طرق البيولوجيا الجزيئية والتكنولوجيا الحيوية الجزيئية. الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية - أين تدرس؟ المهنة في الوجوه

(البيولوجيا الجزيئية / -بيولوجين)

• يكتب

  المهنة بعد التخرج

• مرتب

  3667-5623 يورو شهريًا

يدرس علماء الأحياء الجزيئية العمليات الجزيئية كأساس لجميع عمليات الحياة. بناءً على النتائج التي تم الحصول عليها ، يطورون مفاهيم لاستخدام العمليات الكيميائية الحيوية ، على سبيل المثال في البحث الطبي والتشخيص أو في التكنولوجيا الحيوية. بالإضافة إلى ذلك ، قد يشاركون في تصنيع المنتجات الصيدلانية أو تطوير المنتجات أو ضمان الجودة أو الاستشارات الصيدلانية.

مسؤوليات عالم الأحياء الجزيئية

يمكن لعلماء الأحياء الجزيئية العمل في مجالات مختلفة. على سبيل المثال ، تتعلق باستخدام نتائج البحث للإنتاج في مجالات مثل الهندسة الوراثية أو كيمياء البروتين أو علم العقاقير (اكتشاف الأدوية). في الصناعات الكيميائية والصيدلانية ، تسهل نقل المنتجات المطورة حديثًا من البحث إلى الإنتاج وتسويق المنتجات وإرشادات المستخدم.

في البحث العلمي ، يدرس علماء الأحياء الجزيئية المادة الكيميائية الخصائص الفيزيائيةالمركبات العضوية ، وكذلك العمليات الكيميائية (في مجال التمثيل الغذائي الخلوي) في الكائنات الحية ونشر نتائج البحث. في الأعلى المؤسسات التعليميةيقومون بتدريس الطلاب ، والاستعداد للمحاضرات والندوات ، والتحقق من الأعمال الكتابية وإدارة الامتحانات. لا يمكن ممارسة النشاط العلمي المستقل إلا بعد الحصول على درجتي الماجستير والدكتوراه.

أين يعمل علماء الأحياء الجزيئية؟

يجد علماء الأحياء الجزيئية عملاً ، مثل

• في معاهد البحث ، على سبيل المثال في مجالات العلوم والطب
• في مؤسسات التعليم العالي
• في الصناعة الكيميائية الصيدلانية
• في أقسام حماية البيئة

راتب عالم الأحياء الجزيئية

مستوى الراتب الذي يتقاضاه علماء الأحياء الجزيئية في ألمانيا هو

• من 3667 يورو إلى 5623 يورو شهريًا

(حسب مختلف المكاتب الإحصائية وخدمات التوظيف في ألمانيا)

مهام ومسؤوليات عالم الأحياء الجزيئية بالتفصيل

ما هو جوهر مهنة عالم الأحياء الجزيئي

يدرس علماء الأحياء الجزيئية العمليات الجزيئية كأساس لجميع عمليات الحياة. بناءً على النتائج التي تم الحصول عليها ، يطورون مفاهيم لاستخدام العمليات الكيميائية الحيوية ، على سبيل المثال في البحث الطبي والتشخيص أو في التكنولوجيا الحيوية. بالإضافة إلى ذلك ، قد يشاركون في تصنيع المنتجات الصيدلانية أو تطوير المنتجات أو ضمان الجودة أو الاستشارات الصيدلانية.

علم الأحياء الجزيئي المهنة

يتعامل علم الأحياء الجزيئي أو علم الوراثة الجزيئي مع دراسة التركيب والتركيب الحيوي للأحماض النووية والعمليات التي ينطوي عليها نقل هذه المعلومات وتحقيقها في شكل بروتينات. هذا يجعل من الممكن فهم الاضطرابات المؤلمة لهذه الوظائف ، وربما علاجها بمساعدة العلاج الجيني. هناك واجهات للتكنولوجيا الحيوية والهندسة الوراثية التي تخلق كائنات بسيطة، مثل البكتيريا والخميرة ، لإتاحة المواد ذات الأهمية الدوائية أو التجارية على نطاق صناعي من خلال الطفرات المستهدفة.

نظرية وممارسة البيولوجيا الجزيئية

تقدم الصناعة الكيميائية الصيدلانية العديد من مجالات العمل علماء الأحياء الجزيئية. في البيئات الصناعية ، يقومون بتحليل عمليات التحول البيولوجي أو تطوير وتحسين عمليات الإنتاج الميكروبيولوجي للمكونات النشطة والوسائط الصيدلانية. بالإضافة إلى ذلك ، يشاركون في انتقال المنتجات المطورة حديثًا من البحث إلى الإنتاج. من خلال أداء مهام الفحص ، فإنهم يضمنون أن مرافق الإنتاج والمعدات والأساليب التحليلية وجميع خطوات إنتاج المنتجات الحساسة مثل الأدوية تفي دائمًا بمعايير الجودة المطلوبة. بالإضافة إلى ذلك ، ينصح علماء الأحياء الجزيئية المستخدمين باستخدام المنتجات الجديدة.

غالبًا ما تتطلب المناصب الإدارية برنامج الماجستير.

علماء الأحياء الجزيئية في البحث والتعليم

في مجال العلم والبحث ، يتعامل علماء الأحياء الجزيئية مع موضوعات مثل التعرف على البروتينات في الخلية ونقلها وطيها وتدوينها. يتم نشر نتائج البحث ، التي هي أساس التطبيقات العملية في مختلف المجالات ، وبالتالي إتاحتها للعلماء والطلاب الآخرين. في المؤتمرات والمؤتمرات ، يناقشون ويقدمون نتائج الأنشطة العلمية. يلقي علماء الأحياء الجزيئية محاضرات وندوات ، ويشرفون عمل علميوإجراء الامتحانات.

يتطلب النشاط العلمي المستقل درجة الماجستير والدكتوراه.

1 المقدمة.

موضوع ومهام وطرق البيولوجيا الجزيئية وعلم الوراثة. أهمية علم الوراثة وعلم الوراثة "الكلاسيكي" للكائنات الدقيقة في تطوير البيولوجيا الجزيئية والهندسة الوراثية. مفهوم الجين في علم الوراثة "الكلاسيكي" والجزيئي وتطوره. مساهمة منهجية الهندسة الوراثية في تطوير علم الوراثة الجزيئي. القيمة التطبيقية للهندسة الوراثية للتكنولوجيا الحيوية.

2. الأسس الجزيئية للوراثة.

مفهوم الخلية ، تكوينها الجزيئي. طبيعة المادة الوراثية. تاريخ الأدلة على الوظيفة الجينية للحمض النووي.

2.1. أنواع مختلفة من الأحماض النووية.الوظائف البيولوجية للأحماض النووية. التركيب الكيميائي والتركيب المكاني والخصائص الفيزيائية للأحماض النووية. السمات الهيكلية للمادة الوراثية من الكائنات الأولية وحقيقيات النوى. أزواج قاعدة Watson-Crick التكميلية. الكود الجيني. تاريخ فك الشفرة الجينية. الخصائص الرئيسية للكود: ثلاثي ، كود بدون فواصل ، انحطاط. ميزات قاموس الكود ، وعائلات الكودونات ، والكودونات الدلالية و "التي لا معنى لها". جزيئات الدنا الدائرية ومفهوم الالتفاف الفائق للحمض النووي. توبويزومرات الحمض النووي وأنواعها. آليات عمل توبويزوميراز. الجريز DNA البكتيري.

2.2. نسخ الحمض النووي.بوليميراز الحمض النووي الريبي بدائية النواة ووحدته الفرعية وثلاثية الأبعاد. مجموعة متنوعة من عوامل سيجما. محفز الجينات بدائية النواة ، عناصره الهيكلية. مراحل دورة النسخ. البدء ، وتشكيل "مجمع مفتوح" ، واستطالة وإنهاء النسخ. توهين النسخ. تنظيم تعبير أوبرا التربتوفان. "مفاتيح الريبوس". آليات إنهاء النسخ. التنظيم السلبي والإيجابي للنسخ. أوبرون اللاكتوز. تنظيم النسخ في تطوير عاثيات لامدا. مبادئ التعرف على الحمض النووي بواسطة البروتينات التنظيمية (بروتين CAP و lambda phage repressor). ميزات النسخ في حقيقيات النوى. معالجة الحمض النووي الريبي في حقيقيات النوى. السد والربط وبولي أدينيللين للنصوص. آليات الربط. دور الحمض النووي الريبي النووي الصغير وعوامل البروتين. التضفير البديل ، أمثلة.

