الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية - أين تدرس؟ البيولوجيا الجزيئية علماء الأحياء الجزيئية في البحث والتعليم

البيولوجيا الجزيئية

علم يحدد مهمته معرفة طبيعة الظواهر الحياتية من خلال دراسة الأشياء والأنظمة البيولوجية على مستوى يقترب من المستوى الجزيئي، وفي بعض الحالات يصل إلى هذا الحد. الهدف النهائي في هذه الحالة هو توضيح كيف وإلى أي مدى المظاهر المميزة للحياة، مثل الوراثة، والتكاثر من نوعها، والتخليق الحيوي للبروتين، والإثارة، والنمو والتطور، وتخزين ونقل المعلومات، وتحولات الطاقة، والتنقل، وما إلى ذلك، ترجع إلى بنية وخصائص وتفاعل جزيئات المواد المهمة بيولوجيًا، وفي المقام الأول الفئتان الرئيسيتان للبوليمرات الحيوية ذات الوزن الجزيئي العالي (انظر البوليمرات الحيوية) - البروتينات والأحماض النووية. سمة مميزة لـ M. b. - دراسة ظواهر الحياة على الجمادات أو تلك التي تتميز بأبسط مظاهر الحياة. وهي التكوينات البيولوجية من المستوى الخلوي وما دونه: العضيات تحت الخلوية، مثل نواة الخلية المعزولة، والميتوكوندريا، والريبوسومات، والكروموسومات، وأغشية الخلايا؛ علاوة على ذلك - الأنظمة التي تقف على حدود الطبيعة الحية وغير الحية - الفيروسات، بما في ذلك العاثيات، وتنتهي بالجزيئات العناصر الحاسمةالمادة الحية - الأحماض النووية (انظر الأحماض النووية) والبروتينات (انظر البروتينات).

م.ب. - مجال جديد من العلوم الطبيعية، يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمجالات البحث الراسخة، والتي تغطيها الكيمياء الحيوية (انظر الكيمياء الحيوية)، والفيزياء الحيوية (انظر الفيزياء الحيوية)، والكيمياء العضوية الحيوية (انظر الكيمياء العضوية الحيوية). ولا يمكن التمييز هنا إلا على أساس الأخذ في الاعتبار الأساليب المستخدمة والطبيعة الأساسية للنهج المستخدمة.

الأساس الذي تطور عليه M. تم وضعه من خلال علوم مثل علم الوراثة والكيمياء الحيوية وعلم وظائف الأعضاء للعمليات الأولية وما إلى ذلك وفقًا لأصول تطورها M. b. ترتبط ارتباطًا وثيقًا بعلم الوراثة الجزيئية (انظر علم الوراثة الجزيئية) , والتي لا تزال تشكل جزءًا مهمًا من M. المصرفية، على الرغم من أنها تشكلت بالفعل إلى حد كبير في نظام مستقل. عزلة م. من الكيمياء الحيوية تمليها الاعتبارات التالية. تقتصر مهام الكيمياء الحيوية بشكل أساسي على التحقق من مشاركة بعض المواد الكيميائية في بعض الوظائف والعمليات البيولوجية وتوضيح طبيعة تحولاتها؛ ينتمي الدور الرائد إلى المعلومات حول التفاعل والسمات الرئيسية للتركيب الكيميائي، معبراً عنها بالمعتاد صيغة كيميائية. وبالتالي، في جوهرها، يتركز الاهتمام على التحولات التي تؤثر على التكافؤ الرئيسي الروابط الكيميائية. وفي الوقت نفسه، كما أكد L. بولينج , في النظم البيولوجية ومظاهر النشاط الحيوي، لا ينبغي إعطاء الأهمية الرئيسية لروابط التكافؤ الرئيسية التي تعمل داخل نفس الجزيء، ولكن لأنواع مختلفة من الروابط التي تحدد التفاعلات بين الجزيئات (الروابط الكهروستاتيكية، وروابط فان دير فالس، وروابط الهيدروجين، وما إلى ذلك). .

يمكن تمثيل النتيجة النهائية لدراسة الكيمياء الحيوية في شكل نظام من المعادلات الكيميائية، وعادة ما يتم استنفادها بالكامل من خلال تمثيلها على المستوى، أي في بعدين. سمة مميزة لـ M. b. هو ثلاثي الأبعاد. جوهر م.ب. يرى M. Perutz ذلك في تفسير الوظائف البيولوجية من حيث التركيب الجزيئي. يمكننا القول أنه إذا كان من الضروري من قبل، عند دراسة الأشياء البيولوجية، الإجابة على السؤال "ماذا"، أي ما هي المواد الموجودة، والسؤال "أين" - في أي الأنسجة والأعضاء، ثم M. b. يجعل من مهمته الحصول على إجابات لسؤال "كيف"، بعد أن تعلم جوهر دور ومشاركة بنية الجزيء بأكملها، وعلى الأسئلة "لماذا" و"لماذا"، بعد أن اكتشف ذلك، من ناحية، الروابط بين خصائص الجزيء (مرة أخرى، البروتينات والأحماض النووية في المقام الأول) والوظائف التي يؤديها، ومن ناحية أخرى، دور هذه الوظائف الفردية في المجموعة الشاملة لمظاهر النشاط الحيوي.

الترتيب المتبادل للذرات ومجموعاتها في الهيكل العام للجزيء الكبير، وعلاقاتها المكانية تكتسب دورا حاسما. وهذا ينطبق على كل من المكونات الفردية والفردية، والتكوين العام للجزيء ككل. نتيجة لظهور بنية حجمية محددة بدقة، تكتسب جزيئات البوليمر الحيوي تلك الخصائص، والتي بفضلها تكون قادرة على العمل كأساس مادي للوظائف البيولوجية. يعد مبدأ النهج في دراسة الأحياء هو السمة الأكثر تميزًا ونموذجًا لـ M. b.

مرجع تاريخي.لقد توقع I. P. Pavlov الأهمية الكبيرة لدراسة المشكلات البيولوجية على المستوى الجزيئي , الذي تحدث عن الخطوة الأخيرة في علم الحياة - فسيولوجيا الجزيء الحي. المصطلح نفسه "م. ب." تم استخدامه لأول مرة باللغة الإنجليزية. العلماء دبليو استبري في تطبيق للبحوث المتعلقة بتوضيح العلاقة بين التركيب الجزيئي والفيزيائي و الخصائص البيولوجيةالبروتينات الليفية (الليفية) مثل الكولاجين، أو فيبرين الدم، أو بروتينات العضلات المنقبضة. استخدم على نطاق واسع مصطلح "M. ب." الصلب منذ أوائل الخمسينيات. القرن ال 20

ظهور م. كعلم ناضج، من المعتاد الإشارة إلى عام 1953، عندما اكتشف ج. واتسون وإف. كريك في كامبريدج (بريطانيا العظمى) البنية ثلاثية الأبعاد للحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA). هذا جعل من الممكن التحدث عن كيفية تحديد تفاصيل هذا الهيكل للوظائف البيولوجية للحمض النووي باعتباره حاملًا ماديًا للمعلومات الوراثية. من حيث المبدأ، أصبح هذا الدور للحمض النووي معروفًا في وقت مبكر إلى حد ما (1944) نتيجة لعمل عالم الوراثة الأمريكي أو. تي. أفيري وزملائه (انظر علم الوراثة الجزيئية)، لكن لم يكن معروفًا إلى أي مدى وظيفة معينةيعتمد على التركيب الجزيئي للحمض النووي. أصبح هذا ممكنًا فقط بعد أن طورت مختبرات W. L. Bragg وJ. Bernal وآخرين مبادئ جديدة لتحليل حيود الأشعة السينية، والتي ضمنت استخدام هذه الطريقة للحصول على معرفة تفصيلية بالبنية المكانية لجزيئات البروتين الكبيرة والأحماض النووية.

