie'nin laboratuvarında, faj genlerinin aynı anda olmayan bir şekilde okunmaya başladığı bulundu: T2 faj genleri, işleyişi bir bakteri hücresinin enfeksiyonunun ilk dakikalarında meydana gelen erken genlere bölünebilir. ve erken genlerin çalışmasının tamamlanmasından sonra mRNA'yı sentezlemeye başlayan geç olanlar.
1961'de Fransız biyokimyacılar F. Jacob ve J. Monod, genel olarak hücrenin düzenleyici mekanizmalarının anlaşılmasında istisnai bir rol oynayan gen aktivitesinin düzenlenmesi için bir şema önerdiler. Jacob ve Monod'un şemasına göre, yapısal (bilgisel) genlere ek olarak, DNA ayrıca gen düzenleyicileri ve gen operatörlerini içerir. Düzenleyici gen, hem indükleyiciye hem de operatör genine bağlanabilen bir baskılayıcı olan belirli bir maddenin sentezini kodlar. Operatör geni, yapısal genlere bağlıyken, düzenleyici gen bunlardan biraz uzakta bulunur. Ortamda laktoz gibi bir indüktör yoksa, düzenleyici gen tarafından sentezlenen baskılayıcı, operatör genine bağlanır ve bloke ederek tüm operonun çalışmasını kapatır (operatörle birlikte bir yapısal gen bloğu). onları kontrol eden). Bu koşullar altında enzim oluşumu gerçekleşmez. Ortamda bir indükleyici (laktoz) belirirse, düzenleyici genin ürünü olan baskılayıcı, laktoza bağlanır ve blokajı operatör geninden uzaklaştırır. Bu durumda enzimin sentezini kodlayan yapısal genin çalışması mümkün hale gelir ve ortamda enzim (laktoz) belirir.
Jacob ve Monod'a göre, bu düzenleme şeması tüm adaptif enzimler için geçerlidir ve hem enzim oluşumunun reaksiyon ürününün fazlalığı tarafından bastırıldığı baskılama sırasında hem de indüksiyon sırasında bir substratın girmesine neden olduğunda gerçekleşebilir. enzim sentezi. Jacob ve Monod, gen aktivitesinin düzenlenmesi çalışmaları için 1965'te Nobel Ödülü'ne layık görüldü.
Başlangıçta, bu şema çok zorlanmış görünüyordu. Ancak daha sonra genlerin bu prensibe göre düzenlenmesinin sadece bakterilerde değil, diğer organizmalarda da gerçekleştiği ortaya çıktı.
1960'tan beri moleküler biyolojide önemli bir yer, ökaryotik organizmalarda genom organizasyonu ve kromatinin yapısı üzerine yapılan çalışmalarla işgal edilmiştir (J. Bonner, R. Britten, W. Olfrey, P. Walker, Yu. S. Chentsov , I. B. Zbarsky ve diğerleri .) ve transkripsiyonun düzenlenmesi (A. Mirsky, G.P. Georgiev, M. Bernstiel, D. Goll, R. Tsanev, R. I. Salganik). Baskılayıcının doğası uzun bir süre bilinmeyen ve tartışmalı kaldı. 1968'de M. Ptashne (ABD), bir proteinin baskılayıcı olduğunu gösterdi. Bunu J. Watson'ın laboratuvarında izole etti ve baskılayıcının gerçekten de indükleyici (laktoz) için bir afiniteye sahip olduğunu ve aynı zamanda lac operonunun operatör genini "tanıdığını" ve spesifik olarak ona bağlandığını buldu.
Son 5-7 yılda, gen aktivitesinin başka bir kontrol hücresinin - promotör - varlığına dair veriler elde edildi. Gen düzenleyici üzerinde sentezlenen ürünün - baskılayıcının protein maddesi - eklendiği operatör sitesinin yanında, gen düzenleyici sistemin üyelerine de atfedilmesi gereken başka bir site olduğu ortaya çıktı. aktivite. Bu bölgeye RNA polimeraz enziminin bir protein molekülü bağlanır. Promotör bölgesinde, DNA'daki benzersiz nükleotit dizisinin ve RNA polimeraz proteininin spesifik konfigürasyonunun karşılıklı tanınması gerçekleşmelidir. Promotöre bitişik operonun belirli bir gen dizisi ile genetik bilgi okuma işleminin uygulanması, tanıma verimliliğine bağlı olacaktır.
Jacob ve Monod tarafından açıklanan şemaya ek olarak, hücrede başka gen düzenleme mekanizmaları da vardır. F. Jacob ve S. Brenner (1963), bakteriyel DNA replikasyonunun düzenlenmesinin hücre zarı tarafından belirli bir şekilde kontrol edildiğini ortaya koydu. Jacob'ın (1954) çeşitli profajların indüksiyonu üzerine yaptığı deneyler, ikna edici bir şekilde, lizojenik bakteri hücresindeki çeşitli mutajenik faktörlerin etkisi altında, profaj geninin seçici replikasyonunun başladığını ve konakçı genomun replikasyonunun bloke edildiğini gösterdi. 1970 yılında F. Bell, küçük DNA moleküllerinin çekirdekten sitoplazmaya geçebileceğini ve orada kopyalanabileceğini bildirdi.
Böylece, gen aktivitesi replikasyon, transkripsiyon ve translasyon düzeyinde düzenlenebilir.
Enzimlerin sadece sentezinin değil, aynı zamanda aktivitelerinin düzenlenmesinin incelenmesinde önemli ilerlemeler kaydedilmiştir. A. Novik ve L. Szilard, 1950'lerde hücredeki enzimlerin aktivitesinin düzenlenmesi olgusuna dikkat çekti. G. Umbarger (1956), hücrede, geri besleme reaksiyon zincirinin son ürünü tarafından enzimin aktivitesini bastırmanın çok rasyonel bir yolu olduğunu buldu. J. Monod, J. Change, F. Jacob, A. Purdy ve diğer araştırmacılar (1956 - 1960) tarafından belirlendiği gibi, enzim aktivitesinin düzenlenmesi allosterik prensibe göre gerçekleştirilebilir. Enzim veya alt birimlerinden biri, substrata afiniteye ek olarak, reaksiyon zincirinin ürünlerinden birine de afiniteye sahiptir. Böyle bir sinyal ürününün etkisi altında, enzim, aktivitesini kaybedecek şekilde konformasyonunu değiştirir. Sonuç olarak, enzimatik reaksiyonların tüm zinciri en başta kapatılır. Protein konformasyonel değişikliklerinin enzimatik reaksiyonlardaki temel rolü ve belli bir anlamda ve D. Wiman ve R. Woodward (1952; Nobel Ödülü sahibi, 1965) tarafından işaret edilen bir allosterik etkinin varlığı.
Proteinlerin yapısı ve işlevi
19. yüzyılın sonlarında T. Osborn, G. Hofmeister, A. Gurber, F. Schulz ve diğerlerinin çalışmaları sonucunda. Birçok hayvansal ve bitkisel protein kristal formda elde edilmiştir. Aynı sıralarda, çeşitli fiziksel yöntemler kullanılarak belirli proteinlerin moleküler ağırlıkları belirlendi. Böylece, 1891'de A. Sabaneev ve N. Alexandrov, ovalbumin'in moleküler ağırlığının 14.000 olduğunu bildirdi; 1905 yılında E. Reid hemoglobinin molekül ağırlığının 48.000 olduğunu bulmuştur.Proteinlerin polimerik yapısı 1871 yılında G. Glasivetz ve D. Gaberman tarafından keşfedilmiştir. Proteinlerdeki bireysel amino asit kalıntılarının peptit bağı fikri T. Curtius (1883) tarafından ortaya atılmıştır. Amino asitlerin kimyasal yoğunlaştırılması (E. Schaal, 1871; G. Schiff, 1897; L. Balbiano ve D. Traschiatti, 1900) ve heteropolipeptitlerin sentezi (E. Fisher, 1902 - 1907, Nobel Ödülü, 1902) üzerine çalışmalar proteinlerin kimyasal yapısının temel ilkelerinin gelişmesine yol açmıştır.
İlk kristal enzim (üreaz) 1926'da J. Sumner (Nobel Ödülü, 1946) tarafından elde edildi ve 1930'da J. Northrop (Nobel Ödülü, 1946) kristal pepsini elde etti. Bu çalışmalardan sonra enzimlerin protein yapısında olduğu ortaya çıktı. 1940 yılında, M. Kunits kristalli RNaz'ı izole etti. 1958'de, 100'den fazla kristal enzim ve 500'den fazla kristal olmayan enzim zaten biliniyordu. Bireysel proteinlerin yüksek oranda saflaştırılmış müstahzarlarının elde edilmesi, birincil yapılarının ve makromoleküler organizasyonlarının deşifre edilmesine katkıda bulunmuştur.