2.3 إذاعة، مراحلها ، وظيفة الريبوسومات. موقع الريبوسومات في الخلية. أنواع بدائية النواة وحقيقية النواة من الريبوسومات ؛ 70S و 80S الريبوسومات. مورفولوجيا الريبوسومات. التقسيم إلى جسيمات فرعية (وحدات فرعية). الارتباط المعتمد على الكودون لـ aminoacyl-tRNA في دورة الاستطالة. تفاعل Codon-Anticodon. مشاركة عامل الاستطالة EF1 (EF-Tu) في ارتباط aminoacyl-tRNA بالريبوسوم. عامل الاستطالة EF1B (EF-Ts) ، وظيفته ، تسلسل التفاعلات بمشاركته. تؤثر المضادات الحيوية على مرحلة الارتباط المعتمد على الكودون لـ aminoacyl-tRNA بالريبوسوم. المضادات الحيوية أمينوغليكوزيد (ستربتومايسين ، نيومايسين ، كاناميسين ، جنتاميسين ، إلخ) ، آلية عملها. التتراسيكلين كمثبطات للأمينو أسيل- الحمض الريبي النووي النقال المرتبطة بالريبوسوم. بدء البث. المراحل الرئيسية لعملية البدء. بدء الترجمة في بدائيات النوى: عوامل البدء ، وكودونات البادئ ، و RNA 3 ¢ - نهاية الوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة ، وتسلسل Shine-Dalgarno في mRNA. بدء الترجمة في حقيقيات النوى: عوامل البدء ، رموز البادئ ، منطقة غير مترجمة 5 ¢ وبدء طرفي يعتمد على الغطاء. بدء "داخلي" مستقل عن الغطاء في حقيقيات النوى. رشح. مثبطات Transpeptidation: كلورامفينيكول ، لينكومايسين ، أميسيتين ، ستربتوجرينات ، أنيسوميسين. النقل. إشراك عامل الاستطالة EF2 (EF-G) و GTP. مثبطات الإزاحة: حمض الفوسيديك ، فيوميسين ، آليات عملها. إنهاء الترجمة. رموز الإنهاء. عوامل إنهاء بروتين بدائيات النوى وحقيقيات النوى ؛ فئتين من عوامل الإنهاء وآليات عملها. تنظيم الترجمة في بدائيات النوى.

2.4 تكرار الحمض النوويوالتحكم الجيني. تشارك البوليمرات في النسخ المتماثل ، وخصائصها الأنشطة الأنزيمية. إخلاص الحمض النووي. دور التفاعلات الفراغية بين أزواج قاعدة الحمض النووي أثناء النسخ المتماثل. الإشريكية القولونية بوليميراز الأول والثاني والثالث. وحدات فرعية Polymerase III. شوكة النسخ المتماثل ، مؤشرات الترابط "البادئة" و "المتأخرة" أثناء النسخ المتماثل. شظايا من أوكازاكي. مجمع البروتينات في شوكة النسخ المتماثل. تنظيم بدء النسخ المتماثل في الإشريكية القولونية. إنهاء تكاثر البكتيريا. ميزات تنظيم تكاثر البلازميد. تكرار الحلقات ثنائية الاتجاه والمتداول.

2.5 إعادة التركيبوأنواعها ونماذجها. إعادة التركيب العام أو المتماثل. شقوق مزدوجة في الحمض النووي تبدأ في إعادة التركيب. دور إعادة التركيب في إصلاح ما بعد النسخ المتماثل للكسر المزدوج. هيكل هوليداي في نموذج إعادة التركيب. إنزيم إعادة التركيب العام في الإشريكية القولونية. مجمع RecBCD. بروتين ريكا. دور إعادة التركيب في ضمان تخليق الحمض النووي في تلف الحمض النووي يقطع التكرار. إعادة التركيب في حقيقيات النوى. إنزيمات إعادة التركيب في حقيقيات النوى. إعادة التركيب الخاصة بالموقع. الاختلافات في الآليات الجزيئية لإعادة التركيب العام والخاص بالموقع. تصنيف إعادة التركيب. أنواع إعادة ترتيب الكروموسومات التي يتم إجراؤها أثناء إعادة التركيب الخاص بالموقع. الدور التنظيمي لإعادة التركيب الخاص بالموقع في البكتيريا. بناء كروموسومات حقيقية النواة متعددة الخلايا باستخدام نظام إعادة تركيب الملتهمة الخاص بالموقع.

2.6. إصلاح الحمض النووي.تصنيف أنواع الجبر. الإصلاح المباشر لثايمين الثايمين والجوانين الميثيل. قطع القواعد. جليكوزيلات. آلية إصلاح النيوكليوتيدات غير المتزاوجة (إصلاح عدم التطابق). اختيار خيط الحمض النووي المراد إصلاحه. إصلاح SOS. خصائص بوليميرات الحمض النووي المشاركة في إصلاح SOS في بدائيات النوى وحقيقيات النوى. مفهوم "الطفرات التكيفية" في البكتيريا. إصلاح فواصل الخيط المزدوج: إعادة التركيب المتماثل بعد التكاثر وترابط الأطراف غير المتجانسة لجزيء الحمض النووي. العلاقة بين عمليات التكرار وإعادة التركيب والجبر.

3. عملية الطفرة.

دور المسوخات البيوكيميائية في تكوين نظرية جين واحد - إنزيم واحد. تصنيف الطفرة. الطفرات النقطية وإعادة ترتيب الكروموسومات ، آلية تكوينها. الطفرات العفوية والمستحثة. تصنيف المطفرات. آلية الطفرات الجزيئية. العلاقة بين الطفرات والإصلاح. تحديد واختيار المسوخ. قمع: داخل الجين ، بين الجينات والنمط المظهري.

4. العناصر الوراثية خارج الصبغيات.

البلازميدات ، هيكلها وتصنيفها. عامل الجنس F ، هيكله و دورة الحياة. دور العامل F في تحريك نقل الكروموسوم. تشكيل المتبرعين Hfr و F. آلية الاقتران. الجراثيم ، هيكلها ودورة حياتها. العاثيات الخبيثة والمعتدلة. Lysogeny والتوصيل. التنبيغ العام والخاص. ترحيل العناصر الجينية: الترانسبوزونات وتسلسل IS ودورها في التمثيل الغذائي الجيني DNA - الينقولات في جينومات بدائيات النوى وحقيقيات النوى هي متواليات للبكتيريا ، وهيكلها متواليات IS كمكون لعامل F للبكتيريا ، والتي تحدد القدرة على نقل المواد الجينية أثناء الاقتران. وآليات التكرار للتبديل مفهوم نقل الينقولات الأفقية ودورها في إعادة الترتيب الهيكلي (إعادة التركيب خارج الرحم) وفي تطور الجينوم.

5. دراسة تركيب ووظيفة الجين.

عناصر التحليل الجيني. اختبار تكامل رابطة الدول المستقلة. رسم الخرائط الجينية باستخدام الاقتران والتوصيل والتحويل. بناء الخرائط الجينية. رسم الخرائط الجينية الدقيقة. التحليل الفيزيائي للبنية الجينية. تحليل مضاعف متباين. تحليل القيود. طرق التسلسل. تفاعل البلمرة المتسلسل. الكشف عن وظيفة الجين.

6. تنظيم التعبير الجيني. مفاهيم الأوبرا والريجولون. السيطرة على مستوى بدء النسخ. المروج والمشغل والبروتينات المنظمة. التحكم الإيجابي والسلبي في التعبير الجيني. التحكم في مستوى إنهاء النسخ. الأوبراونات التي يتحكم فيها الكاتابوليت: نماذج من اللاكتوز والجالاكتوز والأرابينوز والمالتوز. الأوبرا التي يتحكم فيها المخفف: نموذج لأوبرا التربتوفان. تنظيم متعدد التكافؤ للتعبير الجيني. أنظمة عالمية للتنظيم. الاستجابة التنظيمية للتوتر. مراقبة ما بعد النسخ. نقل الإشارة. تنظيم RNA بوساطة: RNAs صغير ، RNAs مستشعر.