مستويات التنظيم الجزيئي.في عام 1957، أنشأ ج. كيندرو البنية ثلاثية الأبعاد للميوجلوبين أ , وفي السنوات اللاحقة، قام بذلك م.بيروتز فيما يتعلق بالهيموجلوبين أ. تمت صياغة أفكار حول مستويات مختلفة من التنظيم المكاني للجزيئات الكبيرة. الهيكل الأساسي هو تسلسل الوحدات الفردية (المونومرات) في سلسلة جزيء البوليمر الناتج. بالنسبة للبروتينات، المونومرات هي الأحماض الأمينية. , للأحماض النووية - النيوكليوتيدات. إن الجزيء الخطي الخيطي للبوليمر الحيوي، نتيجة لحدوث روابط هيدروجينية، لديه القدرة على التوافق في الفضاء بطريقة معينة، على سبيل المثال، في حالة البروتينات، كما أوضح L. Pauling، يمكن أن يستغرق الأمر شكل دوامة. ويشار إلى هذا على أنه هيكل ثانوي. يقال إن البنية الثلاثية تحدث عندما يطوي الجزيء الذي له بنية ثانوية بطريقة أو بأخرى، ليملأ مساحة ثلاثية الأبعاد. وأخيرًا، يمكن للجزيئات التي لها بنية ثلاثية الأبعاد أن تدخل في تفاعل، وتتواجد بانتظام في الفضاء بالنسبة لبعضها البعض وتشكل ما يسمى بالبنية الرباعية؛ ويشار إلى مكوناته الفردية عادة باسم الوحدات الفرعية.

معظم مثال جيدكيف يحدد التركيب الجزيئي ثلاثي الأبعاد الوظائف البيولوجية للجزيء هو الحمض النووي. لها هيكل حلزون مزدوج: خيطان يعملان في اتجاه متعاكس بشكل متبادل (مضاد للتوازي) ملتويان حول بعضهما البعض، ويشكلان حلزونًا مزدوجًا مع ترتيب مكمل للقواعد بشكل متبادل، أي أنه مقابل قاعدة معينة لسلسلة واحدة هناك هو دائما مثل هذا الأساس، الذي أفضل طريقةيوفر تكوين روابط هيدروجينية: يشكل الأديبين (A) زوجًا مع الثايمين (T) والجوانين (G) - مع السيتوزين (C). يخلق هذا الهيكل الظروف المثلىلأهم الوظائف البيولوجية للحمض النووي: التكاثر الكمي للمعلومات الوراثية في عملية انقسام الخلايا مع الحفاظ على الثبات النوعي لهذا التدفق للمعلومات الوراثية. عندما تنقسم الخلية، تتفكك خيوط الحمض النووي الحلزوني المزدوج، والتي تعمل كقالب أو قالب، وعلى كل منها، تحت تأثير الإنزيمات، يتم تصنيع حبلا جديد مكمل. ونتيجة لذلك، يتم الحصول على جزيئين ابنتين متطابقين تمامًا من جزيء الحمض النووي الأصلي (انظر الخلية، الانقسام الفتيلي).

وبالمثل، في حالة الهيموجلوبين، اتضح أن وظيفته البيولوجية - القدرة على ربط الأكسجين بشكل عكسي في الرئتين ثم إعطائه إلى الأنسجة - ترتبط ارتباطًا وثيقًا بملامح البنية ثلاثية الأبعاد للهيموجلوبين وتغيراته في عملية تنفيذ دورها الفسيولوجي. عند ربط وفصل O 2، تحدث تغيرات مكانية في تشكيل جزيء الهيموجلوبين، مما يؤدي إلى تغيير في تقارب ذرات الحديد الموجودة فيه للأكسجين. تغيرات في حجم جزيء الهيموجلوبين تشبه التغيرات في الحجم صدرعند التنفس، يسمح بتسمية الهيموجلوبين "الرئتين الجزيئيتين".

من أهم سمات الكائنات الحية قدرتها على التنظيم الدقيق لجميع مظاهر النشاط الحيوي. مساهمة M. الرئيسية. ينبغي اعتبار الاكتشافات العلمية اكتشافًا لآلية تنظيمية جديدة لم تكن معروفة سابقًا، يشار إليها باسم التأثير التفارغي. يكمن في قدرة المواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض - ما يسمى. الروابط - لتعديل الوظائف البيولوجية المحددة للجزيئات الكبيرة، في المقام الأول البروتينات ذات التأثير التحفيزي - الإنزيمات، والهيموجلوبين، وبروتينات المستقبلات المشاركة في بناء الأغشية البيولوجية (انظر الأغشية البيولوجية)، وفي النقل التشابكي (انظر المشابك العصبية)، وما إلى ذلك.

ثلاثة تيارات حيوية.في ضوء أفكار م. يمكن اعتبار مجمل ظواهر الحياة نتيجة لمزيج من ثلاثة تدفقات: تدفق المادة، الذي يجد تعبيره في ظواهر التمثيل الغذائي، أي الاستيعاب والتشتت؛ تدفق الطاقة، وهو القوة الدافعة لجميع مظاهر الحياة؛ وتدفق المعلومات، الذي لا يخترق فقط مجموعة متنوعة من عمليات التطور والوجود لكل كائن حي، ولكن أيضًا سلسلة متواصلة من الأجيال المتعاقبة. إن فكرة تدفق المعلومات، التي تم إدخالها في عقيدة العالم الحي من خلال تطوير المواد الحيوية، هي التي تترك بصمة خاصة وفريدة من نوعها عليها.

أهم إنجازات علم الأحياء الجزيئي.سرعة ونطاق وعمق تأثير M. إن التقدم في فهم المشكلات الأساسية لدراسة الطبيعة الحية يمكن مقارنته، على سبيل المثال، بتأثير نظرية الكم على تطور الفيزياء الذرية. هناك شرطان مرتبطان بشكل جوهري حددا هذا التأثير الثوري. فمن ناحية، لعب الدور الحاسم اكتشاف إمكانية دراسة أهم مظاهر النشاط الحيوي في أبسط الظروف، بما يقترب من نوع التجارب الكيميائية والفيزيائية. من ناحية أخرى، نتيجة لهذا الظرف، كانت هناك مشاركة سريعة لعدد كبير من ممثلي العلوم الدقيقة - الفيزيائيون والكيميائيون وعلماء البلورات، ثم علماء الرياضيات - في تطوير المشاكل البيولوجية. في مجملها، حددت هذه الظروف الوتيرة السريعة غير العادية لتطور M. b.، وعدد وأهمية نجاحاتها، التي تحققت في عقدين فقط. فيما يلي قائمة بعيدة عن أن تكون كاملة من هذه الإنجازات: الكشف عن بنية وآلية الوظيفة البيولوجية للحمض النووي، وجميع أنواع الحمض النووي الريبي (RNA) والريبوسومات (انظر الريبوسومات) , الكشف عن الشفرة الوراثية (انظر الشفرة الوراثية) ; اكتشاف النسخ العكسي (انظر النسخ) , أي تخليق الحمض النووي على قالب الحمض النووي الريبي (RNA)؛ دراسة آليات عمل أصباغ الجهاز التنفسي. اكتشاف بنية ثلاثية الأبعاد ودورها الوظيفي في عمل الإنزيمات (انظر الإنزيمات) , مبدأ تخليق المصفوفة وآليات التخليق الحيوي للبروتين. الكشف عن بنية الفيروسات (انظر الفيروسات) وآليات تكرارها، والبنية الأولية والمكانية جزئيًا للأجسام المضادة؛ عزل الجينات الفردية , التوليف الجيني الكيميائي ثم البيولوجي (الإنزيمي)، بما في ذلك الإنسان، خارج الخلية (في المختبر)؛ نقل الجينات من كائن حي إلى آخر، بما في ذلك الخلايا البشرية؛ التقدم السريع في فك رموز التركيب الكيميائي لعدد متزايد من البروتينات الفردية، وخاصة الإنزيمات، وكذلك الأحماض النووية؛ اكتشاف ظاهرة "التجميع الذاتي" لبعض الكائنات البيولوجية ذات التعقيد المتزايد، بدءا من جزيئات الحمض النووي والانتقال إلى الإنزيمات متعددة المكونات والفيروسات والريبوسومات وما إلى ذلك؛ توضيح المبادئ الأساسية الأخرى لتنظيم الوظائف والعمليات البيولوجية.