Genel olarak moleküler biyolojinin ve özel olarak insan genetiğinin gelişimi için büyük önem taşıyan, L. Pauling'in (1940) şiddetli kalıtsal bir hastalığı olan orak hücreli anemisi olan kişilerin eritrositlerinden izole edilen anormal hemoglobin S'yi keşfetmesiydi. 1955 - 1957'de W. Ingram, hemoglobin S'nin alkali ve tripsin ile hidroliz ürünlerini analiz etmek için F. Sanger tarafından geliştirilen "parmak izi" yöntemini (kağıt üzerinde kromatografi sırasında ayrı peptitlerin oluşturduğu noktalar) kullandı. 1961'de Ingram, hemoglobin S'nin normal hemoglobinden yalnızca bir amino asit kalıntısının doğasında farklı olduğunu bildirdi: normal hemoglobinde, bir glutamik asit kalıntısı zincirin yedinci konumunda ve hemoglobin S'de bir valin kalıntısı. Böylece, Pauling'in (1949) orak hücreli aneminin moleküler yapıya sahip bir hastalık olduğu varsayımı tamamen doğrulanmıştır. Hemoglobin makromolekülünün her bir yarısında sadece bir amino asit kalıntısındaki kalıtsal bir değişiklik, hemoglobinin düşük oksijen konsantrasyonunda kolayca çözünme yeteneğini kaybetmesine ve kristalleşmeye başlamasına neden olarak hücre yapısının bozulmasına yol açar. Bu çalışmalar, bir proteinin yapısının, genomda kodlanmış, kesin olarak tanımlanmış bir amino asit dizisi olduğunu açıkça göstermiştir. K. Anfinsen'in (1951) çalışmaları, bir proteinin birincil yapısının, bir makromolekülün benzersiz bir biyolojik olarak aktif konformasyonunun oluşumundaki istisnai önemine tanıklık etti. Anfinsen, pankreatik ribonükleazın restorasyon sonucu kaybolan biyolojik olarak aktif makro yapısının, amino asit dizisi tarafından önceden belirlendiğini ve sistein kalıntılarının SH gruplarının oksidasyonu sırasında kesinlikle disülfit çapraz bağlarının oluşumu ile kendiliğinden yeniden ortaya çıkabileceğini gösterdi. enzimin peptit zincirinin tanımlanmış yerleri.
Bugüne kadar, etki mekanizması ayrıntılı olarak incelenmiştir. Büyük bir sayı enzimler ve birçok proteinin yapısı belirlenmiştir.
1953'te F. Sanger, insülinin amino asit dizisini oluşturdu. : Bu protein, iki disülfit çapraz bağıyla bağlanan iki polipeptit zincirinden oluşur. Zincirlerden biri sadece 21 amino asit kalıntısı içerirken diğeri 30 kalıntı içerir. Sanger, bu nispeten basit proteinin yapısını çözmek için yaklaşık 10 yıl harcadı. 1958'de bu olağanüstü araştırma için Nobel Ödülü'ne layık görüldü. Otomatik bir amino asit analizörünün V. Stein ve S. Moore (1957) tarafından yaratılmasından sonra, proteinlerin kısmi hidroliz ürünlerinin tanımlanması önemli ölçüde hızlandı. 1960 yılında, Stein ve Moore bunu zaten bildirmişti. peptit zinciri 124 amino asit kalıntısı ile temsil edilen ribonükleaz dizisini belirleyebildiklerini söylediler. Aynı yıl Tübingen'de (Almanya) G. Schramm'ın laboratuvarında F. Anderer ve diğerleri TMV proteinindeki amino asit dizisini belirlediler. Daha sonra amino asit dizisi, miyoglobin (A. Edmunson) ve insan hemoglobininin (G. Braunitzer, E. Schroeder, vb.), Yumurta proteininden (J. Jollet, D. Keyfield) lizoziminin a- ve β-zincirlerinde belirlendi. . 1963'te F. Shorm ve B. Keil (Çekoslovakya), kimotripsinojen molekülündeki amino asit dizisini oluşturdu. Aynı yıl, tripsinojenin amino asit dizisi belirlendi (F. Shorm, D. Walsh). 1965 yılında K. Takahashi, ribonükleaz T1'in birincil yapısını oluşturdu. Daha sonra birkaç protein için amino asit dizisi belirlendi.
Bilindiği gibi, belirli bir yapının tanımının doğruluğunun nihai kanıtı, sentezidir. 1969'da, R. Merifield (ABD), pankreatik ribonükleazın kimyasal sentezini gerçekleştiren ilk kişi oldu. Merifield, katı fazlı bir taşıyıcı üzerinde geliştirdiği sentez yöntemini kullanarak, Stein ve Moore tarafından açıklanan diziye uygun olarak zincire birbiri ardına amino asitler ekledi. Sonuç olarak, nitelikleri bakımından pankreatik ribonükleaz A ile aynı olan bir protein aldı. Ribonükleaz yapısının keşfi için V. Stein, S. Moore ve K. Anfinsen, 1972'de Nobel Ödülü'ne layık görüldü. Bu doğal protein sentezi, önceden planlanmış bir diziye uygun olarak herhangi bir protein yaratma olasılığına işaret ederek muazzam olasılıklar açar.
W. Astbury (1933) tarafından yapılan X-ışını çalışmalarından, protein moleküllerinin peptit zincirlerinin kesin olarak tanımlanmış bir şekilde büküldüğü veya istiflendiği sonucu çıktı. O zamandan beri birçok yazar, protein zincirlerinin katlanma biçimleri hakkında çeşitli hipotezler ifade etti, ancak 1951'e kadar tüm modeller, deneysel verilere karşılık gelmeyen spekülatif yapılar olarak kaldı. 1951'de L. Pauling ve R. Corey, proteinlerin ikincil yapısı teorisinin, a sarmalı teorisinin nihayet formüle edildiği bir dizi parlak çalışma yayınladılar. Bununla birlikte, proteinlerin de üçüncül bir yapıya sahip olduğu da anlaşıldı: peptit zincirinin a sarmalı, oldukça kompakt bir yapı oluşturarak belirli bir şekilde katlanabilir.
1957'de J. Kendrew ve işbirlikçileri ilk olarak miyoglobinin yapısının üç boyutlu bir modelini önerdiler. Bu model daha sonra, bu proteinin uzamsal yapısının bir karakterizasyonu ile 1961'de son çalışma ortaya çıkana kadar birkaç yıl içinde rafine edildi. 1959'da M. Perutz ve arkadaşları hemoglobinin üç boyutlu yapısını oluşturdular. Araştırmacılar bu çalışma için 20 yıldan fazla zaman harcadılar (ilk hemoglobin röntgenleri 1937'de Perutz tarafından elde edildi). Hemoglobin molekülü, organizasyonunu deşifre eden dört alt birimden oluştuğu için, Perutz böylece ilk olarak proteinin dörtlü yapısını tanımladı. Kendrew ve Perutz, proteinlerin üç boyutlu yapısının belirlenmesi konusundaki çalışmaları nedeniyle 1962'de Nobel Ödülü'ne layık görüldü.
Perutz tarafından hemoglobin yapısının uzamsal bir modelinin oluşturulmasına İZİN VERİLDİ. hayvan hücrelerinde oksijen taşınmasını gerçekleştiren bilindiği üzere bu proteinin işleyiş mekanizmasını anlamaya daha yakın olmak. 1937'de F. Gaurowitz, hemoglobinin oksijen, hava ile etkileşimine protein yapısındaki bir değişikliğin eşlik etmesi gerektiği sonucuna vardı. 1960'larda Perutz ve arkadaşları, oksidasyondan sonra hemoglobin zincirlerinde, oksijenle bağlanmanın bir sonucu olarak demir atomlarının kaymasından kaynaklanan, gözle görülür bir kayma keşfettiler. Bu temelde, protein makromoleküllerinin "nefes alması" hakkında fikirler oluşturuldu.
1960 yılında, D. Phillips ve işbirlikçileri, lizozim molekülünün X-ışını kırınım çalışmalarına başladı. 1967'ye gelindiğinde, bu proteinin organizasyonunun ayrıntılarını ve molekülündeki tek tek atomların yerleşimini aşağı yukarı belirleyebildiler. Ek olarak Phillips, substrata (triasetilglikozamin) lizozim ilavesinin doğasını da buldu. Bu, bu enzimin mekanizmasını yeniden yaratmayı mümkün kıldı. Böylece, birincil yapı ve makromoleküler organizasyon bilgisi, yalnızca birçok enzimin aktif merkezlerinin doğasını oluşturmayı değil, aynı zamanda bu makromoleküllerin işleyiş mekanizmasını tam olarak ortaya çıkarmayı da mümkün kıldı.