7. أساسيات الهندسة الوراثية. إنزيمات التقييد والتعديلات. عزل واستنساخ الجينات. نواقل للاستنساخ الجزيئي. مبادئ بناء الحمض النووي المؤتلف وإدخالها في الخلايا المتلقية. الجوانب التطبيقية للهندسة الوراثية.

أ). الأدب الرئيسي:

1. Watson J.، Tooze J.، Recombinant DNA: A Brief Course. - م: مير ، 1986.

2. الجينات. - م: مير. 1987.

3. البيولوجيا الجزيئية: التركيب والتركيب الحيوي للأحماض النووية. / إد. . - مدرسة ثانوية م. 1990.

4. ، - التكنولوجيا الحيوية الجزيئية. م 2002.

5. ريبوسومات السبيرين والتخليق الحيوي للبروتين. - م: المدرسة العليا ، 1986.

ب). أدبيات إضافية:

1. هسين من الجينوم. - م: العلوم. 1984.

2. Rybchin الهندسة الوراثية. - سانت بطرسبرغ: جامعة سانت بطرسبرغ التقنية الحكومية. 1999.

3. جينات باتروشيف. - م: نوكا ، 2000.

4. علم الأحياء الدقيقة الحديث. بدائيات النوى (في مجلدين). - م: مير ، 2005.

5. إم سينجر ، بي بيرج. الجينات والجينومات. - م: مير ، 1998.

6. Shchelkunov الهندسة. - نوفوسيبيرسك: من Sib. الجامعة ، 2004.

7. علم الأحياء ستيبانوف. هيكل ووظائف البروتينات. - م: ف.ش. ، 1996.

عالم الأحياء الجزيئية هو باحث طبي مهمته ليست أقل من إنقاذ البشرية من الأمراض الخطيرة. من بين هذه الأمراض ، على سبيل المثال ، علم الأورام ، الذي أصبح اليوم أحد الأسباب الرئيسية للوفاة في العالم ، هو أدنى قليلاً من القائد - أمراض القلب والأوعية الدموية. طرق جديدة للتشخيص المبكر للأورام والوقاية والعلاج من السرطان - أولوية الطب الحديث. يقوم علماء الأحياء الجزيئية في مجال علم الأورام بتطوير الأجسام المضادة والبروتينات المؤتلفة (المعدلة وراثيًا) للتشخيص المبكر أو توصيل الأدوية المستهدفة في الجسم. يستخدم المتخصصون في هذا المجال أحدث إنجازات العلوم والتكنولوجيا لإنشاء كائنات جديدة ومواد عضوية من أجل مزيد من الاستخدامفي الأنشطة البحثية والسريرية. من بين الأساليب التي يستخدمها علماء الأحياء الجزيئية الاستنساخ ، وتعدوى العدوى ، وتفاعل البوليميراز المتسلسل ، وتسلسل الجينات ، وغيرها. إحدى الشركات المهتمة بعلماء الأحياء الجزيئية في روسيا هي PrimeBioMed LLC. تشارك المنظمة في إنتاج كواشف الأجسام المضادة للتشخيص أمراض الأورام. تستخدم هذه الأجسام المضادة بشكل أساسي لتحديد نوع الورم وأصله والورم الخبيث ، أي القدرة على الانتشار (الانتشار إلى أجزاء أخرى من الجسم). يتم تطبيق الأجسام المضادة على أقسام رقيقة من الأنسجة التي تم فحصها ، وبعد ذلك ترتبط في الخلايا ببروتينات معينة - علامات موجودة في الخلايا السرطانية ، ولكنها غائبة في الخلايا السليمة والعكس صحيح. اعتمادًا على نتائج الدراسة ، يتم وصف مزيد من العلاج. لا يشمل عملاء PrimeBioMed المؤسسات الطبية فحسب ، بل تشمل أيضًا المؤسسات العلمية ، حيث يمكن أيضًا استخدام الأجسام المضادة لحل مشكلات البحث. في مثل هذه الحالات ، يمكن إنتاج أجسام مضادة فريدة قادرة على الارتباط بالبروتين المدروس لمهمة محددة بترتيب خاص. هناك اتجاه آخر واعد لأبحاث الشركة يتمثل في إيصال الأدوية (المستهدف) إلى الجسم. في هذه الحالة ، يتم استخدام الأجسام المضادة كوسيلة نقل: بمساعدتهم ، يتم توصيل الأدوية مباشرة إلى الأعضاء المصابة. وبالتالي ، يصبح العلاج أكثر فعالية وله عواقب سلبية أقل على الجسم من العلاج الكيميائي ، على سبيل المثال ، الذي لا يؤثر فقط على الخلايا السرطانية ، ولكن أيضًا على الخلايا الأخرى. من المتوقع أن يزداد الطلب على مهنة عالم الأحياء الجزيئية في العقود القادمة: مع زيادة متوسط ​​العمر المتوقع للشخص ، سيزداد عدد أمراض الأورام. إن الاكتشاف المبكر للأورام وطرق العلاج المبتكرة بمساعدة المواد التي حصل عليها علماء الأحياء الجزيئية من شأنه إنقاذ الأرواح وتحسين جودتها لعدد كبير من الناس.

التعليم المهني الأساسي

تعكس النسب المئوية توزيع المتخصصين الحاصلين على مستوى تعليمي معين في سوق العمل. يتم تمييز التخصصات الرئيسية لإتقان المهنة باللون الأخضر.

القدرات والمهارات

• يجب أن تكون القدرة على التعامل مع الكواشف والعينات قادرة على العمل مع الأشياء الصغيرة
• القدرة على العمل بكميات كبيرة من المعلومات
• القدرة على العمل باليد

الاهتمامات والتفضيلات

• الشغف لتعلم شيء جديد
• القدرة على العمل في وضع تعدد المهام (من الضروري مراقبة تقدم العديد من ردود الفعل والعمليات في نفس الوقت)
• دقة
• المسؤولية (لا يمكنك مغادرة العمل "للغد" حيث قد تتلف العينات)
• الدقة
• الاجتهاد
• اليقظة (من الضروري مراقبة العمليات الدقيقة)

المهنة في الوجوه

ماريا شيتوفا

داريا سامويلوفا

أليكسي جراتشيف

تعد البيولوجيا الجزيئية في مجال علم الأورام مجالًا مهنيًا واعدًا ، نظرًا لأن مكافحة السرطان هي إحدى المهام ذات الأولوية للطب العالمي.

هناك طلب على علماء الأحياء الجزيئية في العديد من المجالات بسبب التطور النشط للعلوم والتكنولوجيا الحيوية والمؤسسات المبتكرة. حتى الآن ، هناك نقص بسيط في المتخصصين ، وخاصة أولئك الذين لديهم بعض الخبرة في تخصصهم. حتى الآن ، يواصل عدد كبير من الخريجين الذهاب للعمل في الخارج. الفرص بدأت في الظهور عمل فعالفي مجال التكنولوجيا الحيوية في روسيا ، لكن من السابق لأوانه الحديث عن الشخصية الجماعية.

ينطوي عمل عالم الأحياء الجزيئية على المشاركة النشطة للمتخصص في الأنشطة العلمية ، والتي تصبح آلية للتقدم الوظيفي. التطور في المهنة ممكن من خلال المشاركة في المشاريع والمؤتمرات العلمية ، ربما من خلال تطوير مجالات المعرفة ذات الصلة. أيضًا ، في المستقبل ، يكون التطوير الأكاديمي ممكنًا من باحث مبتدئ من خلال باحث كبير إلى باحث رائد وأستاذ و / أو رئيس قسم / مختبر.

مقابلة

بيروجوف سيرجي - مشارك في التحضير للأولمبياد في علم الأحياء ، الذي نظمته "الفيل والزرافة" في عام 2012.
الفائز بالجامعة الدولية في علم الأحياء
الفائز في الأولمبياد "لومونوسوف"
الفائز في المرحلة الإقليمية من أولمبياد عموم روسيا في علم الأحياء عام 2012
يدرس في جامعة موسكو الحكومية. م. لومونوسوف في كلية الأحياء: قسم البيولوجيا الجزيئية ، طالب في السنة السادسة. يعمل في مختبر علم الوراثة البيوكيميائية للحيوانات التابع لمعهد علم الوراثة الجزيئية.