الاختزال والتكامل. م.ب. هي المرحلة الأخيرة من ذلك الاتجاه في دراسة الكائنات الحية، والذي يسمى "الاختزالية"، أي الرغبة في اختزال وظائف الحياة المعقدة إلى ظواهر تحدث على المستوى الجزيئي وبالتالي يمكن دراستها بطرق الفيزياء والكيمياء . حقق م.ب. وتشهد النجاحات على فعالية هذا النهج. وفي الوقت نفسه، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه في الظروف الطبيعية للخلية والأنسجة والعضو والكائن الحي بأكمله، فإننا نتعامل مع أنظمة متزايدة التعقيد. وتتكون هذه الأنظمة من مكونات ذات مستوى أدنى من خلال اندماجها المنتظم في الكل، واكتساب تنظيم هيكلي ووظيفي وامتلاك خصائص جديدة. ولذلك، بما أن المعرفة بالأنماط المتاحة للكشف عنها على المستويات الجزيئية والمجاورة مفصلة، ​​قبل M. b. تنشأ مهمة فهم آليات التكامل كخط لمزيد من التطوير في دراسة ظواهر الحياة. نقطة البداية هنا هي دراسة قوى التفاعلات بين الجزيئات - روابط الهيدروجين، وقوى فان دير فالس، والقوى الكهروستاتيكية، وما إلى ذلك. ومن خلال دمجها وترتيبها المكاني، فإنها تشكل ما يمكن تسميته بـ "المعلومات التكاملية". وينبغي اعتباره أحد الأجزاء الرئيسية لتدفق المعلومات الذي سبق ذكره. في منطقة م. يمكن أن تكون أمثلة التكامل ظاهرة التجميع الذاتي للتكوينات المعقدة من خليط الأجزاء المكونة لها. ويشمل ذلك، على سبيل المثال، تكوين البروتينات متعددة المكونات من وحداتها الفرعية، وتكوين الفيروسات من الأجزاء المكونة لها - البروتينات والأحماض النووية، واستعادة البنية الأصلية للريبوسومات بعد فصل مكوناتها البروتينية والنووية، وما إلى ذلك. ترتبط دراسة هذه الظواهر ارتباطًا مباشرًا بمعرفة الظواهر الرئيسية "التعرف" على جزيئات البوليمر الحيوي. الهدف هو معرفة مجموعات الأحماض الأمينية - في جزيئات البروتين أو النيوكليوتيدات - في الأحماض النووية التي تتفاعل مع بعضها البعض أثناء عمليات ربط الجزيئات الفردية بتكوين مجمعات ذات تركيبة وبنية محددة ومحددة مسبقًا. وتشمل هذه عمليات تكوين البروتينات المعقدة من وحداتها الفرعية؛ علاوة على ذلك، التفاعل الانتقائي بين جزيئات الحمض النووي، على سبيل المثال، النقل والمصفوفة (في هذه الحالة، أدى اكتشاف الكود الجيني إلى توسيع معلوماتنا بشكل كبير)؛ أخيرًا، هذا هو تكوين العديد من أنواع الهياكل (على سبيل المثال، الريبوسومات والفيروسات والكروموسومات)، والتي تشارك فيها كل من البروتينات والأحماض النووية. يعد الكشف عن الأنماط ذات الصلة، ومعرفة "اللغة" التي تقوم عليها هذه التفاعلات، أحد أهم الأشياء المناطق الحرجة M. b.، لا يزال ينتظر تطوره. تعتبر هذه المنطقة تابعة لعدد من المشاكل الأساسية للمحيط الحيوي بأكمله.

مشاكل البيولوجيا الجزيئية.جنبا إلى جنب مع المهام الهامة المحددة M. سوف. (معرفة قوانين "الاعتراف" والتجمع الذاتي والتكامل) الاتجاه الفعلي للبحث العلمي في المستقبل القريب هو تطوير الأساليب التي تسمح بفك رموز البنية، ومن ثم التنظيم المكاني ثلاثي الأبعاد للجزيئات العالية احماض نووية. وقد تم تحقيق ذلك الآن فيما يتعلق بالمخطط العام للبنية ثلاثية الأبعاد للحمض النووي (الحلزون المزدوج)، ولكن دون معرفة دقيقة لبنيته الأولية. إن التقدم السريع في تطوير الأساليب التحليلية يتيح لنا أن نتوقع بثقة تحقيق هذه الأهداف خلال السنوات القادمة. وهنا، بالطبع، تأتي المساهمات الرئيسية من ممثلي العلوم ذات الصلة، وفي المقام الأول الفيزياء والكيمياء. جميع الطرق الأكثر أهمية، والتي يضمن استخدامها ظهور ونجاح M. b.، تم اقتراحها وتطويرها من قبل الفيزيائيين (الطرد المركزي الفائق، تحليل حيود الأشعة السينية، المجهر الإلكتروني، الرنين المغناطيسي النووي، إلخ). تفتح جميع الأساليب التجريبية الفيزيائية الجديدة تقريبًا (على سبيل المثال، استخدام أجهزة الكمبيوتر، أو السنكروترون، أو bremsstrahlung، والإشعاع، وتكنولوجيا الليزر، وغيرها) إمكانيات جديدة لإجراء دراسة متعمقة لمشاكل M. b. ومن أهم المهام ذات الطبيعة العملية، والتي ينتظر الإجابة عليها من م.ب، في المقام الأول مشكلة الأساس الجزيئي للنمو الخبيث، ثم - طرق الوقاية، وربما التغلب على الأمراض الوراثية - " الأمراض الجزيئية" (انظر الأمراض الجزيئية). سيكون من الأهمية بمكان توضيح الأساس الجزيئي للتحفيز البيولوجي، أي عمل الإنزيمات. من بين أهمها الاتجاهات الحديثةم.ب. يجب أن تتضمن الرغبة في فك تشفير الآليات الجزيئية لعمل الهرمونات (انظر الهرمونات) , المواد السامة والطبية، وكذلك لمعرفة تفاصيل التركيب الجزيئي وعمل الهياكل الخلوية مثل الأغشية البيولوجية المشاركة في تنظيم عمليات الاختراق ونقل المواد. أهداف أكثر بعدا م. ب. - معرفة طبيعة العمليات العصبية وآليات الذاكرة (انظر الذاكرة) وغيرها. ومن الأقسام المهمة الناشئة في كتاب M. b. - ما يسمى. الهندسة الوراثية، التي تحدد مهمتها التشغيل الهادف للجهاز الوراثي (الجينوم) للكائنات الحية، بدءًا من الميكروبات فما فوق (أحادية الخلية) وانتهاءً بالبشر (في الحالة الأخيرة، في المقام الأول لغرض العلاج الجذري للكائنات الحية). الأمراض الوراثية (انظر الأمراض الوراثية) وتصحيح العيوب الوراثية ). لا يمكن مناقشة التدخلات الأكثر شمولاً في الأساس الجيني البشري إلا في مستقبل بعيد إلى حد ما، لأنه في هذه الحالة تنشأ عقبات خطيرة، تقنية وجوهرية. بخصوص الميكروبات والنباتات وممكن والصفحة -x. بالنسبة للحيوانات، تعتبر هذه الاحتمالات مشجعة للغاية (على سبيل المثال، الحصول على أصناف من النباتات المزروعة التي تحتوي على جهاز لتثبيت النيتروجين من الهواء ولا تحتاج إلى الأسمدة). وهي تستند إلى النجاحات التي تم تحقيقها بالفعل: عزل الجينات وتركيبها، ونقل الجينات من كائن حي إلى آخر، واستخدام مزارع الخلايا الجماعية كمنتجين لمواد ذات أهمية اقتصادية أو طبية.