Elektron mikroskobu yöntemlerinin kullanılması, kollajen, fibrinojen, kasılma kas lifleri, vb. Gibi karmaşık protein oluşumlarının makromoleküler organizasyonunun ilkelerini ortaya çıkarmaya yardımcı oldu. 1950'lerin sonunda, kas kasılma aparatının modelleri önerildi. V. A. Engelgardt ve M. N. Lyubimova (1939) tarafından miyozinin ATPaz aktivitesinin keşfi, kas kasılmasının mekanizmasını anlamak için istisnai bir öneme sahipti. Bu, kas kasılma eyleminin, adenozin trifosforik asidin etkisi altında kasılma proteininin fizikokimyasal özelliklerinde ve makromoleküler organizasyonundaki bir değişikliğe dayandığı anlamına geliyordu (ayrıca bkz. Bölüm 11).
Biyolojik yapıları bir araya getirme ilkelerini anlamak için virolojik araştırmalar çok önemli olmuştur (bkz. Bölüm 25).
Çözümlenmemiş konular
Modern moleküler biyolojideki ana ilerlemeler, esas olarak nükleik asitlerin incelenmesinin bir sonucu olarak elde edilmiştir. Ancak, bu alanda bile tüm sorunlar çözülememiştir. Özellikle genomun tüm nükleotid dizisini deşifre etmek için büyük çabalar gerekecektir. Bu problem, DNA heterojenliği problemi ile ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır ve tek tek moleküllerin hücrenin toplam genetik materyalinden ayrıştırılması ve izolasyonu için yeni gelişmiş yöntemlerin geliştirilmesini gerektirir.
Şimdiye kadar, çabalar esas olarak proteinlerin ve nükleik asitlerin ayrı ayrı incelenmesine odaklanmıştı. Hücrede, bu biyopolimerler ayrılmaz bir şekilde birbirleriyle bağlantılıdır ve esas olarak nükleoproteinler şeklinde işlev görür. Bu nedenle, proteinler ve nükleik asitlerin etkileşimini inceleme ihtiyacı şimdi özellikle akut hale geldi. Nükleik asitlerin belirli bölümlerinin proteinler tarafından tanınması sorunu ön plana çıkar. Kromozomların, ribozomların ve diğer yapıların yapı ve fonksiyonlarının tam olarak anlaşılmasının düşünülemeyeceği bu biyopolimerlerin böyle bir etkileşimini incelemeye yönelik adımlar zaten ana hatlarıyla belirtilmiştir. Bu olmadan, gen aktivitesinin düzenlenmesini anlamak ve nihayet protein sentezleme mekanizmalarının çalışma ilkelerini deşifre etmek de imkansızdır. Jacob ve Monod'un çalışmasından sonra, nükleer materyal sentezinde zarların düzenleyici önemi hakkında bazı yeni veriler ortaya çıktı. Bu, DNA replikasyonunun düzenlenmesinde zarların rolüne ilişkin daha derin bir çalışma sorununu ortaya çıkarır. Genel olarak, gen aktivitesinin ve genel olarak hücre aktivitesinin düzenlenmesi sorunu, modern moleküler biyolojinin en önemli sorunlarından biri haline gelmiştir.
Biyofiziğin mevcut durumu
Moleküler biyolojinin sorunlarıyla yakından bağlantılı olarak, biyofiziğin gelişimi ilerledi. Bu biyoloji alanına olan ilgi, bir yandan çeşitli radyasyon türlerinin vücut üzerindeki etkisinin kapsamlı bir şekilde incelenmesi ihtiyacı, diğer yandan fiziksel ve Moleküler düzeyde meydana gelen yaşam olaylarının fiziko-kimyasal temelleri.
Moleküler yapılar ve bunlarda meydana gelen süreçler hakkında doğru bilgi elde etmek, yeni fiziksel ve kimyasal yöntemlerin kullanılmasıyla mümkün olmuştur. Elektrokimyanın kazanımlarına dayanarak, iyon seçici elektrotlar kullanarak biyoelektrik potansiyelleri ölçme yöntemini geliştirmek mümkün oldu (G. Eisenman, B.P. Nikolsky, Khuri, 50-60s). Kızılötesi spektroskopi (lazer cihazlarının kullanımıyla) giderek daha fazla uygulamaya giriyor ve bu da proteinlerdeki konformasyonel değişiklikleri incelemeyi mümkün kılıyor (I. Plotnikov, 1940). Özellikle oksidatif süreçler sırasında elektronların taşınmasını yargılamayı mümkün kılan elektron paramanyetik rezonans yöntemi (E. K. Zavoisky, 1944) ve biyokimyasal ışıldama yöntemi (B. N. Tarusov ve diğerleri, 1960) tarafından da değerli bilgiler sağlanır.
1950'lerde biyofizik zaten güçlü bir konum kazanıyordu. Nitelikli uzmanların yetiştirilmesine ihtiyaç vardır. 1911'de Avrupa'da sadece Macaristan'daki Pécs Üniversitesi'nde bir biyofizik kürsüsü varsa, o zaman 1973'te bu tür kürsüler neredeyse tüm büyük üniversitelerde mevcuttur.
1960 yılında Uluslararası Biyofizikçiler Derneği düzenlendi. Ağustos 1961'de Stockholm'de ilk Uluslararası Biyofizik Kongresi yapıldı. İkinci kongre 1965'te Paris'te, üçüncüsü - 1969'da Boston'da, dördüncüsü - 1972'de Moskova'da yapıldı.
Biyofizikte, farklı içeriğe sahip iki alan arasında açık bir ayrım vardır - moleküler biyofizik ve hücresel biyofizik. Bu ayrım ayrıca örgütsel bir ifade alır: biyofiziğin bu iki alanının ayrı bölümleri yaratılmaktadır. Moskova Üniversitesi'nde ilk Biyofizik Bölümü 1953'te Biyoloji ve Toprak Bilimi Fakültesi'nde kuruldu ve kısa bir süre sonra Biyofizik Bölümü Moskova Üniversitesi'nde ortaya çıktı. Fizik Fakültesi. Diğer birçok üniversitede de bölümler aynı esasa göre düzenlenmiştir.
moleküler biyofizik
Son yıllarda, moleküler biyofizik ve moleküler biyoloji arasındaki bağlantı giderek güçlendi ve artık aralarındaki ayrım çizgisinin nerede olduğunu belirlemek bazen zor. Kalıtsal bilgi sorununa yönelik genel bir saldırıda, biyofizik ile moleküler biyoloji arasında böyle bir işbirliği kaçınılmazdır.
içindeki ana yön Araştırma çalışması nükleik asitlerin - DNA ve RNA fiziğinin incelenmesidir. Yukarıdaki yöntemlerin kullanımı ve her şeyden önce X-ışını kırınım analizi, nükleik asitlerin moleküler yapısının deşifre edilmesine katkıda bulunmuştur. Şu anda, bu asitlerin çözeltilerdeki davranışını incelemek için yoğun araştırmalar devam etmektedir. Viskozite, optik ve elektriksel parametrelerdeki değişikliklerle incelenen "sarmal-sarmal" konformasyonel geçişlere özellikle dikkat edilir. Mutajenez mekanizmalarının incelenmesiyle bağlantılı olarak, iyonlaştırıcı radyasyonun çözeltilerdeki nükleik asitlerin davranışı üzerindeki etkisinin yanı sıra radyasyonun virüslerin ve fajların nükleik asitleri üzerindeki etkisini incelemek için çalışmalar geliştirilmektedir. Bazı spektral bölgelerinin nükleik asitler tarafından iyi emildiği bilinen ultraviyole radyasyonun etkisi kapsamlı bir analize tabi tutuldu. Bu tür araştırmalarda büyük bir pay, nükleik asitlerin ve proteinlerin aktif radikallerinin elektron paramanyetik rezonans yöntemiyle saptanmasıdır. Bu yöntemin kullanılması ile tamamen bağımsız bir yönün ortaya çıkması ilişkilendirilir.
DNA ve RNA bilgisinin kodlanması ve bunun protein sentezi sırasında iletilmesi sorunu, moleküler biyofiziğin uzun süredir ilgisini çekmektedir ve fizikçiler bu konudaki belirli düşünceleri defalarca ifade etmişlerdir (E. Schrödinger, G. Gamow). Genetik kodun deşifre edilmesi çok sayıda teorik ve Deneysel çalışmalar DNA sarmalının yapısı, ipliklerinin kayma ve bükülme mekanizması, bu işlemlerde yer alan fiziksel kuvvetlerin incelenmesi üzerine.
Moleküler biyofizik, ilk olarak 1930'da J. Bernal tarafından kullanılan X-ışını kırınım analizi yardımıyla protein moleküllerinin yapısını incelemede moleküler biyolojiye önemli yardım sağlar. Fiziksel yöntemlerin biyokimyasal (enzimatik yöntemler) ile birlikte kullanılmasının bir sonucu olarak, bir dizi proteindeki amino asitlerin moleküler yapısı ve dizisi ortaya çıktı.