- سريوزا ، إذا كان لدى القراء أسئلة ، فهل سيتمكنون من طرحها عليك؟

نعم ، بالطبع ، يمكنك طرح الأسئلة فورًا على الأقل. في هذا الحقل:

انقر هنا لطرح سؤال.

- لنبدأ بالمدرسة ، أليس لديك مدرسة رائعة؟

لقد درست في مدرسة موسكو ضعيفة للغاية ، مثل مدرسة ثانوية متوسطة. صحيح ، كان لدينا مدرس رائع في مسرح موسكو للفنون ، وبفضله كان لدينا توجه رمزي إلى حد كبير "تاريخ الفن" للمدرسة.

- ماذا عن علم الأحياء؟

كانت معلمة الأحياء لدينا امرأة مسنة جدًا وصماء وحادة ، كان الجميع يخافها. لكن الحب لموضوعها لم يضيف. لقد كنت شغوفًا بالبيولوجيا منذ الطفولة ، من سن الخامسة. لقد قرأت كل شيء بنفسي ، حيث كنت أجد نفسي في علم التشريح وعلم الحيوان. لذلك كانت المواد الدراسية موجودة بالتوازي مع اهتماماتي الخاصة. غيرت الألعاب الأولمبية كل شيء.

- أخبرني المزيد عنه.

في الصف السابع ، شاركت في المرحلة البلدية لأول مرة (بالطبع ، في جميع المواد تقريبًا مرة واحدة ، لأنني كنت الطالب الوحيد الذي كان لدى المعلمين سبب لإرساله). وفاز في علم الأحياء. ثم تعاملت المدرسة مع هذا على أنه حقيقة مضحكة ، لكنها ليست مثيرة للاهتمام.

- هل ساعدتك في المدرسة؟

أتذكر أنه على الرغم من دراساتي الرائعة ، فقد تلقيت في كثير من الأحيان B من مدرس الأحياء مع قطف الصئبان مثل "في رسم جزء من البصل ، يجب أن تكون الجذور مطلية باللون البني وليس الرمادي." كان كل شيء محبطًا جدًا. في الصف الثامن ، ذهبت مرة أخرى إلى الأولمبياد ، لكن لسبب ما لم يتم إرسالي في علم الأحياء. لكنه أصبح فائزًا وحائزًا على جوائز في مواضيع أخرى.

- ماذا حدث في الصف التاسع؟

في الصف التاسع ، لم أذهب إلى مرحلة المقاطعة. هناك سجلت بشكل غير متوقع نتيجة ضعيفة ، حدودية ، والتي تبين مع ذلك أنها انتقلت إلى المسرح الإقليمي. كان لهذا قوة دافعة قوية - إدراك مقدار ما لا أعرفه وعدد الأشخاص الذين يعرفون كل هذا (كم عدد هؤلاء الأشخاص على نطاق وطني كنت أخشى حتى أن أتخيله).

- أخبرنا كيف أعددت.

الدراسة الذاتية المكثفة ، والغزوات في المكتبات ، والآلاف من مهام العام الماضي كان لها تأثير علاجي. لقد سجلت أحد أعلى الدرجات للنظرية (والذي كان أيضًا غير متوقع تمامًا بالنسبة لي) ، وتم تمريره إلى المرحلة العملية... وفشلت. في ذلك الوقت ، لم أكن أعرف حتى عن وجود المرحلة العملية.

- هل أثرت الأولمبياد عليك؟

لقد تغيرت حياتي بشكل جذري. لقد تعلمت الكثير من الألعاب الأولمبية الأخرى ، خاصة أنني وقعت في حب SBO. بعد ذلك ، أظهر نتائج جيدة على الكثيرين ، وفاز ببعض ، بفضل Lomonosovskaya حصل على حق الدخول بدون امتحانات. في الوقت نفسه ، فزت بأولمبياد في تاريخ الفن ، والذي ما زلت أتنفسه بشكل غير متساو. صحيح أنه لم يكن صديقًا للجولات العملية. في الصف الحادي عشر ، ما زلت وصلت المرحلة الأخيرة، لكن Fortune لم تكن مواتية وهذه المرة لم يكن لدي الوقت لملء مصفوفة الإجابة في المرحلة النظرية. لكن هذا جعل من الممكن ألا تقلق كثيرًا بشأن العملية.

- هل قابلت العديد من الألعاب الأولمبية؟

نعم ، ما زلت أعتقد أنني كنت محظوظًا جدًا مع دائرة زملائي ، الذين وسعوا آفاقي بشكل كبير. الجانب الآخر من الأولمبياد ، بالإضافة إلى الدافع لدراسة الموضوع بشكل أكثر انسجامًا ، كان التعرف على الأولمبياد. لقد لاحظت بالفعل في ذلك الوقت أن الاتصال الأفقي يكون أحيانًا أكثر فائدة من الاتصال الرأسي - مع المعلمين في المعسكر التدريبي.

- كيف دخلت الجامعة؟ هل اخترت كلية؟

بعد الصف الحادي عشر ، التحقت بكلية الأحياء بجامعة موسكو الحكومية. فقط غالبية رفاقي في ذلك الوقت قاموا باختيارهم لصالح FBB ، ولكن الدور الأساسي هنا تم لعبه من خلال حقيقة أنني لم أصبح الفائز في All-Russian. لذلك كان عليّ أن أجري امتحانًا داخليًا في الرياضيات ، وفيه ، وخاصة المدرسة - لقد وقعت في حب الشخص الأعلى أكثر من ذلك بكثير - لم أكن قويًا. وكان الإعداد سيئًا للغاية في المدرسة (لم نكن مستعدين حتى للجزء C بأكمله تقريبًا). من حيث الاهتمامات ، حتى ذلك الحين كنت أعتقد أنه في النهاية ، يمكنك الوصول إلى أي نتيجة ، بغض النظر عن مكان القبول. بعد ذلك ، اتضح أن هناك العديد من خريجي FBB الذين تحولوا إلى علم الأحياء الرطب في الغالب ، والعكس صحيح - بدأ العديد من علماء المعلومات الحيوية الجيدين كهواة. على الرغم من أنه بدا لي في تلك اللحظة أن الوحدة في الكلية البيولوجية ستكون مختلفة عن فرقة FBBshny. في هذا كنت مخطئا بالتأكيد.

هل كنت تعلم؟

مثير للاهتمام

هل كنت تعلم؟

مثير للاهتمام

في مخيم Elephant and Giraffe ، هناك تحولات في الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية ، حيث يقوم تلاميذ المدارس ، جنبًا إلى جنب مع مدرسين ذوي خبرة من جامعة موسكو الحكومية ، بإجراء تجارب والاستعداد أيضًا للأولمبياد.

© أجرى المقابلة ريشيتوف دينيس. تم توفير الصور من قبل سيرجي بيروجوف.

يمكن القول أن البيولوجيا الجزيئية تدرس مظاهر الحياة على الهياكل أو الأنظمة غير الحية ذات العلامات الأولية للنشاط الحيوي (والتي يمكن أن تكون جزيئات بيولوجية كبيرة أو مجمعاتها أو عضياتها) ، وتدرس كيفية تحقيق العمليات الرئيسية التي تميز المادة الحية من خلال التفاعلات الكيميائيةوالتحولات.

تملي فصل علم الأحياء الجزيئي عن الكيمياء الحيوية إلى مجال علمي مستقل من خلال حقيقة أن مهمته الرئيسية هي دراسة بنية وخصائص الجزيئات الكبيرة البيولوجية المشاركة في عمليات مختلفةتوضيح آليات تفاعلهم. من ناحية أخرى ، تتناول الكيمياء الحيوية دراسة العمليات الفعلية للنشاط الحيوي ، وأنماط مسارها في كائن حي ، وتحولات الجزيئات التي تصاحب هذه العمليات. في نهاية المطاف ، تحاول البيولوجيا الجزيئية الإجابة على سؤال حول سبب حدوث هذه العملية أو تلك ، بينما تجيب الكيمياء الحيوية على أسئلة حول مكان وكيفية حدوث العملية المعنية من وجهة نظر الكيمياء.