تنظيم البحوث في البيولوجيا الجزيئية.التطور السريع لـ M. وأدى إلى ظهور عدد كبير من المراكز البحثية المتخصصة. وعددهم ينمو بسرعة. الأكبر: في المملكة المتحدة - مختبر البيولوجيا الجزيئية في كامبريدج، المعهد الملكي في لندن؛ في فرنسا - معاهد البيولوجيا الجزيئية في باريس ومرسيليا وستراسبورغ ومعهد باستور؛ في الولايات المتحدة الأمريكية - الإدارات م. ب. في الجامعات والمعاهد في بوسطن (جامعة هارفارد، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا)، وسان فرانسيسكو (بيركلي)، ولوس أنجلوس (معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا)، ونيويورك (جامعة روكفلر)، والمعاهد الصحية في بيثيسدا، وما إلى ذلك؛ في ألمانيا - معاهد ماكس بلانك، والجامعات في غوتنغن وميونيخ؛ وفي السويد، معهد كارولينسكا في ستوكهولم؛ في جمهورية ألمانيا الديمقراطية - المعهد المركزي للبيولوجيا الجزيئية في برلين، ومعاهد في يينا وهاله؛ في المجر - المركز البيولوجي في زيجيد. في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية سيكون أول معهد متخصص M.. تم إنشاؤه في موسكو عام 1957 في نظام أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (انظر. ); ثم تم تشكيل ما يلي: معهد الكيمياء العضوية الحيوية التابع لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في موسكو، ومعهد البروتين في بوششينو، والقسم البيولوجي في معهد الطاقة الذرية (موسكو)، وأقسام M. b. في معاهد فرع سيبيريا لأكاديمية العلوم في نوفوسيبيرسك، والمختبر المشترك بين الأقسام للكيمياء العضوية الحيوية بجامعة موسكو الحكومية، وقطاع (المعهد لاحقًا) البيولوجيا الجزيئية وعلم الوراثة التابع لأكاديمية العلوم في جمهورية أوكرانيا الاشتراكية السوفياتية في كييف ; عمل كبير على M. ب. يتم إجراؤه في معهد المركبات الجزيئية في لينينغراد، في عدد من أقسام ومختبرات أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية وأقسام أخرى.

جنبا إلى جنب مع مراكز البحوث الفردية، نشأت منظمات على نطاق أوسع. في أوروبا الغربية، نشأت المنظمة الأوروبية ل M.. (EMBO) والتي تشارك فيها أكثر من 10 دول. في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، في عام 1966، تم إنشاء مجلس علمي في معهد البيولوجيا الجزيئية، وهو مركز التنسيق والتنظيم في هذا المجال من المعرفة. لقد نشر سلسلة واسعة من الدراسات حول أهم أقسام M. B.، ويتم تنظيم "المدارس الشتوية" على M. B. بانتظام، وتعقد المؤتمرات والندوات في قضايا الساعةم.ب. في المستقبل، المشورة العلمية بشأن M. سوف. تم إنشاؤها في أكاديمية العلوم الطبية في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية والعديد من أكاديميات العلوم الجمهورية. يتم نشر مجلة البيولوجيا الجزيئية منذ عام 1966 (6 أعداد في السنة).

على المدى القصير إلى حد ما، نمت مجموعة كبيرة من الباحثين في مجال M. في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية؛ هؤلاء هم علماء الجيل الأكبر سنا الذين حولوا اهتماماتهم جزئيا من مجالات أخرى؛ في أغلب الأحيان، هم العديد من الباحثين الشباب. من بين كبار العلماء الذين قاموا بدور نشط في تكوين وتطوير M. b. في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، يمكن للمرء أن يذكر مثل A. A. Baev، A. N. Belozersky، A. E. Braunshtein، Yu.A. Ovchinnikov، A. S. Spirin، M. M. Shemyakin، V. A. Engelgardt. إنجازات م الجديدة. سيتم تعزيز علم الوراثة الجزيئية بموجب قرار اللجنة المركزية للحزب الشيوعي السوفياتي ومجلس وزراء اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (مايو 1974) "بشأن التدابير الرامية إلى تسريع تطوير البيولوجيا الجزيئية وعلم الوراثة الجزيئية واستخدام إنجازاتهم في الحياة الوطنية" اقتصاد."

أشعل.:واغنر ر.، ميتشل ج.، علم الوراثة والتمثيل الغذائي، العابر. من الإنجليزية، م.، 1958؛ زينت-جيورجي وأ.، الطاقة الحيوية، عبر. من الإنجليزية، م.، 1960؛ Anfinsen K.، الأساس الجزيئي للتطور، العابر. من الإنجليزية، م.، 1962؛ ستانلي دبليو، فالنس إي، الفيروسات وطبيعة الحياة، ترانس. من الإنجليزية، م.، 1963؛ الوراثة الجزيئية، العابرة. مع. الإنجليزية، الجزء الأول، م، 1964؛ فولكنشتاين إم في، الجزيئات والحياة. مقدمة في الفيزياء الحيوية الجزيئية، م.، 1965؛ جاوروويتز ف.، الكيمياء ووظائف البروتينات، العابرة. من الإنجليزية، م.، 1965؛ بريسلر S. E.، مقدمة في البيولوجيا الجزيئية، الطبعة الثالثة، M. - L.، 1973؛ إنجرام V.، التخليق الحيوي للجزيئات الكبيرة، عبر. من الإنجليزية، م.، 1966؛ Engelhardt V. A.، البيولوجيا الجزيئية، في كتاب: تطور علم الأحياء في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، م.، 1967؛ مقدمة في البيولوجيا الجزيئية، عبر. من الإنجليزية، م.، 1967؛ واتسون، J.، البيولوجيا الجزيئية للجين، عبر. من الإنجليزية، م.، 1967؛ فينان ج.، البنى التحتية البيولوجية، عبر. من الإنجليزية، م.، 1970؛ بيندول، J.، العضلات والجزيئات والحركة، العابرة. من الإنجليزية، م.، 1970؛ Ichas M.، الكود البيولوجي، عبر. من الإنجليزية، م.، 1971؛ البيولوجيا الجزيئية للفيروسات، م.، 1971؛ القواعد الجزيئية للتخليق الحيوي للبروتين، م.، 1971؛ بيرنهارد س.، هيكل ووظيفة الإنزيمات، العابرة. من الإنجليزية، م.، 1971؛ Spirin A. S.، Gavrilova L. P.، Ribosome، 2nd ed.، M.، 1971؛ فرنكل-كونرات هـ.، كيمياء وبيولوجيا الفيروسات، ترانس. من الإنجليزية، م.، 1972؛ سميث سي، هانيوالت إف، البيولوجيا الضوئية الجزيئية. عمليات التعطيل والاسترداد، العابرة. من الإنجليزية، م.، 1972؛ هاريس ج.، أساسيات علم الوراثة البيوكيميائية البشرية، عبر. من الإنجليزية، م، 1973.

V. A. إنجلهارت.

الموسوعة السوفيتية الكبرى. - م: الموسوعة السوفيتية. 1969-1978 .

الكتاب الهزلي لمسابقة "bio/mol/text": اليوم، سوف يرشدك أنبوب الاختبار الخاص بعالم الأحياء الجزيئية عبر عالم العلوم المذهل - البيولوجيا الجزيئية! سنبدأ برحلة تاريخية عبر مراحل تطورها، وسنصف الاكتشافات والتجارب الرئيسية منذ عام 1933. وسنصف بوضوح أيضًا الطرق الرئيسية للبيولوجيا الجزيئية التي مكنت من معالجة الجينات وتغييرها وعزلها. كان ظهور هذه الأساليب بمثابة حافز قوي لتطوير البيولوجيا الجزيئية. ودعونا نتذكر أيضًا دور التكنولوجيا الحيوية ونتطرق إلى أحد المواضيع الأكثر شيوعًا في هذا المجال - تحرير الجينوم باستخدام أنظمة كريسبر/كاس.

الراعي العام للمسابقة وشريك ترشيح Skoltech هو .

الجهة الراعية للمسابقة هي شركة Diaem: أكبر مورد للمعدات والكواشف والمواد الاستهلاكية للبحث والإنتاج البيولوجي.

قامت الشركة برعاية جائزة اختيار الجمهور.

"كتاب" الراعي الرسمي للمسابقة - "ألبينا غير الخيالية"

1 المقدمة. جوهر البيولوجيا الجزيئية

يدرس أساسيات النشاط الحيوي للكائنات الحية على مستوى الجزيئات الكبيرة. الهدف من علم الأحياء الجزيئي هو تحديد دور وآليات عمل هذه الجزيئات الكبيرة على أساس المعرفة حول بنيتها وخصائصها.

تاريخيًا، تشكلت البيولوجيا الجزيئية أثناء تطور مجالات الكيمياء الحيوية التي تدرس الأحماض النووية والبروتينات. في حين أن الكيمياء الحيوية هي دراسة عملية التمثيل الغذائي، التركيب الكيميائيالخلايا الحية والكائنات والعمليات الكيميائية التي تتم فيها، ويركز علم الأحياء الجزيئي على دراسة آليات نقل وتكاثر وتخزين المعلومات الوراثية.