Hücrelerde ve organellerinde karmaşık zar sistemlerinin varlığını ortaya koyan modern elektron mikroskobik çalışmalar, moleküler yapılarını anlama girişimlerini teşvik etti (bkz. Bölüm 10 ve 11). in vivo çalıştı kimyasal bileşim zarlar ve özellikle lipitlerinin özellikleri. İkincisinin, membran disfonksiyonuna yol açan aşırı oksidasyon ve enzimatik olmayan zincir oksidasyon reaksiyonları yapabildikleri bulundu (Yu. A. Vladimirov ve F. F. Litvin, 1959; B. N. Tarusov ve diğerleri, 1960; I. I. Ivanov, 1967). Membranların bileşimini incelemek için matematiksel modelleme yöntemleri de kullanılmaya başlandı (V. Ts. Presman, 1964 - 1968; M. M. Shemyakin, 1967; Yu. A. Ovchinnikov, 1972).
Hücresel biyofizik
Biyofizik tarihinde önemli bir olay, 50'li yıllarda biyolojik süreçlerin termodinamiği hakkında net fikirlerin oluşmasıydı; bunun bir sonucu olarak, termodinamiğin ikinci yasasına aykırı olarak canlı hücrelerde bağımsız enerji üretimi olasılığı hakkındaki varsayımlar, sonunda kayboldu. Bu yasanın biyolojik sistemlerde işleyişinin anlaşılması, Belçikalı bilim adamı I. Prigogine'nin (1945) * dış çevre ile enerji ve madde alışverişi yapan açık sistemler kavramının biyolojik termodinamiğe girmesiyle ilişkilidir. Prigogine, canlı hücrelerde termodinamiğin ikinci yasasına göre çalışma süreçleri sırasında pozitif entropinin oluştuğunu gösterdi. Getirdiği denklemler, sözde durağan durumun ortaya çıktığı koşulları belirledi (daha önce dinamik denge olarak da adlandırılıyordu), altında miktar bedava enerji Besinle birlikte hücrelere giren (negentropi) tüketimini telafi eder ve pozitif entropi dışarı atılır. Bu keşif, dış ve dış arasındaki ayrılmaz bağlantıya dair genel biyolojik fikri güçlendirdi. İç ortam hücreler. Modelleme yöntemi de dahil olmak üzere canlı sistemlerin termodinamiği üzerine gerçek bir çalışmanın başlangıcı oldu (A. Burton, 1939; A. G. Pasynsky, 1967).
* (genel teori açık sistemler ilk olarak 1932 yılında L. Bertalanffy tarafından ortaya atılmıştır.)
Biyotermodinamiğin temel ilkesine göre, gerekli kondisyon Yaşamın varlığı, çok sayıda metabolik reaksiyon oranlarının koordinasyonunun gerekli olduğu, biyokimyasal süreçlerinin gelişiminde durağan olduğu ortaya çıkıyor. Yeni biyofiziksel termodinamiğe dayanarak, bu reaksiyon koordinasyonunu sağlayan ve kararlı hale getiren dış ve iç faktörleri ayıran bir eğilim ortaya çıktı. Son yirmi yılda, inhibitörler ve özellikle antioksidanlar sisteminin durağan durumunu korumada büyük bir rol ortaya çıkmıştır (B. N. Tarusov ve A. I. Zhuravlev, 1954, 1958). Durağan gelişimin güvenilirliğinin faktörlerle ilişkili olduğu tespit edilmiştir. dış ortam(sıcaklık) ve fiziksel ve kimyasal özellikler hücre ortamları.
Biyotermodinamiğin modern ilkeleri, adaptasyon mekanizmasının fizikokimyasal bir yorumunu vermeyi mümkün kılmıştır. Verilerimize göre, çevresel koşullara uyum, ancak bunlar değiştiğinde organizma biyo-gelişiminde durağanlık kurabiliyorsa gerçekleşebilir. kimyasal reaksiyonlar(B. N. Tarusov, 1974). Durağan durumu in vivo değerlendirmeye ve olası ihlallerini tahmin etmeye izin verecek yeni yöntemler geliştirme sorusu ortaya çıktı. Kendi kendini düzenleyen sistemlerin sibernetik ilkelerinin biyotermodinamiğe dahil edilmesi ve biyolojik adaptasyon süreçlerine yönelik araştırmalar büyük faydalar vaat ediyor. Kararlı durumun kararlılığı sorununu çözmek için, özellikle lipit oksidasyonunun enzimatik olmayan reaksiyonlarını içeren tedirgin edici faktörleri dikkate almanın önemli olduğu ortaya çıktı. Son zamanlarda, canlı hücrelerin lipid fazlarındaki peroksidasyon süreçleri ve membranların düzenleyici fonksiyonlarını bozan aktif radikal ürünlerin büyümesi ile ilgili çalışmalar genişlemektedir. Bu süreçlerle ilgili bilgilerin kaynağı, hem aktif peroksit radikallerinin hem de biyolipidlerin peroksit bileşiklerinin saptanmasıdır (A. Tappel, 1965; I. I. Ivanov, 1965; E. B. Burlakova, 1967 ve diğerleri). Radikalleri tespit etmek için, rekombinasyonları sırasında canlı hücrelerin lipidlerinde meydana gelen biyokemilüminesans kullanılır.
Kararlı durumun stabilitesine ilişkin fizikokimyasal fikirler temelinde, inhibitör antioksidan sistemlerin ihlali olarak bitkilerin çevresel koşullardaki değişikliklere adaptasyonu hakkında biyofiziksel fikirler ortaya çıktı (B. N. Tarusov, Ya. E. Doskoch, B. M. Kitlaev, A. M. Agaverdiev , 1968 - 1972). Bu, dona dayanıklılık ve tuza dayanıklılık gibi özelliklerin değerlendirilmesinin yanı sıra tarım bitkilerinin seçiminde uygun tahminlerin yapılması olasılığını açtı.
1950'lerde, ultra zayıf bir parıltı keşfedildi - spektrumun görünür ve kızılötesi kısımlarında bir dizi biyolojik nesnenin biyokemilüminesansı (B. N. Tarusov, A. I. Zhuravlev, A. I. Polivoda). Bu, fotomultipliers (L. A. Kubetsky, 1934) kullanarak süper zayıf ışık akılarını kaydetmeye yönelik yöntemlerin geliştirilmesinin bir sonucu olarak mümkün oldu. Canlı bir hücrede meydana gelen biyokimyasal reaksiyonların sonucu olan biyokemilüminesans, enzimler arasındaki elektron transfer zincirlerindeki önemli oksidatif süreçleri yargılamayı mümkün kılar. Biyokimyasal lüminesansın keşfi ve incelenmesi büyük teorik ve pratik öneme sahiptir. Böylece, B. N. Tarusov ve Yu. iyonlaştırıcı radyasyon, karsinojenez ve normal hücre fonksiyonlarının diğer ihlalleri ile.
1950'lerde nükleer fiziğin hızlı gelişimi ile bağlantılı olarak, biyofizikten iyonlaştırıcı radyasyonun biyolojik etkisini inceleyen radyobiyoloji ortaya çıktı. Yapay radyoaktif izotopların elde edilmesi, termonükleer silahlar oluşturulması, nükleer reaktörler ve atom enerjisinin diğer pratik kullanım biçimlerinin geliştirilmesi, organizmaları iyonlaştırıcı radyasyonun zararlı etkilerinden koruma sorununu, radyasyon hastalığının önlenmesi ve tedavisi için teorik temellerin geliştirilmesini tüm keskinliğiyle ortaya koydu. Bunu yapmak için öncelikle hücrenin hangi bileşenlerinin ve metabolizma bağlantılarının en savunmasız olduğunu bulmak gerekiyordu.
Biyofizik ve radyobiyolojideki çalışmanın amacı, radyasyon enerjisinin etkisi altında canlı substratlarda meydana gelen birincil kimyasal reaksiyonların doğasının aydınlatılmasıydı. Burada sadece bu fenomenin mekanizmalarını anlamak değil, aynı zamanda "yararlı" etki katsayısını azaltmak için fiziksel enerjiyi kimyasal enerjiyle değiştirme sürecini etkileyebilmek de önemliydi. Bu yöndeki çalışmalar, SSCB'de N. N. Semenov (1933) ve İngiltere'de D. Hinshelwood'un (1935) ekolünün çalışmaları ile başlamıştır.