قصة

بدأت البيولوجيا الجزيئية كمجال منفصل للكيمياء الحيوية في الظهور في ثلاثينيات القرن الماضي. عندها ، من أجل فهم أعمق لظاهرة الحياة ، نشأت الحاجة إلى دراسات هادفة على المستوى الجزيئي لعمليات تخزين ونقل المعلومات الوراثية في الكائنات الحية. ثم تم تحديد مهمة البيولوجيا الجزيئية في دراسة التركيب والخصائص والتفاعل بين الأحماض النووية والبروتينات. استخدم مصطلح "البيولوجيا الجزيئية" لأول مرة من قبل العالم الإنجليزي ويليام أستبري في سياق البحث المتعلق بتوضيح العلاقة بين التركيب الجزيئي والفيزيائي و الخصائص البيولوجيةالبروتينات الليفية مثل الكولاجين ، ليفبرين الدم أو بروتينات العضلات المقلصة.

في الأيام الأولى للبيولوجيا الجزيئية ، كان الحمض النووي الريبي يُعتبر مكونًا من النباتات والفطريات ، بينما كان يُنظر إلى الحمض النووي كمكوِّن نموذجي للخلايا الحيوانية. كان أندريه نيكولايفيتش بيلوزرسكي أول باحث يثبت وجود الحمض النووي في النباتات ، وهو الذي عزل الحمض النووي للبازلاء عام 1935. أثبت هذا الاكتشاف حقيقة أن الحمض النووي هو حمض نووي عالمي موجود في الخلايا النباتية والحيوانية.

كان الإنجاز الرئيسي هو إنشاء جورج بيدل وإدوارد تاتوم لعلاقة سببية مباشرة بين الجينات والبروتينات. في تجاربهم ، كشفوا الخلايا العصبية ( نيوروسبوراكراسا) التعرض للأشعة السينية الذي تسبب في حدوث طفرات. أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها أن هذا أدى إلى تغيير في خصائص بعض الإنزيمات.

في عام 1940 ، عزل ألبرت كلود الحبيبات المحتوية على الحمض النووي الريبي السيتوبلازمي من سيتوبلازم الخلايا الحيوانية ، والتي كانت أصغر من الميتوكوندريا. دعاهم الميكروسومات. بعد ذلك ، في دراسة بنية وخصائص الجسيمات المعزولة ، تم تحديد دورها الأساسي في عملية التخليق الحيوي للبروتين. في عام 1958 ، في الندوة الأولى المخصصة لهذه الجسيمات ، تقرر تسمية هذه الجسيمات بالريبوزومات.

خطوة أخرى مهمة في تطوير البيولوجيا الجزيئية كانت البيانات المنشورة لتجربة أوزوالد أفيري وكولين ماكليود وماكلين مكارثي في ​​عام 1944 ، والتي أظهرت أن الحمض النووي هو سبب التحول البكتيري. كان هذا أول دليل تجريبي على دور الحمض النووي في نقل المعلومات الوراثية ، مما أدى إلى فضح الفكرة السابقة لطبيعة البروتين للجينات.

في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي ، أظهر فريدريك سانجر أن سلسلة البروتين هي سلسلة فريدة من بقايا الأحماض الأمينية. في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي ، فك ماكس بيروتز وجون كيندرو التركيب المكاني للبروتينات الأولى. بالفعل في عام 2000 ، عُرفت مئات الآلاف من سلاسل الأحماض الأمينية الطبيعية وآلاف الهياكل المكانية للبروتينات.

في نفس الوقت تقريبًا ، سمح بحث إروين تشارجاف له بصياغة قواعد تصف نسبة القواعد النيتروجينية في الحمض النووي (تقول القواعد أنه بغض النظر عن اختلافات الأنواع في الحمض النووي ، فإن كمية الجوانين تساوي كمية السيتوزين وكمية الأدينين يساوي مقدارها في) ، والذي ساعد لاحقًا في تحقيق أكبر تقدم في علم الأحياء الجزيئي وأحد أعظم الاكتشافات في علم الأحياء بشكل عام.

وقع هذا الحدث في عام 1953 عندما قام جيمس واتسون وفرانسيس كريك ، بناءً على أعمال روزاليند فرانكلين وموريس ويلكينز في تحليل حيود الأشعة السينيةالحمض النووي ، أنشأ الهيكل المزدوج الذي تقطعت به السبل لجزيء الحمض النووي. مكّن هذا الاكتشاف من الإجابة على السؤال الأساسي حول قدرة حامل المعلومات الوراثية على التكاثر الذاتي وفهم آلية نقل هذه المعلومات. صاغ نفس العلماء مبدأ تكامل القواعد النيتروجينية ، وهو أمر ذو أهمية رئيسية لفهم آلية تكوين الهياكل فوق الجزيئية. هذا المبدأ ، الذي يستخدم الآن لوصف جميع المجمعات الجزيئية ، يجعل من الممكن وصف والتنبؤ بالظروف لظهور تفاعلات ضعيفة (غير متكافئة) بين الجزيئات ، والتي تحدد إمكانية تكوين الثانوية ، والثالثية ، وما إلى ذلك. هياكل الجزيئات الكبيرة ، والتجميع الذاتي للأنظمة البيولوجية فوق الجزيئية التي تحدد مجموعة متنوعة من الهياكل الجزيئية ومجموعاتها الوظيفية. ثم ، في عام 1953 ، ظهرت المجلة العلمية Journal of Molecular Biology. كان يرأسها جون كيندرو ، الذي كان مجال اهتمامه العلمي دراسة بنية البروتينات الكروية (جائزة نوبل في عام 1962 ، بالاشتراك مع ماكس بيروتز). تم تأسيس مجلة مشابهة باللغة الروسية تسمى علم الأحياء الجزيئي في الاتحاد السوفياتي من قبل في.أ.إنجلهاردت في عام 1966.

في عام 1958 ، صاغ فرانسيس كريك ما يسمى ب. العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية: فكرة عدم انعكاس تدفق المعلومات الجينية من الحمض النووي عبر الحمض النووي الريبي إلى البروتينات وفقًا لمخطط DNA → DNA (النسخ المتماثل ، إنشاء نسخة من DNA) ، DNA → RNA (النسخ ، نسخ الجينات) ، RNA → بروتين (ترجمة ، فك تشفير المعلومات حول بروتينات الهيكل). تم تصحيح هذه العقيدة إلى حد ما في عام 1970 ، مع الأخذ في الاعتبار المعرفة المتراكمة ، حيث تم اكتشاف ظاهرة النسخ العكسي بشكل مستقل بواسطة Howard Temin و David Baltimore: تم اكتشاف إنزيم - النسخ العكسي ، المسؤول عن تنفيذ النسخ العكسي - تشكيل DNA مزدوج الشريطة على قالب RNA أحادي السلسلة ، والذي يحدث في فيروسات الأورام. وتجدر الإشارة إلى أن الضرورة القصوى لتدفق المعلومات الجينية من الأحماض النووية إلى البروتينات لا تزال أساس علم الأحياء الجزيئي.

في عام 1957 ، أظهر الكسندر سيرجيفيتش سبرين ، مع أندريه نيكولايفيتش بيلوزرسكي ، أنه على الرغم من الاختلافات المهمة في تكوين النيوكليوتيدات للحمض النووي من كائنات مختلفة، فإن تكوين إجمالي الحمض النووي الريبي متشابه. بناءً على هذه البيانات ، توصلوا إلى استنتاج مثير مفاده أن إجمالي الحمض النووي الريبي للخلية لا يمكن أن يعمل كناقل للمعلومات الجينية من الحمض النووي إلى البروتينات ، لأنه لا يتوافق معها في تكوينها. في الوقت نفسه ، لاحظوا أن هناك جزءًا صغيرًا من الحمض النووي الريبي (RNA) ، والذي يتوافق تمامًا في تركيبته النوكليوتيدية مع الحمض النووي والذي يمكن أن يكون ناقلًا حقيقيًا للمعلومات الجينية من الحمض النووي إلى البروتينات. ونتيجة لذلك ، توقعوا وجود جزيئات صغيرة نسبيًا من الحمض النووي الريبي ، والتي تشبه في التركيب الأجزاء الفردية من الحمض النووي وتعمل كوسطاء في نقل المعلومات الجينية الموجودة في الحمض النووي إلى الريبوسوم ، حيث يتم تصنيع جزيئات البروتين باستخدام هذه المعلومات. في عام 1961 (S. Brenner و F. Jacob و M. Meselson من ناحية و F. في نفس الوقت طوروا مفهوم ونموذج الوحدات الوظيفية للحمض النووي - أوبرون ، مما جعل من الممكن شرح كيفية تنظيم التعبير الجيني في بدائيات النوى بالضبط.دراسة آليات التخليق الحيوي للبروتين ومبادئ التركيب الهيكلي جعل تنظيم وتشغيل الآلات الجزيئية - الريبوسومات - من الممكن صياغة افتراض يصف حركة المعلومات الجينية ، يسمى العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية: DNA - mRNA هو بروتين.