والهدف من دراسة البيولوجيا الجزيئية هو الأحماض النووية نفسها - الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA)، والريبون النووي (RNA) - والبروتينات، بالإضافة إلى مجمعاتها الجزيئية - الكروموسومات، والريبوسومات، وأنظمة الإنزيمات المتعددة التي توفر التخليق الحيوي للبروتينات والأحماض النووية. تقع البيولوجيا الجزيئية أيضًا على حدود موضوعات الدراسة وتتزامن جزئيًا مع علم الوراثة الجزيئية وعلم الفيروسات والكيمياء الحيوية وعدد من العلوم البيولوجية الأخرى ذات الصلة.

2. رحلة تاريخية عبر مراحل تطور علم الأحياء الجزيئي

كمجال منفصل للكيمياء الحيوية، بدأ علم الأحياء الجزيئي في التطور في الثلاثينيات من القرن الماضي. وحتى ذلك الحين، أصبح من الضروري فهم ظاهرة الحياة على المستوى الجزيئي لدراسة عمليات نقل وتخزين المعلومات الوراثية. في ذلك الوقت فقط، تم إنشاء مهمة البيولوجيا الجزيئية في دراسة خصائص وبنية وتفاعل البروتينات والأحماض النووية.

تم استخدام مصطلح "البيولوجيا الجزيئية" لأول مرة في 1933 سنة وليام أستبري أثناء دراسة البروتينات الليفية (الكولاجين، الفيبرين في الدم، بروتينات العضلات المنقبضة). درس أستبري العلاقة بين التركيب الجزيئي والخصائص البيولوجية والفيزيائية لهذه البروتينات. في بداية ظهور البيولوجيا الجزيئية، كان الحمض النووي الريبي (RNA) يعتبر مكونًا فقط للنباتات والفطريات، والحمض النووي (DNA) للحيوانات فقط. و في 1935 أدى اكتشاف أندريه بيلوزيرسكي للحمض النووي للبازلاء إلى إثبات حقيقة أن الحمض النووي موجود في كل خلية حية.

في 1940 كان الإنجاز الهائل هو إنشاء جورج بيدل وإدوارد تاثام لعلاقة سببية بين الجينات والبروتينات. شكلت فرضية العلماء "جين واحد - إنزيم واحد" الأساس لمفهوم أن البنية المحددة للبروتين تنظمها الجينات. يُعتقد أن المعلومات الوراثية يتم تشفيرها بواسطة تسلسل خاص من النيوكليوتيدات في الحمض النووي الذي ينظم البنية الأساسية للبروتينات. في وقت لاحق ثبت أن العديد من البروتينات لها بنية رباعية. تشارك سلاسل الببتيد المختلفة في تكوين مثل هذه الهياكل. وبناء على ذلك، تم تحويل الحكم المتعلق بالعلاقة بين الجين والإنزيم إلى حد ما، والآن يبدو وكأنه "جين واحد - ببتيد واحد".

في 1944 وفي عام 1999، أثبت عالم الأحياء الأمريكي أوزوالد أفيري وزملاؤه (كولين ماكلويد وماكلين مكارثي) أن المادة التي تسبب تحول البكتيريا هي الحمض النووي، وليس البروتينات. كانت التجربة بمثابة دليل على دور الحمض النووي في نقل المعلومات الوراثية، مما أدى إلى شطب المعرفة القديمة حول الطبيعة البروتينية للجينات.

في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي، أظهر فريدريك سانجر أن سلسلة البروتين هي تسلسل فريد من بقايا الأحماض الأمينية. في 1951 و 1952 سنوات، حدد العالم التسلسل الكامل لسلسلتين متعدد الببتيد - الأنسولين البقري في(30 بقايا حمض أميني) و أ(21 بقايا حمض أميني) على التوالي.

في نفس الوقت تقريبًا، في 1951–1953 صاغ إيروين تشارجاف قواعد نسبة القواعد النيتروجينية في الحمض النووي. وبحسب القاعدة، بغض النظر عن اختلاف أنواع الكائنات الحية في حمضها النووي، فإن كمية الأدينين (A) تساوي كمية الثايمين (T)، وكمية الجوانين (G) تساوي كمية السيتوزين. (ج).

في 1953 أثبت الدور الجيني للحمض النووي. قام جيمس واتسون وفرانسيس كريك، استنادًا إلى الأشعة السينية للحمض النووي التي حصلت عليها روزاليند فرانكلين وموريس ويلكنز، بتأسيس البنية المكانية للحمض النووي وطرحا افتراضًا مؤكدًا لاحقًا حول آلية تكراره (المضاعفة)، والتي تكمن وراء الوراثة.

1958 السنة - تشكيل العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية بواسطة فرانسيس كريك: نقل المعلومات الوراثية يسير في اتجاه DNA → RNA → البروتين.

جوهر العقيدة هو أنه يوجد في الخلايا تدفق موجه معين للمعلومات من الحمض النووي، والذي بدوره هو النص الجيني الأصلي، الذي يتكون من أربعة أحرف: A، T، G و C. وهو مكتوب في الحمض النووي الحلزون المزدوج في شكل تسلسل هذه الحروف - النيوكليوتيدات.

يتم نسخ هذا النص. وتسمى العملية النسخ. خلال هذه العملية، يتم تصنيع الحمض النووي الريبي (RNA)، وهو مطابق للنص الجيني، ولكن مع اختلاف: في الحمض النووي الريبي (RNA)، بدلاً من T، يوجد U (اليوراسيل).

ويسمى هذا الحمض النووي الريبي رسول الحمض النووي الريبي (مرنا)، أو مصفوفة (مرنا). إذاعةيتم تنفيذ mRNA باستخدام الشفرة الوراثية في شكل تسلسلات ثلاثية من النيوكليوتيدات. خلال هذه العملية، يتم ترجمة نص الأحماض النووية DNA و RNA من نص مكون من أربعة أحرف إلى نص مكون من عشرين حرفًا من الأحماض الأمينية.

لا يوجد سوى عشرين حمضًا أمينيًا طبيعيًا، ويوجد أربعة أحرف في نص الأحماض النووية. ولهذا السبب، هناك ترجمة من الأبجدية المكونة من أربعة أحرف إلى الأبجدية المكونة من عشرين حرفًا من خلال الشفرة الوراثية، حيث يقابل كل ثلاثة نيوكليوتيدات حمضًا أمينيًا. لذا يمكنك تكوين 64 مجموعة مكونة من ثلاثة أحرف من أربعة أحرف، علاوة على ذلك، هناك 20 حمضًا أمينيًا، ويترتب على ذلك أن الشفرة الوراثية يجب أن تحتوي بالضرورة على خاصية الانحطاط. ومع ذلك، في ذلك الوقت لم يكن الرمز الوراثي معروفا، إلى جانب ذلك، لم يبدأ حتى في فك رموزه، لكن كريك قد صاغ بالفعل عقيدته المركزية.

ومع ذلك، كان هناك يقين بأن الكود يجب أن يكون موجودًا. بحلول ذلك الوقت، تم إثبات أن هذا الرمز له طابع ثلاثي. وهذا يعني أن ثلاثة أحرف على وجه التحديد في الأحماض النووية ( الكودونات) تتوافق مع أي حمض أميني. هناك 64 من هذه الكودونات، وهي ترمز لـ 20 حمضًا أمينيًا. وهذا يعني أن كل حمض أميني يتوافق مع عدة كودونات في وقت واحد.

وبالتالي، يمكننا أن نستنتج أن العقيدة المركزية هي افتراض يقول أن التدفق الموجه للمعلومات يحدث في الخلية: DNA → RNA → البروتين. وشدد كريك على المحتوى الرئيسي للعقيدة المركزية: لا يمكن أن يحدث التدفق العكسي للمعلومات، والبروتين غير قادر على تغيير المعلومات الوراثية.

هذا هو المعنى الرئيسي للعقيدة المركزية: البروتين غير قادر على تغيير المعلومات وتحويلها إلى DNA (أو RNA)، ويسير التدفق دائمًا في اتجاه واحد فقط.