Radyobiyolojik araştırmalarda önemli bir yer, çeşitli organizmaların radyasyon direnci derecesinin incelenmesiyle işgal edildi. Artan radyo direncinin (örneğin çöl kemirgenlerinde) hücre zarı lipidlerinin yüksek antioksidan aktivitesinden kaynaklandığı bulundu (M. Chang ve diğerleri, 1964; N. K. Ogryzov ve diğerleri, 1969). Bu sistemlerin antioksidan özelliklerinin oluşumunda tokoferoller, K vitamini ve tiyo bileşiklerinin önemli rol oynadığı ortaya çıkmıştır (II Ivanov ve ark., 1972). Son yıllarda, mutajenez mekanizmalarıyla ilgili çalışmalar da büyük ilgi görmüştür. Bu amaçla, iyonlaştırıcı radyasyonun nükleik asitlerin ve proteinlerin in vitro, ayrıca virüsler ve fajlardaki davranışları üzerindeki etkisi incelenir (A. Gustafson, 1945 - 1950).
Kimyasal korumanın etkinliğini daha da artırma mücadelesi, daha etkili inhibitör arayışları ve inhibisyon ilkeleri bu yönde biyofiziğin temel görevleri olmaya devam ediyor.
Biyopolimerlerin yüksek kimyasal aktivitelerini belirleyen uyarılmış hallerinin incelenmesinde ilerleme kaydedilmiştir. En başarılı olanı, fotobiyolojik süreçlerin birincil aşamasında - fotosentez ve görme - ortaya çıkan heyecanlı durumların incelenmesiydi.
Böylece, bitki pigment sistemlerinin moleküllerinin birincil aktivasyonunun anlaşılmasına sağlam bir katkı yapılmıştır. Uyarılmış hallerin enerjisinin, aktive edilmiş pigmentlerden diğer substratlara kayıp olmadan transferinin (göçünün) büyük önemi belirlenmiştir. Bu fikirlerin gelişmesinde A. N. Terenin'in (1947 ve sonrası) teorik çalışmaları önemli bir rol oynadı. A. A. Krasnovsky (1949), klorofil ve analoglarının tersinir fotokimyasal indirgeme reaksiyonunu keşfetti ve inceledi. Yakın gelecekte fotosentezi yapay koşullar altında yeniden üretmenin mümkün olacağına dair genel bir kanı var (ayrıca bkz. Bölüm 5).
Biyofizikçiler, kas kasılmasının doğasını ve sinir uyarım ve iletim mekanizmalarını ortaya çıkarmak için çalışmaya devam ediyor (bkz. Bölüm 11). Uyarılmış bir durumdan normal bir duruma geçiş mekanizmalarına yönelik araştırmalar da günümüzde önem kazanmıştır. Uyarılmış durum artık bir otokatalitik reaksiyonun sonucu olarak kabul edilir ve inhibisyon, tokoferol gibi bileşiklerdeki moleküler yeniden düzenlemelerin bir sonucu olarak inhibitör antioksidan aktivitenin keskin mobilizasyonunun bir sonucu olarak kabul edilir (I. I. Ivanov, O. R. Kols, 1966; O. R. Kols, 1970).
Biyofiziğin en önemli genel sorunu, canlı maddenin niteliksel fiziksel ve kimyasal özelliklerinin bilgisi olmaya devam etmektedir. Canlı biyopolimerlerin potasyumu seçici olarak bağlama veya elektrik akımını polarize etme yeteneği gibi özellikler, vücuttan en dikkatli şekilde çıkarılsa bile korunamaz. Bu nedenle, hücresel biyofizik, canlı maddenin ömür boyu incelenmesi için yoğun bir şekilde kriterler ve yöntemler geliştirmeye devam ediyor.
Moleküler biyolojinin gençliğine rağmen bu alanda kaydettiği ilerleme gerçekten baş döndürücü. Nispeten kısa bir süre içinde, genin doğası ve organizasyonunun, üremesinin ve işleyişinin temel ilkeleri oluşturulmuştur. Ayrıca, sadece genlerin in vitro çoğaltılması değil, aynı zamanda ilk kez genin kendisinin tam sentezi de tamamlandı. Genetik kod tamamen deşifre edilmiş ve en önemli biyolojik problem olan protein biyosentezinin özgüllüğü çözülmüştür. Hücrede protein oluşumunun ana yolları ve mekanizmaları tanımlanmış ve incelenmiştir. Nükleik şablonların dilini sentezlenen proteinin amino asit dizisinin diline çeviren spesifik adaptör moleküller olan birçok taşıma RNA'sının birincil yapısı tamamen belirlenmiştir. Pek çok proteinin amino asit dizisi tamamen deşifre edilmiş ve bazılarının uzaysal yapısı oluşturulmuştur. Bu, enzim moleküllerinin işleyişinin ilkesini ve ayrıntılarını aydınlatmayı mümkün kıldı. Enzimlerden biri olan ribonükleazın kimyasal sentezi gerçekleştirildi. Çeşitli hücre altı parçacıkların, birçok virüsün ve fajın organizasyonunun temel ilkeleri belirlenmiş ve bunların hücrede biyogenezinin ana yolları çözülmüştür. Gen aktivitesinin düzenlenme yollarının anlaşılmasına ve yaşamsal aktivitenin düzenleyici mekanizmalarının aydınlatılmasına yönelik yaklaşımlar keşfedilmiştir. Zaten bu keşiflerin basit bir listesi 20. yüzyılın ikinci yarısına ait olduğunu gösteriyor. biyolojik olarak önemli makromoleküllerin - nükleik asitler ve proteinler - yapı ve işlevlerinin derinlemesine incelenmesinden kaynaklanan biyolojideki muazzam ilerleme ile işaretlendi.
Moleküler biyolojideki başarılar bugün pratikte kullanılıyor ve tıpta, tarımda ve bazı endüstrilerde somut sonuçlar getiriyor. Hiç şüphe yok ki bu ilmin getirisi her geçen gün artacaktır. Ancak yine de esas sonuç olarak kabul edilmelidir ki, moleküler biyolojinin başarılarının da etkisiyle, yaşamın en gizli sırlarını açığa çıkarma yolunda sınırsız olasılıkların varlığına olan güven güçlenmiştir.
Gelecekte, görünüşe göre, maddenin hareketinin biyolojik biçimini incelemenin yeni yolları açılacak - biyoloji moleküler seviyeden atomik seviyeye geçecek. Bununla birlikte, şimdi muhtemelen önümüzdeki 20 yıl için bile moleküler biyolojinin gelişimini gerçekçi bir şekilde tahmin edebilecek tek bir araştırmacı yok.
Moleküler Biyoloji biyolojik nesneleri ve sistemleri moleküler düzeye yaklaşan ve bazı durumlarda bu sınıra ulaşan bir düzeyde inceleyerek yaşamın doğasına ilişkin bilgileri kendine görev edinen bir bilim. Bu durumda nihai amaç, kalıtım, kişinin kendi türünün üremesi, protein biyosentezi, uyarılabilirlik, büyüme ve gelişme, bilginin depolanması ve iletilmesi, enerji dönüşümleri, hareketlilik gibi yaşamın karakteristik tezahürlerinin nasıl ve ne ölçüde açıklığa kavuşturulmasıdır. vb. biyolojik olarak önemli maddelerin moleküllerinin yapısından, özelliklerinden ve etkileşimlerinden kaynaklanmaktadır, özellikle yüksek moleküler ağırlıklı iki ana sınıf biyopolimerler (Bkz. Biyopolimerler) -
proteinler ve nükleik asitler. M. b.'nin ayırt edici bir özelliği. - cansız nesneler veya yaşamın en ilkel tezahürleriyle karakterize edilenler üzerindeki yaşam fenomenlerinin incelenmesi. Bunlar biyolojik oluşumlar hücresel seviyeden ve altından: izole edilmiş hücre çekirdekleri, mitokondri, ribozomlar, kromozomlar, hücre zarları gibi hücre altı organeller; ayrıca - canlı ve cansız doğanın sınırında duran sistemler - bakteriyofajlar dahil ve canlı maddenin en önemli bileşenlerinin molekülleriyle biten virüsler - nükleik asitler (Bkz. Nükleik asitler) ve proteinler (Bkz. Proteinler).