في عام 1961 وعلى مدى السنوات القليلة التالية ، قام كل من Heinrich Mattei و Marshall Nirenberg ، ثم Har Korana و Robert Holley ، بتنفيذ العديد من الأعمال لفك الشفرة الجينية ، ونتيجة لذلك تم إنشاء علاقة مباشرة بين بنية الحمض النووي والبروتينات المركبة وتسلسل النوكليوتيدات الذي يحدد مجموعة الأحماض الأمينية في البروتين. كما تم الحصول على بيانات عن عالمية الكود الجيني. تم وضع علامة على الاكتشافات جائزة نوبل 1968.

لتطوير الأفكار الحديثة حول وظائف الحمض النووي الريبي ، اكتشاف الحمض النووي الريبي غير المشفر ، على أساس نتائج أعمال ألكسندر سيرجيفيتش سبيرين مع أندريه نيكولايفيتش بيلوزرسكي في عام 1958 ، تشارلز برينر مع المؤلفين المشاركين وشاول Spiegelman في عام 1961 ، كان حاسما. يشكل هذا النوع من الحمض النووي الريبي الجزء الأكبر من الحمض النووي الريبي الخلوي. RNAs الريبوزومية هي في المقام الأول غير مشفرة.

تلقت طرق زراعة الخلايا الحيوانية وتهجينها تطوراً جدياً. في عام 1963 ، صاغ كل من فرانسوا جاكوب وسيدني برينر فكرة النسخ المتماثل ، وهي سلسلة من الجينات المتكاثرة بطبيعتها والتي تشرح الجوانب المهمة لتنظيم تكاثر الجينات.

في عام 1967 ، في مختبر A. S.

في عام 1968 ، تم إجراء اكتشاف أساسي مهم. بعد أن اكتشف أوكازاكي شظايا الحمض النووي للخيط المتأخر في دراسة عملية النسخ ، والتي سميت باسم شظايا أوكازاكي ، أوضح آلية تكاثر الحمض النووي.

في عام 1970 ، توصل هوارد تيمين وديفيد بالتيمور بشكل مستقل إلى اكتشاف هام: تم اكتشاف إنزيم - النسخ العكسي ، المسؤول عن تنفيذ النسخ العكسي - تكوين الحمض النووي المزدوج الشريطة على قالب RNA أحادي السلسلة ، والذي يحدث في فيروسات الأورام التي تحتوي على الحمض النووي الريبي.

كان الإنجاز المهم الآخر للبيولوجيا الجزيئية هو شرح آلية الطفرات على المستوى الجزيئي. نتيجة لسلسلة من الدراسات ، تم تحديد الأنواع الرئيسية للطفرات: الازدواج ، والانعكاس ، والحذف ، والانتقالات ، والتبديل. هذا جعل من الممكن النظر في التغيرات التطورية من وجهة نظر العمليات الجينية ، وجعل من الممكن تطوير نظرية الساعات الجزيئية ، والتي تستخدم في علم التطور.

بحلول بداية السبعينيات ، تمت صياغة المبادئ الأساسية لعمل الأحماض النووية والبروتينات في الكائن الحي. وجد أن البروتينات والأحماض النووية في الجسم يتم تصنيعها وفقًا لآلية مصفوفة ، يحمل جزيء المصفوفة معلومات مشفرة حول تسلسل الأحماض الأمينية (في البروتين) أو النيوكليوتيدات (في الحمض النووي). أثناء النسخ المتماثل (مضاعفة الحمض النووي) أو النسخ (تخليق الرنا المرسال) ، يعمل الحمض النووي كقالب أثناء الترجمة (تخليق البروتين) أو النسخ العكسي - مرنا.

وهكذا ، تم إنشاء المتطلبات النظرية لتطوير المجالات التطبيقية للبيولوجيا الجزيئية ، على وجه الخصوص ، الهندسة الوراثية. في عام 1972 ، طور بول بيرج وهربرت باور وستانلي كوهين تقنية الاستنساخ الجزيئي. ثم كانوا أول من حصل على الحمض النووي المؤتلف في المختبر. وقد أرست هذه التجارب المتميزة أسس الهندسة الوراثية ، ويعتبر هذا العام تاريخ ميلاد هذا الاتجاه العلمي.

في عام 1977 ، تطور فريدريك سانجر ، وبشكل مستقل آلان ماكسوم ووالتر جيلبرت أساليب مختلفةتحديد التركيب الأساسي (التسلسل) للحمض النووي. طريقة سانجر ، ما يسمى بطريقة إنهاء السلسلة ، هي أساس طريقة التسلسل الحديثة. يعتمد مبدأ التسلسل على استخدام القواعد ذات العلامات التي تعمل كمنهي في تفاعل التسلسل الدوري. أصبحت هذه الطريقة واسعة الانتشار بسبب القدرة على إجراء التحليل بسرعة.

1976 - فريدريك. قام سانجر بفك تشفير تسلسل النوكليوتيدات للحمض النووي للعاثية φΧ174 بطول 5375 زوجًا من النيوكليوتيدات.

1981 - أصبح فقر الدم المنجلي أول مرض وراثي يتم تشخيصه عن طريق تحليل الحمض النووي.

1982-1983 أدى اكتشاف الوظيفة التحفيزية للحمض النووي الريبي في المختبرات الأمريكية لكل من T. Check و S. Altman إلى تغيير الأفكار الحالية حول الدور الحصري للبروتينات. عن طريق القياس مع البروتينات التحفيزية - الإنزيمات ، كانت تسمى RNAs التحفيزية ribozymes.

اكتشف عام 1987 Keri Mullez تفاعل البلمرة المتسلسل ، والذي بفضله يمكن زيادة عدد جزيئات الحمض النووي بشكل كبير في المحلول بشكل كبير لمزيد من العمل. وهي اليوم من أهم طرق البيولوجيا الجزيئية المستخدمة في دراسة الأمراض الوراثية والفيروسية ودراسة الجينات والتعرف الجيني والقرابة ، إلخ.

في عام 1990 ، في الوقت نفسه ، نشرت ثلاث مجموعات من العلماء طريقة جعلت من الممكن الحصول بسرعة على رنا اصطناعي نشط وظيفيًا في المختبر (ريبوزيمات صناعية أو جزيئات تتفاعل مع روابط مختلفة - أبتامرات). هذه الطريقة تسمى "التطور في المختبر". وبعد ذلك بوقت قصير ، في 1991-1993 في مختبر A.B. أظهر Chetverina تجريبياً إمكانية وجود ونمو وتضخيم جزيئات RNA في شكل مستعمرات على وسائط صلبة.

في عام 1998 ، في وقت واحد تقريبًا ، وصف كريج ميلو وأندرو فاير الآلية التي لوحظت سابقًا في تجارب الجينات مع البكتيريا والزهور. تدخل الحمض النووي الريبي، حيث يؤدي جزيء RNA صغير مزدوج الشريطة إلى قمع معين للتعبير الجيني.

إن اكتشاف آلية تداخل الرنا له أهمية كبيرة. قيمة عمليةللبيولوجيا الجزيئية الحديثة. تُستخدم هذه الظاهرة على نطاق واسع في التجارب العلمية كأداة "لإيقاف" ، أي قمع التعبير عن الجينات الفردية. من الأمور ذات الأهمية الخاصة حقيقة أن هذه الطريقة تسمح بقمع عكسي (مؤقت) لنشاط الجينات المدروسة. البحث جار لتطبيق هذه الظاهرة في علاج الأمراض الفيروسية والأورام التنكسية والأمراض الأيضية. وتجدر الإشارة إلى أنه في عام 2002 ، تم اكتشاف طفرات من فيروسات شلل الأطفال يمكنها تجنب تداخل الحمض النووي الريبي ، لذلك يلزم بذل المزيد من العمل الشاق لتطوير حقًا طرق فعالةالعلاج على أساس هذه الظاهرة.