وبعد مرور بعض الوقت، تم اكتشاف إنزيم جديد لم يكن معروفًا وقت صياغة العقيدة المركزية، - النسخ العكسيالذي يقوم بتركيب الحمض النووي من الحمض النووي الريبي (RNA). تم اكتشاف الإنزيم في الفيروسات، حيث يتم تشفير المعلومات الوراثية في الحمض النووي الريبي (RNA)، وليس الحمض النووي (DNA). تسمى هذه الفيروسات بالفيروسات القهقرية. لديهم كبسولة فيروسية محاطة بالحمض النووي الريبي (RNA) وإنزيم خاص. الإنزيم عبارة عن إنزيم ناسخ عكسي يقوم بتجميع الحمض النووي وفقًا لقالب هذا الحمض النووي الريبي الفيروسي، ويعمل هذا الحمض النووي بعد ذلك كمواد وراثية لمزيد من تطوير الفيروس في الخلية.

وبطبيعة الحال، تسبب هذا الاكتشاف في صدمة كبيرة والكثير من الجدل بين علماء الأحياء الجزيئية، حيث كان يعتقد أنه استنادا إلى العقيدة المركزية، لا يمكن أن يكون ذلك ممكنا. ومع ذلك، أوضح كريك على الفور أنه لم يقل أبدًا أن الأمر مستحيل. لقد قال فقط أنه لا يمكن أبدًا أن يكون هناك تدفق للمعلومات من البروتين إلى الأحماض النووية، وبالفعل داخل الأحماض النووية فإن أي نوع من العمليات ممكنة تمامًا: تخليق الحمض النووي على الحمض النووي، والحمض النووي على الحمض النووي الريبي، والحمض النووي الريبي على الحمض النووي، والحمض النووي الريبي على الحمض النووي الريبي.

بعد صياغة العقيدة المركزية، لا يزال هناك عدد من الأسئلة: كيف تقوم الأبجدية المكونة من أربعة نيوكليوتيدات تشكل الحمض النووي (أو الحمض النووي الريبي) بتشفير الأبجدية المكونة من 20 حرفًا للأحماض الأمينية التي تشكل البروتينات؟ ما هو جوهر الشفرة الوراثية؟

الأفكار الأولى حول وجود الشفرة الوراثية صاغها ألكسندر داونز ( 1952 د.) وجورجي جاموف ( 1954 ز.). لقد أثبت العلماء أن تسلسل النيوكليوتيدات يجب أن يتضمن ثلاث روابط على الأقل. وقد ثبت لاحقًا أن مثل هذا التسلسل يتكون من ثلاث نيوكليوتيدات تسمى كودون (ثلاثية). ومع ذلك، ظلت مسألة أي النيوكليوتيدات المسؤولة عن دمج أي من الأحماض الأمينية في جزيء البروتين مفتوحة حتى عام 1961.

و في 1961 استخدم مارشال نيرنبرغ، مع هاينريش ماتي، النظام للبث في المختبر. تم استخدام قليل النوكليوتيد كقالب. كان يحتوي فقط على بقايا اليوراسيل، والببتيد المُصنَّع منه يشمل فقط الحمض الأميني فينيل ألانين. وهكذا، تم تحديد معنى الكودون لأول مرة: كودون UUU للفينيل ألانين. لاحقًا، وجد هار قرآن أن تسلسل النيوكليوتيدات UCUCUCUCUC يشفر مجموعة من الأحماض الأمينية سيرين-ليوسين-سيرين-ليوسين. على العموم، بفضل أعمال نيرنبرغ والقرآن 1965 في العام الماضي، تم حل الشفرة الجينية بالكامل. اتضح أن كل ثلاثي يشفر حمض أميني محدد. وترتيب الكودونات يحدد ترتيب الأحماض الأمينية في البروتين.

تمت صياغة المبادئ الأساسية لعمل البروتينات والأحماض النووية في بداية السبعينيات. لقد وجد أن تخليق البروتينات والأحماض النووية يتم وفقًا لآلية المصفوفة. يحمل جزيء القالب معلومات مشفرة حول تسلسل الأحماض الأمينية أو النيوكليوتيدات. أثناء النسخ أو النسخ، يكون القالب هو DNA، وأثناء الترجمة والنسخ العكسي، يكون mRNA.

وهكذا تم إنشاء المتطلبات الأساسية لتشكيل مجالات البيولوجيا الجزيئية، بما في ذلك الهندسة الوراثية. وفي عام 1972، طور بول بيرج وزملاؤه تقنية الاستنساخ الجزيئي. لقد حصل العلماء على أول حمض نووي مؤتلف في المختبر. شكلت هذه الاكتشافات البارزة الأساس لاتجاه جديد في البيولوجيا الجزيئية 1972 ومنذ ذلك الحين يعتبر العام هو تاريخ ميلاد الهندسة الوراثية.

3. طرق البيولوجيا الجزيئية

أدى التقدم الهائل في دراسة الأحماض النووية وبنية الحمض النووي والتخليق الحيوي للبروتين إلى إنشاء عدد من الطرق ذات الأهمية الكبيرة في الطب، زراعةوالعلم بشكل عام.

بعد دراسة الشفرة الوراثية والمبادئ الأساسية لتخزين ونقل وتنفيذ المعلومات الوراثية، أصبحت الأساليب الخاصة ضرورية لمواصلة تطوير البيولوجيا الجزيئية. ستسمح هذه الأساليب بالتلاعب بالجينات وتغييرها وعزلها.

حدث ظهور مثل هذه الأساليب في السبعينيات والثمانينيات. أعطى هذا زخما كبيرا لتطوير البيولوجيا الجزيئية. بادئ ذي بدء، ترتبط هذه الطرق بشكل مباشر بإنتاج الجينات وإدخالها في خلايا الكائنات الحية الأخرى، فضلا عن إمكانية تحديد تسلسل النوكليوتيدات في الجينات.

3.1. الرحلان الكهربائي للحمض النووي

الرحلان الكهربائي للحمض النوويهي الطريقة الأساسية للعمل مع الحمض النووي. يتم استخدام الفصل الكهربائي للحمض النووي جنبًا إلى جنب مع جميع الطرق الأخرى تقريبًا لعزل الجزيئات المطلوبة وتحليل النتائج بشكل أكبر. تُستخدم طريقة الفصل الكهربائي للهلام نفسها لفصل أجزاء الحمض النووي حسب الطول.

قبل أو بعد الرحلان الكهربائي، تتم معالجة الجل بأصباغ يمكن أن ترتبط بالحمض النووي. تتألق الأصباغ في الضوء فوق البنفسجي، مما يؤدي إلى ظهور نمط من العصابات في الجل. لتحديد طول شظايا الحمض النووي، يمكن مقارنتها علامات- مجموعات من الأجزاء ذات الأطوال القياسية، والتي يتم تطبيقها على نفس الجل.

البروتينات الفلورية

عند دراسة الكائنات حقيقية النواة، من المناسب استخدام بروتينات الفلورسنت كجينات علامة. الجين لأول بروتين فلوري أخضر ( بروتين الفلورسنت الأخضر، GFP) معزولة عن قنديل البحر اكويوريا فيكتورياومن ثم إدخالها في الكائنات الحية المختلفة. بعد ذلك تم عزل جينات بروتينات الفلورسنت ذات الألوان الأخرى: الأزرق والأصفر والأحمر. للحصول على بروتينات ذات خصائص مثيرة للاهتمام، تم تعديل هذه الجينات بشكل مصطنع.

بشكل عام، أهم أدوات العمل مع جزيء الحمض النووي هي الإنزيمات التي تقوم بعدد من تحولات الحمض النووي في الخلايا: بوليميريز الحمض النووي, روابط الحمض النوويو القيود (تقييد النواة النووية).

التحوير

التحويرويسمى نقل الجينات من كائن حي إلى آخر. تسمى هذه الكائنات المعدلة وراثيا.

يتم الحصول على مستحضرات البروتين المؤتلف فقط عن طريق نقل الجينات إلى خلايا الكائنات الحية الدقيقة. معظم هذه البروتينات موجودة الانترفيرون, الأنسولينوبعض الهرمونات البروتينية، وكذلك البروتينات اللازمة لإنتاج عدد من اللقاحات.