Mb. - Biyokimya (Bk. Biyokimya), biyofizik (Bk. Biyofizik) ve biyoorganik kimya (Bk. Biyoorganik Kimya) tarafından kapsanan, köklü araştırma alanlarıyla yakından ilişkili yeni bir doğa bilimi alanı. Buradaki ayrım ancak kullanılan yöntemler ve kullanılan yaklaşımların temel niteliği dikkate alındığında mümkündür. M.'nin geliştirdiği temel, genetik, biyokimya, temel süreçlerin fizyolojisi vb. Bilimler tarafından atılmıştır. moleküler genetik ile ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır (Bkz. Moleküler Genetik) ,
halihazırda büyük ölçüde bağımsız bir disiplin haline gelmiş olmasına rağmen, M.bankacılığın önemli bir bölümünü oluşturmaya devam etmektedir. M.'nin izolasyonu. biyokimyadan aşağıdaki hususlar tarafından belirlenir. Biyokimyanın görevleri esas olarak belirli maddelerin katılımını tespit etmekle sınırlıdır. kimyasal maddeler belirli biyolojik işlevler ve süreçler ve bunların dönüşümlerinin doğasının açıklanması; başrol, reaktivite ve ana özellikler hakkındaki bilgilere aittir. kimyasal yapı, olağan kimyasal formülle ifade edilir. Bu nedenle, özünde, dikkatler temel-değerlikli kimyasal bağları etkileyen dönüşümlere odaklanır. Bu arada, L. Pauling'in vurguladığı gibi ,
biyolojik sistemlerde ve yaşamsal aktivitenin tezahürlerinde, aynı molekül içinde hareket eden temel değerlikli bağlara değil, moleküller arası etkileşimleri belirleyen çeşitli bağ türlerine (elektrostatik, van der Waals, hidrojen bağları vb.) . Bir biyokimyasal çalışmanın nihai sonucu, belirli bir sistem şeklinde sunulabilir. kimyasal denklemler, genellikle bir düzlemdeki, yani iki boyutlu görüntüleri tarafından tamamen tükenmiştir. alamet-i farika Mb. onun üç boyutluluğudur. M. b. M. Perutz bunu biyolojik fonksiyonları moleküler yapı açısından yorumlarken görüyor. Daha önce biyolojik nesneleri incelerken, "ne", yani hangi maddelerin mevcut olduğu ve "nerede" - hangi doku ve organlarda olduğu sorusuna cevap verilmesi gerektiğini söyleyebiliriz, o zaman M. b. Molekülün tüm yapısının rolünün ve katılımının özünü öğrenerek “nasıl” sorusuna ve öğrendikten sonra “neden” ve “ne için” sorularına cevap almayı görevini yapar. bir yandan molekülün özellikleri (yine öncelikle proteinler ve nükleik asitler) ile gerçekleştirdiği işlevler arasındaki bağlantılar ve diğer yandan bu tür bireysel işlevlerin yaşamsal aktivitenin genel tezahür kompleksindeki rolü. Belirleyici bir rol oynamak karşılıklı düzenleme makromolekülün genel yapısındaki atomlar ve gruplanmaları, uzaysal ilişkileri. Bu, hem bireysel, bireysel bileşenler hem de bir bütün olarak molekülün genel konfigürasyonu için geçerlidir. Kesin olarak belirlenmiş bir hacimsel yapının ortaya çıkmasının bir sonucu olarak, biyopolimer molekülleri, biyolojik fonksiyonların maddi temeli olarak hizmet edebildikleri için bu özellikleri kazanırlar. Canlıların incelenmesine yönelik bu yaklaşım ilkesi, M. b'nin en karakteristik, tipik özelliğidir. Tarihsel referans. Biyolojik problemleri moleküler düzeyde incelemenin büyük önemi I. P. Pavlov tarafından öngörülmüştü. ,
yaşam bilimindeki son adımdan, yaşayan molekülün fizyolojisinden söz eden. "M. B." ilk olarak İngilizce olarak kullanılmıştır. bilim adamları W. Astbury, kollajen, kan fibrini veya kasılma kas proteinleri gibi fibriler (lifli) proteinlerin moleküler yapısı ile fiziksel ve biyolojik özellikleri arasındaki ilişkinin aydınlatılmasına ilişkin araştırmalara uygulamada. Yaygın olarak "M" terimini kullanın. B." 1950'lerin başından beri çelik. 20. yüzyıl M.'nin ortaya çıkışı. olgun bir bilim olarak, Cambridge'de (İngiltere) J. Watson ve F. Crick'in deoksiribonükleik asidin (DNA) üç boyutlu yapısını keşfettiği 1953 yılına atıfta bulunmak gelenekseldir. Bu, bu yapının detaylarının, kalıtsal bilginin maddi bir taşıyıcısı olarak DNA'nın biyolojik işlevlerini nasıl belirlediği hakkında konuşmayı mümkün kıldı. Prensip olarak, DNA'nın bu rolü, Amerikalı genetikçi O. T. Avery ve iş arkadaşlarının (bkz. DNA. Bu, ancak W. L. Bragg, J. Bernal ve diğerlerinin laboratuvarlarının, protein makromoleküllerinin ve nükleik asitlerin uzamsal yapısının ayrıntılı bir bilgisi için bu yöntemin kullanılmasını sağlayan yeni X-ışını kırınım analizi ilkeleri geliştirmesinden sonra mümkün oldu. Moleküler organizasyonun seviyeleri. 1957'de J. Kendrew, Myoglobin a'nın üç boyutlu yapısını oluşturdu. ,
ve sonraki yıllarda bu, Hemoglobin a ile ilgili olarak M. Perutz tarafından yapıldı. Makromoleküllerin farklı uzamsal organizasyon seviyeleri hakkında fikirler formüle edildi. Birincil yapı, elde edilen polimer molekülünün zincirindeki bireysel birimlerin (monomerler) bir dizisidir. Proteinler için monomerler amino asitlerdir. ,
nükleik asitler için - Nükleotidler. Hidrojen bağlarının ortaya çıkmasının bir sonucu olarak, bir biyopolimerin doğrusal, filamentli bir molekülü, uzaya belirli bir şekilde sığma yeteneğine sahiptir, örneğin, L. Pauling tarafından gösterildiği gibi proteinler söz konusu olduğunda, alabilir. spiral şeklinde. Buna ikincil yapı denir. Üçüncül yapının, ikincil bir yapıya sahip bir molekülün şu ya da bu şekilde katlanarak üç boyutlu alanı doldurması olduğu söylenir. Son olarak, üç boyutlu bir yapıya sahip moleküller etkileşime girebilir, düzenli olarak birbirlerine göre uzayda bulunurlar ve dörtlü bir yapı olarak adlandırılan şeyi oluştururlar; bireysel bileşenlerine genellikle alt birimler denir. Moleküler üç boyutlu bir yapının bir molekülün biyolojik fonksiyonlarını nasıl belirlediğinin en bariz örneği DNA'dır. Bir çift sarmal yapısına sahiptir: karşılıklı olarak zıt yönde (antiparalel) uzanan iki iplik, birbirinin etrafında bükülür ve karşılıklı olarak tamamlayıcı bir taban düzenlemesi ile bir çift sarmal oluşturur, yani bir zincirin belirli bir tabanına karşı her zaman öyle bir bazdır ki hidrojen bağlarının oluşumunu en iyi sağlar: adepin (A) timin (T) ile, guanin (G) sitozin (C) ile eşleşir. Böyle bir yapı, DNA'nın en önemli biyolojik işlevleri için en uygun koşulları yaratır: bu genetik bilgi akışının niteliksel değişmezliğini korurken, hücre bölünmesi sürecinde kalıtsal bilginin nicel çoğalması. Bir hücre bölündüğünde, bir şablon veya şablon görevi gören DNA çift sarmalının iplikçikleri gevşer ve enzimlerin etkisi altında her biri üzerinde tamamlayıcı yeni bir iplik sentezlenir. Bunun bir sonucu olarak, bir ana DNA molekülünden tamamen özdeş iki yavru molekül elde edilir (bkz. Hücre, Mitoz).