في 1999-2001 ، حددت عدة مجموعات من الباحثين بنية الريبوسوم البكتيري بدقة 5.5 إلى 2.4 أنجستروم.

غرض

لا يمكن المبالغة في تقدير إنجازات البيولوجيا الجزيئية في معرفة الطبيعة الحية. تم تحقيق نجاح كبير بفضل مفهوم البحث الناجح: يتم النظر في العمليات البيولوجية المعقدة من وجهة نظر الأنظمة الجزيئية الفردية ، مما يجعل من الممكن تطبيق طرق بحث فيزيائية كيميائية دقيقة. كما أنها جذبت العديد من العقول العظيمة من المجالات ذات الصلة بهذا المجال من العلوم: الكيمياء ، والفيزياء ، وعلم الخلايا ، وعلم الفيروسات ، والتي كان لها أيضًا تأثير مفيد على نطاق وسرعة تطور المعرفة العلمية في هذا المجال. جعلت الاكتشافات الهامة مثل تحديد بنية الحمض النووي وفك شفرة الشفرة الجينية والتعديل الاصطناعي الموجه للجينوم من الممكن فهم خصائص العمليات التنموية للكائنات بشكل أفضل وحل العديد من العلوم الأساسية والتطبيقية بنجاح. والطبية و المهام الاجتماعية، والتي كانت تعتبر حتى وقت قريب غير قابلة للحل.

موضوع دراسة البيولوجيا الجزيئية هو بشكل أساسي البروتينات والأحماض النووية والمجمعات الجزيئية (الآلات الجزيئية) التي تعتمد عليها والعمليات التي تشارك فيها.

الأحماض النووية عبارة عن بوليمرات خطية تتكون من وحدات نيوكليوتيد (مركبات من سكر خماسي مع مجموعة فوسفات في الذرة الخامسة من الدورة وواحدة من القواعد النيتروجينية الأربعة) مترابطة بواسطة رابطة استر من مجموعات الفوسفات. وبالتالي ، فإن الحمض النووي عبارة عن بوليمر فوسفات بنتوز بقواعد نيتروجينية كبدائل جانبية. التركيب الكيميائيتختلف سلسلة الحمض النووي الريبي عن الحمض النووي في أن الأول يتكون من دورة كربوهيدرات ريبوز مكونة من خمسة أعضاء ، بينما يتكون الثاني من مشتق ريبوز منزوع الهيدروكسيل - ديوكسي ريبوز. في الوقت نفسه ، تختلف هذه الجزيئات بشكل كبير في الفضاء ، لأن الحمض النووي الريبي هو جزيء مرن أحادي السلسلة ، في حين أن الحمض النووي هو جزيء مزدوج تقطعت به السبل.

البروتينات عبارة عن بوليمرات خطية ، وهي سلاسل من الأحماض الأمينية ألفا مترابطة بواسطة رابطة الببتيد ، ومن هنا جاء اسمها الثاني - عديد الببتيدات. يتضمن تكوين البروتينات الطبيعية العديد من وحدات الأحماض الأمينية المختلفة - في البشر حتى 20 - ، والتي تحدد مجموعة متنوعة من الخصائص الوظيفية لهذه الجزيئات. تشارك هذه البروتينات أو غيرها من البروتينات في كل عملية تقريبًا في الجسم وتؤدي العديد من المهام: فهي تلعب دور الخلايا مواد بناء، توفير نقل المواد والأيونات ، وتحفيز تفاعلات كيميائية، هذه القائمة طويلة جدًا. تشكل البروتينات مطابقة جزيئية مستقرة لمستويات مختلفة من التنظيم (الهياكل الثانوية والثالثية) والمجمعات الجزيئية ، مما يوسع وظائفها. يمكن أن تتمتع هذه الجزيئات بخصوصية عالية لأداء مهام معينة بسبب تكوين بنية كروية مكانية معقدة. تضمن مجموعة متنوعة من البروتينات الاهتمام المستمر للعلماء بهذا النوع من الجزيئات.

تستند الأفكار الحديثة حول موضوع البيولوجيا الجزيئية إلى تعميم طرحه فرانسيس كريك لأول مرة في عام 1958 باعتباره العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية. كان جوهرها هو التأكيد على أن المعلومات الجينية في الكائنات الحية تمر بمراحل محددة بدقة من التنفيذ: النسخ من الحمض النووي إلى الحمض النووي عند مدخل الوراثة ، من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي ، ثم من الحمض النووي الريبي إلى البروتين ، والانتقال العكسي غير ممكن. كان هذا البيان صحيحًا جزئيًا فقط ، وبالتالي ، تم تصحيح العقيدة المركزية بالعين على البيانات المكتشفة حديثًا.

في الوقت الحالي ، هناك عدة طرق لتنفيذ المادة الجينية ، والتي تمثل تسلسلات مختلفة لتنفيذ الأنواع الثلاثة لوجود المعلومات الجينية: DNA و RNA والبروتين. في تسعة طرق ممكنة للإدراك ، يتم تمييز ثلاث مجموعات: هذه هي ثلاث تحولات عامة (عامة) ، والتي تتم بشكل طبيعي في معظم الكائنات الحية ؛ ثلاثة تحولات خاصة (خاصة) يتم إجراؤها في بعض الفيروسات أو في ظروف معملية خاصة ؛ ثلاثة تحولات غير معروفة (غير معروفة) ، يعتبر تنفيذها مستحيلاً.

تشمل التحولات الشائعة الطرق التالية لتنفيذ الشفرة الجينية: DNA → DNA (تكرار) ، DNA → RNA (نسخ) ، RNA → بروتين (ترجمة).

لإجراء نقل الصفات الوراثية ، يحتاج الآباء إلى نقل جزيء DNA كامل إلى أحفادهم. تسمى العملية التي يمكن من خلالها تصنيع نسخة دقيقة من الحمض النووي الأصلي ، وبالتالي يمكن نقل المادة الجينية ، بالنسخ المتماثل. يتم تنفيذه بواسطة بروتينات خاصة تفكك الجزيء (تصويب قسمه) ، وتزيل الحلزون المزدوج ، وباستخدام بوليميريز الحمض النووي ، تنشئ نسخة طبق الأصل من جزيء الحمض النووي الأصلي.

لضمان حياة الخلية ، فإنها تحتاج إلى الرجوع باستمرار إلى الشفرة الجينية المضمنة في الحلزون المزدوج للحمض النووي. ومع ذلك ، فإن هذا الجزيء كبير جدًا وغير متقن لاستخدامه كمصدر مباشر للمادة الوراثية لتخليق البروتين المستمر. لذلك ، في سياق تنفيذ المعلومات المضمنة في الحمض النووي ، هناك مرحلة وسيطة: تخليق mRNA ، وهو جزيء صغير أحادي السلسلة مكمل لجزء معين من DNA يشفر بروتينًا معينًا. يتم توفير عملية النسخ بواسطة بوليميراز RNA وعوامل النسخ. يمكن بعد ذلك توصيل الجزيء الناتج بسهولة إلى جزء الخلية المسؤول عن تخليق البروتين - الريبوسوم.

بعد دخول RNA الريبوسوم ، تبدأ المرحلة النهائية من إدراك المعلومات الجينية. في هذه الحالة ، يقرأ الريبوسوم الشفرة الجينية من الرنا المرسال في ثلاثة توائم تسمى الكودونات ويصنع البروتين المقابل بناءً على المعلومات الواردة.

في سياق التحولات الخاصة ، تتحقق الشفرة الجينية وفقًا لمخطط RNA → RNA (تكرار) ، RNA → DNA (نسخ عكسي) ، DNA → بروتين (ترجمة مباشرة). يتم تحقيق تكرار هذا النوع في العديد من الفيروسات ، حيث يتم تنفيذه بواسطة إنزيم RNA المعتمد على RNA polymerase. توجد إنزيمات مماثلة أيضًا في الخلايا حقيقية النواة ، حيث ترتبط بعملية إسكات الحمض النووي الريبي. تم العثور على النسخ العكسي في الفيروسات القهقرية ، حيث يتم تنفيذه بواسطة إنزيم النسخ العكسي للإنزيم ، وفي بعض الحالات في الخلايا حقيقية النواة ، على سبيل المثال ، أثناء تخليق التيلومير. يتم الإرسال الحي فقط في ظروف اصطناعية في نظام معزول خارج الخلية.