وفي حالات أخرى، يتم استخدام مزارع الخلايا لحقيقيات النوى أو الحيوانات المعدلة وراثيا، ومعظمها من الماشية، والتي تفرز البروتينات اللازمة في الحليب. وبهذه الطريقة يتم الحصول على الأجسام المضادة وعوامل تخثر الدم والبروتينات الأخرى. يتم استخدام طريقة النقل الجيني للحصول على محاصيل مقاومة للآفات ومبيدات الأعشاب، ويتم معالجة مياه الصرف الصحي بمساعدة الكائنات الحية الدقيقة المعدلة وراثيا.

بالإضافة إلى كل ما سبق، لا غنى عن التقنيات المعدلة وراثيا في البحث العلمي، لأن تطور علم الأحياء يكون أسرع مع استخدام طرق تعديل الجينات ونقلها.

يقيد

التسلسلات التي تتعرف عليها إنزيمات التقييد تكون متناظرة، لذلك يمكن أن يحدث أي نوع من الانقطاعات إما في منتصف مثل هذا التسلسل، أو مع تحول في أحد أو كلا خيوط جزيء الحمض النووي.

عند تقسيم أي حمض نووي باستخدام إنزيم التقييد، ستكون التسلسلات الموجودة في نهايات الأجزاء هي نفسها. سيكونون قادرين على الاتصال مرة أخرى لأن لديهم مواقع تكميلية.

يمكنك الحصول على جزيء واحد عن طريق خياطة هذه التسلسلات باستخدام روابط الحمض النووي. ونتيجة لهذا، فمن الممكن الجمع بين شظايا اثنين من الحمض النووي المختلفة والحصول على الحمض النووي المؤتلف.

3.2. تفاعل البوليميراز المتسلسل

تعتمد الطريقة على قدرة بوليميرات الحمض النووي على إكمال الشريط الثاني من الحمض النووي على طول الشريط التكميلي بنفس الطريقة كما في عملية تكرار الحمض النووي في الخلية.

3.3. تسلسل الحمض النووي

التطور السريع لطريقة التسلسل يجعل من الممكن تحديد خصائص الكائن قيد الدراسة بشكل فعال على مستوى الجينوم الخاص به. والميزة الرئيسية لهذه التقنيات الجينومية وما بعد الجينومية هي زيادة فرص البحث والدراسة. الطبيعة الجينيةالأمراض التي تصيب الإنسان، من أجل اتخاذها مسبقا التدابير اللازمةوتجنب المرض.

ومن خلال الأبحاث واسعة النطاق، من الممكن الحصول على البيانات اللازمة حول الخصائص الجينية المختلفة لمجموعات مختلفة من الناس، وبالتالي تطوير طرق الطب. ولهذا السبب، فإن تحديد الاستعداد الوراثي لمختلف الأمراض يحظى بشعبية كبيرة اليوم.

يتم تطبيق أساليب مماثلة على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك في روسيا. ونظرا للتقدم العلمي، يتم إدخال هذه الأساليب في البحوث الطبية و الممارسة الطبيةعمومًا.

4. التكنولوجيا الحيوية

التكنولوجيا الحيوية- التخصص الذي يدرس إمكانيات استخدام الكائنات الحية أو أنظمتها لحل المشكلات التكنولوجية، وكذلك إنشاء كائنات حية ذات الخصائص المطلوبةمن خلال الهندسة الوراثية. تطبق التكنولوجيا الحيوية أساليب الكيمياء وعلم الأحياء الدقيقة والكيمياء الحيوية وبالطبع البيولوجيا الجزيئية.

الاتجاهات الرئيسية لتطوير التكنولوجيا الحيوية (يتم إدخال مبادئ عمليات التكنولوجيا الحيوية في إنتاج جميع الصناعات):

1. إنشاء وإنتاج أنواع جديدة من الأغذية والأعلاف الحيوانية.
2. الحصول على ودراسة سلالات جديدة من الكائنات الحية الدقيقة.
3. تربية أصناف جديدة من النباتات، وكذلك إيجاد وسائل لحماية النباتات من الأمراض والآفات.
4. تطبيق أساليب التكنولوجيا الحيوية لاحتياجات البيئة. وتستخدم أساليب التكنولوجيا الحيوية هذه لإعادة تدوير النفايات، ومعالجة مياه الصرف الصحي، والهواء العادم، وصحة التربة.
5. إنتاج الفيتامينات والهرمونات والإنزيمات والأمصال لتلبية احتياجات الدواء. يتطور علماء التكنولوجيا الحيوية بشكل أفضل الأدويةكانت تعتبر في السابق غير قابلة للشفاء.

الإنجاز الرئيسي في مجال التكنولوجيا الحيوية هو الهندسة الوراثية.

الهندسة الوراثية- مجموعة من التقنيات والأساليب للحصول على جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) والحمض النووي (DNA) المؤتلف، وعزل الجينات الفردية من الخلايا، ومعالجة الجينات وإدخالها في كائنات حية أخرى (البكتيريا والخميرة والثدييات). مثل هذه الكائنات قادرة على إنتاج منتجات نهائية ذات خصائص معدلة مرغوبة.

تهدف أساليب الهندسة الوراثية إلى بناء مجموعات جديدة من الجينات لم تكن موجودة سابقًا في الطبيعة.

عند الحديث عن إنجازات الهندسة الوراثية، من المستحيل عدم التطرق إلى موضوع الاستنساخ. استنساخهي إحدى طرق التكنولوجيا الحيوية المستخدمة للحصول على ذرية متماثلة لكائنات مختلفة من خلال التكاثر اللاجنسي.

وبعبارة أخرى، يمكن اعتبار الاستنساخ بمثابة عملية إنشاء نسخ متطابقة وراثيا من كائن حي أو خلية. والكائنات المستنسخة متشابهة أو متطابقة تماما ليس فقط في السمات الخارجية، ولكن أيضا في المحتوى الجيني.

أصبحت النعجة دوللي سيئة السمعة في عام 1966 أول حيوان ثديي مستنسخ. تم الحصول عليه عن طريق زرع نواة خلية جسدية في سيتوبلازم البويضة. كانت دوللي نسخة وراثية من الخروف المتبرع بالنواة. في الظروف الطبيعية، يتكون الفرد من بويضة واحدة مخصبة، بعد أن تلقى نصف المادة الوراثية من الوالدين. ومع ذلك، أثناء الاستنساخ، تم أخذ المادة الوراثية من خلية فرد واحد. أولاً، تمت إزالة النواة، التي تحتوي على الحمض النووي نفسه، من الزيجوت. ثم قاموا بإزالة النواة من خلية الأغنام البالغة وزرعوها في تلك اللاقحة دون النواة، ومن ثم تم زرعها في رحم شخص بالغ وتركها تنمو وتتطور.

ومع ذلك، لم تكن كل محاولات الاستنساخ ناجحة. وبالتوازي مع استنساخ دوللي، تم إجراء تجربة استبدال الحمض النووي على 273 بويضة أخرى. ولكن في حالة واحدة فقط يمكن للحيوان البالغ أن يتطور وينمو بشكل كامل. بعد دوللي، حاول العلماء استنساخ أنواع أخرى من الثدييات.

أحد أنواع الهندسة الوراثية هو تحرير الجينوم.

وتعتمد أداة كريسبر/كاس على عنصر من عناصر نظام الدفاع المناعي للبكتيريا، والذي قام العلماء بتكييفه لإدخال أي تغييرات في الحمض النووي للحيوانات أو النباتات.

كريسبر/كاس هي إحدى طرق التكنولوجيا الحيوية لمعالجة الجينات الفردية في الخلايا. هناك العديد من التطبيقات لهذه التكنولوجيا. يتيح كريسبر/كاس للباحثين معرفة وظيفة الجينات المختلفة. للقيام بذلك، تحتاج فقط إلى قطع الجين قيد الدراسة من الحمض النووي ودراسة وظائف الجسم التي تأثرت.