Benzer şekilde, hemoglobin söz konusu olduğunda, biyolojik işlevinin - oksijeni akciğerlere geri dönüşümlü olarak bağlama ve ardından dokulara verme yeteneği - hemoglobinin üç boyutlu yapısının özellikleri ve değişiklikleri ile yakından ilişkili olduğu ortaya çıktı. fizyolojik rolünü gerçekleştirme sürecidir. O2'yi bağlarken ve ayırırken, hemoglobin molekülünün konformasyonunda uzamsal değişiklikler meydana gelir ve bu, içinde bulunan demir atomlarının oksijen için afinitesinde bir değişikliğe yol açar. Nefes alma sırasında göğüs hacmindeki değişiklikleri anımsatan hemoglobin molekülünün boyutunda meydana gelen değişiklikler, hemoglobine "moleküler akciğerler" denmesini mümkün kılmıştır. Canlı nesnelerin en önemli özelliklerinden biri, yaşamsal aktivitenin tüm tezahürlerini hassas bir şekilde düzenleme yetenekleridir. M.'nin büyük katkısı. V bilimsel keşifler allosterik etki olarak adlandırılan, daha önce bilinmeyen yeni bir düzenleyici mekanizmanın keşfi olarak düşünülmelidir. Düşük maddelerin yeteneğinde yatar moleküler ağırlık- Lafta. ligandlar - başta katalitik olarak hareket eden proteinler olmak üzere makromoleküllerin spesifik biyolojik fonksiyonlarını değiştirmek için - enzimler, hemoglobin, biyolojik zarların yapımında yer alan reseptör proteinleri (Bkz. Biyolojik zarlar), sinaptik iletimde (bkz. Sinapslar), vb. Üç biyotik akış. M.'nin fikirleri ışığında. yaşam fenomenlerinin bütünlüğü, üç akışın bir kombinasyonunun sonucu olarak düşünülebilir: ifadesini metabolizma fenomenlerinde, yani asimilasyon ve disimilasyonda bulan madde akışı; yaşamın tüm tezahürlerinin itici gücü olan enerji akışı; ve bilgi akışı, yalnızca her organizmanın tüm gelişim ve varoluş süreçlerine değil, aynı zamanda sürekli bir ardışık nesiller dizisine de nüfuz eder. Biyomalzemelerin geliştirilmesiyle yaşayan dünya doktrinine dahil edilen, üzerinde kendine özgü, benzersiz bir iz bırakan bilgi akışı fikridir. Moleküler biyolojinin en önemli başarıları. M.'nin etkisinin çabukluğu, kapsamı ve derinliği. canlı doğa çalışmasının temel problemlerini anlamadaki ilerleme, örneğin kuantum teorisinin atom fiziğinin gelişimi üzerindeki etkisiyle doğru bir şekilde karşılaştırılır. Doğası gereği birbiriyle ilişkili iki koşul, bu devrim niteliğindeki etkiyi belirledi. Bir yandan, hayati aktivitenin en önemli tezahürlerini en basit koşullar altında inceleme olasılığının keşfedilmesi, kimyasal ve fiziksel deneylerin türüne yaklaşmak belirleyici bir rol oynadı. Öte yandan, bu durumun bir sonucu olarak, kesin bilimlerin önemli sayıda temsilcisi - fizikçiler, kimyagerler, kristalograflar ve ardından matematikçiler - biyolojik problemlerin geliştirilmesine hızlı bir şekilde dahil oldu. Toplamda, bu koşullar M. b.'nin alışılmadık derecede hızlı gelişme hızını, sadece yirmi yılda elde edilen başarılarının sayısını ve önemini belirledi. İşte bu başarıların tam bir listesi olmaktan çok uzak: DNA'nın biyolojik işlevinin yapısının ve mekanizmasının, tüm RNA türlerinin ve ribozomların açıklanması (Bkz. Ribozomlar) ,
genetik kodun ifşası (Bkz. genetik kod) ;
ters transkripsiyonun keşfi (Transkripsiyona bakın) ,
yani bir RNA şablonu üzerinde DNA sentezi; solunum pigmentlerinin işleyiş mekanizmalarının incelenmesi; üç boyutlu bir yapının keşfi ve enzimlerin hareketindeki fonksiyonel rolü (Bkz. Enzimler) ,
matriks sentezi ilkesi ve protein biyosentezinin mekanizmaları; virüslerin yapısının (Bkz. Virüsler) ve bunların replikasyon mekanizmalarının, antikorların birincil ve kısmen uzamsal yapısının açıklanması; bireysel genlerin izolasyonu ,
hücre dışında (in vitro) insan dahil olmak üzere kimyasal ve ardından biyolojik (enzimatik) gen sentezi; insan hücreleri de dahil olmak üzere bir organizmadan diğerine gen aktarımı; nükleik asitlerin yanı sıra başta enzimler olmak üzere artan sayıda bireysel proteinin kimyasal yapısının hızla ilerleyen deşifre edilmesi; nükleik asit moleküllerinden başlayıp çok bileşenli enzimlere, virüslere, ribozomlara vb. giderek artan karmaşıklığa sahip bazı biyolojik nesnelerin "kendi kendine bir araya gelme" fenomeninin keşfi; allosterik ve biyolojik fonksiyonların ve süreçlerin düzenlenmesinin diğer temel ilkelerinin açıklanması. İndirgemecilik ve entegrasyon. Mb. "indirgemecilik" olarak adlandırılan canlı nesnelerin incelenmesinde bu yönün son aşamasıdır, yani karmaşık yaşam fonksiyonlarını moleküler düzeyde meydana gelen fenomenlere indirgeme arzusu ve bu nedenle fizik ve kimya yöntemleriyle incelenmeye erişilebilir. . elde edilen M.b. Başarılar, bu yaklaşımın etkinliğine tanıklık ediyor. Aynı zamanda, doğal koşullarda bir hücrede, dokuda, organda ve tüm organizmada, artan karmaşıklıktaki sistemlerle uğraştığımız dikkate alınmalıdır. Bu tür sistemler, bütünler halinde düzenli bir şekilde bütünleşmeleri, yapısal ve işlevsel bir organizasyon kazanmaları ve yeni özellikler kazanmaları yoluyla alt düzey bileşenlerden oluşur. Bu nedenle, moleküler ve komşu seviyelerde ifşa için mevcut modellerin bilgisi detaylandırıldığından, M. b. entegrasyon mekanizmalarını bir çizgi olarak anlama görevi Daha fazla gelişme yaşam fenomenlerinin çalışmasında. Buradaki başlangıç noktası, moleküller arası etkileşim kuvvetlerinin incelenmesidir - hidrojen bağları, van der Waals, elektrostatik kuvvetler, vs. Daha önce bahsedilen bilgi akışının ana parçalarından biri olarak düşünülmelidir. M.'nin bölgesinde. entegrasyon örnekleri, karmaşık oluşumların bileşen parçalarının bir karışımından kendi kendine bir araya gelme fenomeni olabilir. Bu, örneğin alt birimlerinden çok bileşenli proteinlerin oluşumunu, bileşen parçalarından - proteinler ve nükleik asitler - virüslerin oluşumunu, proteinlerinin ve nükleik bileşenlerinin ayrılmasından sonra ribozomların orijinal yapısının restorasyonunu içerir. Bu fenomenlerin incelenmesi, biyopolimer moleküllerinin ana fenomeni olan "tanıma" bilgisi ile doğrudan ilişkilidir. Buradaki nokta, nükleik asitlerdeki amino asitlerin hangi kombinasyonlarının - protein moleküllerinde veya nükleotitlerde - kesinlikle spesifik, önceden belirlenmiş bir bileşim ve yapının komplekslerinin oluşumu ile bireysel moleküllerin birleşme süreçleri sırasında birbirleriyle etkileşime girdiğini bulmaktır. Bunlar, alt birimlerinden karmaşık proteinlerin oluşum süreçlerini içerir; ayrıca nükleik asit molekülleri arasındaki seçici etkileşim, örneğin taşıma ve matris (bu durumda, genetik kodun keşfi bilgilerimizi önemli ölçüde genişletmiştir); son olarak, bu, hem proteinlerin hem de nükleik asitlerin katıldığı birçok yapı türünün (örneğin ribozomlar, virüsler, kromozomlar) oluşumudur. Karşılık gelen yasaların ifşası, bu etkileşimlerin altında yatan “dilin” bilgisi, matematiksel dilbilimin hala gelişmeyi bekleyen en önemli alanlarından biridir. Bu alan, tüm biyosfer için temel sorunların sayısına ait olarak kabul edilir. Moleküler biyolojinin sorunları. Belirtilen önemli görevlerin yanı sıra M. yapacaktı. ("tanıma", kendi kendini bir araya getirme ve bütünleştirme kalıpları bilgisi) gerçek bir yön bilimsel araştırma en yakın gelecek, yapıyı deşifre etmek için yöntemlerin geliştirilmesi ve ardından yüksek moleküler nükleik asitlerin üç boyutlu, uzamsal organizasyonudur. Bu şimdiye kadar elde edildi Genel Plan DNA'nın üç boyutlu yapısı (çift sarmal), ancak birincil yapısı hakkında kesin bilgi yoktur. Analitik yöntemlerin geliştirilmesindeki hızlı ilerleme, önümüzdeki yıllarda bu hedeflere ulaşılmasını güvenle beklememizi sağlar. Burada tabii ki asıl katkılar başta fizik ve kimya olmak üzere ilgili bilimlerin temsilcilerinden gelmektedir. Kullanımı M. b.'nin ortaya çıkmasını ve başarısını sağlayan en önemli yöntemlerin tümü fizikçiler tarafından önerildi ve geliştirildi (ultrasantrifüjleme, X-ışını kırınım analizi, elektron mikroskobu, nükleer manyetik rezonans, vb.). Neredeyse tüm yeni fiziksel deneysel yaklaşımlar (örneğin, bilgisayar kullanımı, senkrotron veya bremsstrahlung, radyasyon, lazer teknolojisi ve diğerleri), M. b. Pratik nitelikteki en önemli görevler arasında, cevabı M. b.'den beklenen, ilk etapta habis büyümenin moleküler temeli sorunu, ardından - kalıtsal hastalıkları önleme ve belki de üstesinden gelme yolları - " moleküler hastalıklar" (Bkz. Moleküler hastalıklar). Biyolojik katalizin moleküler temelinin, yani enzimlerin etkisinin aydınlatılması büyük önem taşımaktadır. En önemlileri arasında modern trendler Mb. hormonların moleküler etki mekanizmalarını deşifre etme arzusunu içermelidir (Bkz. Hormonlar) ,