يعتبر أي من التحولات الثلاثة المحتملة للمعلومات الجينية من البروتين إلى البروتين أو الحمض النووي الريبي أو الحمض النووي مستحيلًا. يمكن أن تُعزى حالة عمل البريونات على البروتينات ، والتي نتج عنها تكوين بريون مماثل ، إلى نوع تحقيق بروتين المعلومات الجينية → البروتين. ومع ذلك ، فإنه ليس كذلك من الناحية الرسمية ، لأنه لا يؤثر على تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين.

إن تاريخ ظهور مصطلح "العقيدة المركزية" مثير للفضول. نظرًا لأن كلمة عقيدة تعني عمومًا بيانًا لا يخضع للشك ، والكلمة نفسها لها دلالة دينية واضحة ، فإن اختيارها كوصف لحقيقة علمية ليس شرعيًا تمامًا. وفقًا لفرانسيس كريك نفسه ، كان هذا خطأه. أراد أن يعطي النظرية المطروحة أهمية أكبر ، لتمييزها عن خلفية النظريات والفرضيات الأخرى ؛ لماذا قرر استخدام هذه الكلمة المهيبة ، في رأيه ، دون فهم معناها الحقيقي. الاسم ، ومع ذلك ، عالق.

البيولوجيا الجزيئية اليوم

أدى التطور السريع للبيولوجيا الجزيئية ، والاهتمام المستمر بالإنجازات في هذا المجال من جانب المجتمع ، والأهمية الموضوعية للبحث إلى ظهور عدد كبيرمراكز البحوث الرئيسية في البيولوجيا الجزيئية حول العالم. من بين أكبرها ، يجب ذكر ما يلي: مختبر البيولوجيا الجزيئية في كامبريدج ، والمعهد الملكي في لندن - في المملكة المتحدة ؛ معاهد البيولوجيا الجزيئية في باريس ومرسيليا وستراسبورغ ، ومعهد باستور - في فرنسا ؛ أقسام البيولوجيا الجزيئية في جامعة هارفارد ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وجامعة بيركلي ، ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، وجامعة روكفلر ، ومعهد الصحة العامة في بيثيسدا - في الولايات المتحدة الأمريكية ؛ معاهد ماكس بلانك ، والجامعات في غوتنغن وميونيخ ، والمعهد المركزي للبيولوجيا الجزيئية في برلين ، والمعاهد في يينا وهالي - في ألمانيا ؛ معهد كارولينسكا في ستوكهولم ، السويد.

المراكز الرائدة في هذا المجال في روسيا هي معهد البيولوجيا الجزيئية. معهد علم الوراثة الجزيئية RAS ، معهد بيولوجيا الجينات RAS ، معهد البيولوجيا الكيميائية الفيزيائية المسمى باسم V.A. A. N. Belozersky جامعة موسكو الحكومية. معهد إم في لومونوسوف للكيمياء الحيوية. A.N. Bach RAS ومعهد البروتين RAS في بوشينو.

اليوم ، يغطي مجال اهتمام علماء الأحياء الجزيئية مجموعة واسعة من القضايا العلمية الأساسية. كما كان من قبل ، يشغل الدور الرئيسي دراسة بنية الأحماض النووية والتخليق الحيوي للبروتين ، ودراسة بنية ووظائف الهياكل المختلفة داخل الخلايا وأسطح الخلايا. ومن مجالات البحث المهمة أيضًا دراسة آليات الاستقبال وإرسال الإشارات ، والآليات الجزيئية لنقل المركبات داخل الخلية وأيضًا من الخلية إلى البيئة الخارجية والعكس. من بين الاتجاهات الرئيسية للبحث العلمي في مجال البيولوجيا الجزيئية التطبيقية ، تعتبر مشكلة ظهور الأورام وتطورها من أهم أولوياتها. أيضا من المجالات الهامة جدا ، التي يدرسها قسم البيولوجيا الجزيئية - علم الوراثة الجزيئية ، دراسة الأساس الجزيئي لحدوث الأمراض الوراثية ، والأمراض الفيروسية ، مثل الإيدز ، وكذلك تطوير طرق لها الوقاية ، وربما العلاج على المستوى الجيني. وجدت اكتشافات وتطورات علماء الأحياء الجزيئية في الطب الشرعي تطبيقات واسعة. تم إجراء ثورة حقيقية في مجال تحديد الهوية الشخصية في الثمانينيات من قبل علماء من روسيا والولايات المتحدة الأمريكية وبريطانيا العظمى بفضل تطوير وتنفيذ طريقة "البصمة الجينية" - تحديد الحمض النووي في الممارسة اليومية. يستمر البحث في هذا المجال حتى يومنا هذا. الأساليب الحديثةتسمح لك بتحديد الشخص الذي يحتمل أن يكون الخطأ فيه واحدًا من المليار من المائة. بالفعل ، هناك تطوير نشط لمشروع جواز السفر الجيني ، والذي ، كما هو متوقع ، سيقلل بشكل كبير من معدل الجريمة.

المنهجية

اليوم ، تمتلك البيولوجيا الجزيئية ترسانة واسعة من الطرق لحل أكثرها تقدمًا وأكثرها المهام الصعبةتواجه العلماء.

واحدة من أكثر الطرق شيوعًا في علم الأحياء الجزيئي هو هلام الكهربائي، والذي يحل مشكلة فصل خليط من الجزيئات الكبيرة حسب الحجم أو الشحنة. دائمًا تقريبًا ، بعد فصل الجزيئات الكبيرة في الهلام ، يتم استخدام النشاف ، وهي طريقة تسمح لك بنقل الجزيئات الكبيرة من الجل (السورب) إلى سطح الغشاء لراحة العمل الإضافي معها ، ولا سيما التهجين. التهجين - تكوين الحمض النووي الهجين من خيطين من طبيعة مختلفة - طريقة تلعب دورًا مهمًا فيها البحوث الأساسية. يتم استخدامه لتحديد مكملشرائح مختلفة في DNA (DNA أنواع مختلفة) ، بمساعدتها ، يتم البحث عن جينات جديدة ، وتم اكتشاف تداخل RNA بمساعدتها ، وشكل مبدأها أساس البصمات الجينية.

تلعب طريقة التسلسل دورًا مهمًا في الممارسة الحديثة للبحث البيولوجي الجزيئي - تحديد تسلسل النيوكليوتيدات في الأحماض النووية والأحماض الأمينية في البروتينات.

لا يمكن تخيل البيولوجيا الجزيئية الحديثة بدون طريقة تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR). بفضل هذه الطريقة ، يتم إجراء زيادة في عدد (تضخيم) نسخ تسلسل DNA معين من أجل الحصول من جزيء واحد على كمية كافية من المادة لمزيد من العمل معها. يتم تحقيق نتيجة مماثلة بواسطة تقنية الاستنساخ الجزيئي ، حيث يتم إدخال تسلسل النوكليوتيدات المطلوب في الحمض النووي للبكتيريا (الأنظمة الحية) ، وبعد ذلك يؤدي تكاثر البكتيريا إلى النتيجة المرجوة. هذا النهج أكثر تعقيدًا من الناحية الفنية ، لكنه يسمح للشخص بالحصول على نتيجة التعبير عن تسلسل النوكليوتيدات المدروسة في وقت واحد.

أيضًا ، تُستخدم طرق التنبيذ الفائق على نطاق واسع في الأبحاث البيولوجية الجزيئية (لفصل الجزيئات الكبيرة ( كميات كبيرة) ، الخلايا ، العضيات) ، طرق الفحص المجهري للإلكترون والفلورة ، طرق القياس الطيفي ، تحليل حيود الأشعة السينية ، التصوير الشعاعي الذاتي ، إلخ.

بفضل التقدم التكنولوجي و بحث علميفي مجال الكيمياء والفيزياء والبيولوجيا وعلوم الكمبيوتر ، تتيح المعدات الحديثة إمكانية عزل الجينات الفردية والعمليات التي تشارك فيها ودراستها وتغييرها.