toksik ve tıbbi maddelerin yanı sıra, maddelerin penetrasyon ve taşınması süreçlerinin düzenlenmesinde yer alan biyolojik zarlar gibi hücresel yapıların moleküler yapısının ve işleyişinin ayrıntılarını bulmak. Daha uzak hedefler M. b. - sinir süreçlerinin doğası, hafıza mekanizmaları (Bkz. Hafıza) vb. M. b. - Lafta. mikroplardan başlayarak (tek hücreli) ve insanlarla biten (ikinci durumda, öncelikle radikal tedavi amacıyla) canlı organizmaların genetik aparatının (Genom) amaçlı çalışmasını görev olarak belirleyen genetik mühendisliği kalıtsal hastalıklar (Bkz. Kalıtsal hastalıklar) ve genetik kusurların düzeltilmesi ). İnsan genetik temeline yönelik daha kapsamlı müdahaleler ancak az çok uzak bir gelecekte tartışılabilir, çünkü bu durumda hem teknik hem de temel ciddi engeller ortaya çıkar. Mikroplarla ilgili olarak, bitkiler ve mümkündür ve sayfa - x. Hayvanlar için bu tür beklentiler çok cesaret vericidir (örneğin, havadan nitrojeni sabitlemek için bir aparata sahip olan ve gübreye ihtiyaç duymayan ekili bitki çeşitlerinin elde edilmesi). Halihazırda elde edilen başarılara dayanmaktadırlar: genlerin izolasyonu ve sentezi, genlerin bir organizmadan diğerine transferi, toplu hücre kültürlerinin ekonomik veya tıbbi açıdan önemli maddelerin üreticileri olarak kullanılması. Moleküler biyolojide araştırma organizasyonu. M.'nin hızlı gelişimi. çok sayıda uzmanlaşmış araştırma merkezinin ortaya çıkmasına neden oldu. Sayıları hızla artıyor. En büyüğü: Birleşik Krallık'ta - Cambridge'deki Moleküler Biyoloji Laboratuvarı, Londra'daki Kraliyet Enstitüsü; Fransa'da - Paris, Marsilya, Strasbourg'daki moleküler biyoloji enstitüleri, Pasteur Enstitüsü; ABD'de - bölümler M. b. Boston'daki üniversitelerde ve enstitülerde (Harvard Üniversitesi, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü), San Francisco (Berkeley), Los Angeles (California Institute of Technology), New York (Rockefeller Üniversitesi), Bethesda'daki Sağlık Enstitüleri vb.; Almanya'da - Max Planck enstitüleri, Göttingen ve Münih'teki üniversiteler; İsveç'te Stockholm'deki Karolinska Enstitüsü; Doğu Almanya'da - Berlin'deki Merkez Moleküler Biyoloji Enstitüsü, Jena ve Halle'deki enstitüler; Macaristan'da - Szeged'deki Biyolojik Merkez. SSCB'de ilk uzman enstitü M. olacaktı. 1957'de Moskova'da SSCB Bilimler Akademisi sisteminde kuruldu (bkz.
);
daha sonra aşağıdakiler oluşturuldu: Moskova'daki SSCB Bilimler Akademisi Biyoorganik Kimya Enstitüsü, Pushchino'daki Protein Enstitüsü, Atom Enerjisi Enstitüsü (Moskova) Biyoloji Bölümü ve M. b. Novosibirsk'teki Bilimler Akademisi Sibirya Şubesi enstitülerinde, Moskova Devlet Üniversitesi Bölümler Arası Biyoorganik Kimya Laboratuvarı, Kiev'deki Ukrayna SSR Bilimler Akademisi Moleküler Biyoloji ve Genetik Sektörü (daha sonra Enstitü) ; M. b. Leningrad'daki Makromoleküler Bileşikler Enstitüsü'nde, SSCB Bilimler Akademisi'nin ve diğer bölümlerin bir dizi bölüm ve laboratuvarında yürütülmektedir. Bireysel araştırma merkezleriyle birlikte, daha geniş ölçekli kuruluşlar ortaya çıktı. Batı Avrupa'da, Avrupa M. Örgütü ortaya çıktı. (EMBO), 10'dan fazla ülkenin katıldığı. SSCB'de, 1966'da Moleküler Biyoloji Enstitüsünde, bu bilgi alanında koordinasyon ve organizasyon merkezi olan M. B. Bilimsel Konseyi kuruldu. M.B.'nin en önemli bölümleri üzerine kapsamlı bir monografi serisi yayınladı, M.B. hakkında “kış okulları” düzenli olarak düzenleniyor, konferanslar ve sempozyumlar düzenleniyor. güncel konular Mb. Gelecekte, M. hakkında bilimsel tavsiyeler olacaktır. SSCB Tıp Bilimleri Akademisinde ve birçok cumhuriyet Bilimler Akademisinde oluşturulmuştur. Moleküler Biyoloji dergisi 1966'dan beri yayınlanmaktadır (yılda 6 sayı). Oldukça kısa bir süre için, SSCB'de M. alanında önemli bir araştırmacı grubu büyüdü; bunlar, ilgi alanlarını diğer alanlardan kısmen değiştirmiş eski nesil bilim adamlarıdır; çoğunlukla çok sayıda genç araştırmacıdır. M. b.'nin oluşumunda ve gelişmesinde aktif rol alan önde gelen bilim adamlarından. SSCB'de A. A. Baev, A. N. Belozersky, A. E. Braunshtein, Yu. A. Ovchinnikov, A. S. Spirin, M. M. Shemyakin, V. A. Engelgardt gibi isimler verilebilir. M.'nin yeni başarıları. ve moleküler genetik, CPSU Merkez Komitesi ve SSCB Bakanlar Konseyi'nin (Mayıs 1974) "Moleküler biyoloji ve moleküler genetiğin gelişimini ve başarılarının ulusal düzeyde kullanılmasını hızlandırmaya yönelik önlemler hakkında" kararıyla desteklenecektir. ekonomi." Aydınlatılmış.: Wagner R., Mitchell G., Genetik ve metabolizma, çev. İngilizceden, M., 1958; Szent-Gyorgy ve A., Bioenergetics, çev. İngilizceden, M., 1960; Anfinsen K., Evrimin moleküler temeli, çev. İngilizceden, M., 1962; Stanley W., Valens E., Virüsler ve hayatın doğası, çev. İngilizceden, M., 1963; Moleküler genetik, çev. İle. İngilizce, bölüm 1, M., 1964; Volkenstein M.V., Moleküller ve yaşam. Moleküler biyofiziğe giriş, M., 1965; Gaurowitz F., Kimya ve proteinlerin fonksiyonları, çev. İngilizceden, M., 1965; Bresler S. E., Moleküler biyolojiye giriş, 3. baskı, M. - L., 1973; Ingram V., Makromoleküllerin Biyosentezi, çev. İngilizceden, M., 1966; Engelhardt V. A., Moleküler biyoloji, kitapta: SSCB'de biyolojinin gelişimi, M., 1967; Moleküler biyolojiye giriş, çev. İngilizceden, M., 1967; Watson, J., Genin Moleküler Biyolojisi, çev. İngilizceden, M., 1967; Finean J., Biyolojik ince yapılar, çev. İngilizceden, M., 1970; Bendoll, J., Kaslar, Moleküller ve Hareket, çev. İngilizceden, M., 1970; İçhas M., Biyolojik kod, çev. İngilizceden, M., 1971; Virüslerin moleküler biyolojisi, M., 1971; Protein biyosentezinin moleküler temelleri, M., 1971; Bernhard S., Enzimlerin yapısı ve işlevi, çev. İngilizceden, M., 1971; Spirin A.S., Gavrilova L.P., Ribozom, 2. baskı, M., 1971; Frenkel-Konrat H., Virüslerin kimyası ve biyolojisi, çev. İngilizceden, M., 1972; Smith C., Hanewalt F., Moleküler Fotobiyoloji. Devre dışı bırakma ve kurtarma süreçleri, çev. İngilizceden, M., 1972; Harris G., İnsan biyokimyasal genetiğinin temelleri, çev. İngilizceden, M., 1973. V. A. Engelhardt. Büyük Sovyet Ansiklopedisi. - M.: Sovyet Ansiklopedisi.
1969-1978
.
- Konuyla ilgili konuşmanın gelişimi üzerine sunum: "Okul öncesi çocuklar için konuşma oyunları ve alıştırmalar" (yaşa göre) Okul öncesi çocukların konuşma gelişimi sunumunu indirin
- "Kar ve kar" A. Blok. Alexander Blok - Kar ve kar: Evden karlı genişliğe şiir
- Okul öncesi çocuklar için ekolojik masallar Çocuklar için havada kim yaşıyor hikayesi
- Bir çocukta doğru ve yetkin konuşma nasıl geliştirilir?