بعض التطبيقات العملية للنظام:

1. زراعة.ومن خلال أنظمة كريسبر/كاس، يمكن تحسين المحاصيل. وهي جعلها أكثر لذيذة ومغذية، وكذلك مقاومة للحرارة. من الممكن منح النباتات خصائص أخرى: على سبيل المثال، قطع جين مسبب للحساسية من المكسرات (الفول السوداني أو البندق).
2. الطب، الأمراض الوراثية.يهدف العلماء إلى استخدام كريسبر/كاس لإزالة الطفرات من الجينوم البشري التي يمكن أن تسبب أمراضًا، مثل فقر الدم المنجلي، وما إلى ذلك. ومن الناحية النظرية، يمكن لكريسبر/كاس إيقاف تطور فيروس نقص المناعة البشرية.
3. محرك الجينات.لا يستطيع كريسبر/كاس تغيير جينوم حيوان أو نبات فردي فحسب، بل يمكنه أيضًا تغيير الجينات الخاصة بأحد الأنواع. يُعرف هذا المفهوم باسم "محرك الجينات". ينقل كل كائن حي نصف جيناته إلى نسله. لكن استخدام كريسبر/كاس يمكن أن يزيد من فرصة نقل الجينات بنسبة تصل إلى 100%. يعد هذا أمرًا مهمًا حتى تنتشر السمة المرغوبة بشكل أسرع بين السكان.

لقد قام العلماء السويسريون بتحسين وتحديث طريقة تحرير الجينوم كريسبر/كاس بشكل كبير، وبالتالي توسيع قدراتها. ومع ذلك، لم يتمكن العلماء من تعديل سوى جين واحد في المرة الواحدة باستخدام نظام كريسبر/كاس. ولكن الآن قام الباحثون في ETH Zurich بتطوير طريقة يمكنها تعديل 25 جينا في الخلية في وقت واحد.

وللحصول على أحدث التقنيات، استخدم الخبراء إنزيم Cas12a. نجح علماء الوراثة في استنساخ القرود لأول مرة في التاريخ. "الميكانيكا الشعبية";

نيكولينكو س. (2012). علم الجينوم: بيان المشكلة وطرق التسلسل. "ما بعد العلم".

31.2

للاصدقاء!

مرجع

نشأت البيولوجيا الجزيئية من الكيمياء الحيوية في أبريل 1953. ويرتبط مظهره بأسماء جيمس واتسون وفرانسيس كريك، اللذين اكتشفا بنية جزيء الحمض النووي. أصبح هذا الاكتشاف ممكنًا من خلال دراسة علم الوراثة والبكتيريا والكيمياء الحيوية للفيروسات. إن مهنة عالم الأحياء الجزيئية ليست منتشرة على نطاق واسع، ولكن دورها اليوم في المجتمع الحديث كبير جدًا. هناك عدد كبير من الأمراض، بما في ذلك تلك التي تظهر على المستوى الجيني، تتطلب من العلماء إيجاد حلول لهذه المشكلة.

وصف النشاط

تتحور الفيروسات والبكتيريا باستمرار، مما يعني أن الأدوية لم تعد تساعد الإنسان وتصبح الأمراض مستعصية. وتتمثل مهمة البيولوجيا الجزيئية في استباق هذه العملية وتطوير علاج جديد للأمراض. يعمل العلماء وفق مخطط راسخ: منع سبب المرض، والقضاء على آليات الوراثة وبالتالي تخفيف حالة المريض. هناك عدد من المراكز والعيادات والمستشفيات حول العالم حيث يقوم علماء الأحياء الجزيئية بتطوير علاجات جديدة لمساعدة المرضى.

مسؤوليات العمل

تشمل مسؤوليات عالم الأحياء الجزيئية دراسة العمليات داخل الخلية (على سبيل المثال، التغيرات في الحمض النووي أثناء تطور الأورام). كما يدرس الخبراء خصائص الحمض النووي وتأثيرها على الكائن الحي بأكمله وخلية واحدة. يتم إجراء مثل هذه الدراسات، على سبيل المثال، على أساس PCR (تفاعل البلمرة المتسلسل)، والذي يسمح لك بتحليل الجسم بحثًا عن الالتهابات والأمراض الوراثية وتحديد العلاقة البيولوجية.

ملامح النمو الوظيفي

إن مهنة عالم الأحياء الجزيئية واعدة جدًا في مجالها وتدعي اليوم أنها الأولى في تصنيف المهن الطبية في المستقبل. بالمناسبة، ليس من الضروري أن يبقى عالم الأحياء الجزيئي في هذا المجال طوال الوقت. إذا كانت هناك رغبة في تغيير المهنة، فيمكنه إعادة التدريب كمدير مبيعات لمعدات المختبرات، أو البدء في تطوير أدوات للدراسات المختلفة أو فتح مشروعه الخاص.

1 المقدمة.

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

2. القواعد الجزيئية للوراثة.

مفهوم الخلية وتكوينها الجزيئي. طبيعة المادة الوراثية. تاريخ الأدلة على الوظيفة الوراثية للحمض النووي.

2.1. أنواع مختلفة من الأحماض النووية.الوظائف البيولوجية للأحماض النووية. التركيب الكيميائي والتركيب المكاني و الخصائص الفيزيائيةاحماض نووية. السمات الهيكلية للمادة الوراثية المؤيدة وحقيقيات النوى. أزواج قاعدة واتسون-كريك التكميلية. الكود الجيني. تاريخ فك الشفرة الوراثية. الخصائص الرئيسية للكود: الثلاثي، الكود بدون فواصل، الانحطاط. مميزات قاموس الكودات، عائلات الكودونات، الكودونات الدلالية و"التي لا معنى لها". جزيئات الحمض النووي الدائرية ومفهوم التفاف الحمض النووي الفائق. Topoisomers من الحمض النووي وأنواعها. آليات عمل التوبويزوميراز. جيراز الحمض النووي البكتيري.

2.2. نسخ الحمض النووي.بوليميريز الحمض النووي الريبي بدائيات النواة ووحدته الفرعية وبنيته ثلاثية الأبعاد. مجموعة متنوعة من عوامل سيجما. مروج الجينات بدائية النواة وعناصره الهيكلية. مراحل دورة النسخ. بدء وتشكيل "مجمع مفتوح" واستطالة وإنهاء النسخ. توهين النسخ. تنظيم التعبير أوبون التربتوفان. "محولات الريبو". آليات إنهاء النسخ. التنظيم السلبي والإيجابي للنسخ. أوبون اللاكتوز. تنظيم النسخ في تطوير لامدا فج. مبادئ التعرف على الحمض النووي بواسطة البروتينات التنظيمية (بروتين CAP ومثبط عاثية لامدا). ميزات النسخ في حقيقيات النوى. معالجة الحمض النووي الريبي (RNA) في حقيقيات النوى. السد والربط وتعدد الأدينيلات من النصوص. آليات الربط. دور الحمض النووي الريبي النووي الصغير والعوامل البروتينية. الربط البديل، أمثلة

2.3. إذاعة، مراحله، وظيفة الريبوسومات. موقع الريبوسومات في الخلية. أنواع بدائية النواة وحقيقية النواة من الريبوسومات. ريبوسومات 70S و80S. مورفولوجيا الريبوسومات. التقسيم إلى جسيمات فرعية (وحدات فرعية). الارتباط المعتمد على الكودون لـ aminoacyl-tRNA في دورة الاستطالة. التفاعل بين الكودون ومضاد الكودون. مشاركة عامل الاستطالة EF1 (EF-Tu) في ربط aminoacyl-tRNA بالريبوسوم. عامل الاستطالة EF1B (EF-Ts)، وظيفته، تسلسل التفاعلات بمشاركته. المضادات الحيوية التي تؤثر على مرحلة الارتباط المعتمد على الكودون لـ aminoacyl-tRNA بالريبوسوم. المضادات الحيوية أمينوغليكوزيد (ستربتوميسين، نيومايسين، كاناميسين، جنتاميسين، الخ)، آلية عملها. التتراسيكلين كمثبطات لربط الأمينوسيل-tRNA بالريبوسوم. بدء البث. المراحل الرئيسية لعملية البدء. بدء الترجمة في بدائيات النوى: عوامل البدء، وكودونات البادئ، والنهاية 3 ¢ للوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة للحمض النووي الريبي (RNA)، وتسلسل Shine-Dalgarno في mRNA. بدء الترجمة في حقيقيات النوى: عوامل البدء، وكودونات البادئ، والمنطقة غير المترجمة 5 سنت، والبدء الطرفي المعتمد على الحد الأقصى. البدء "الداخلي" المستقل في حقيقيات النوى. Transpeptidation. مثبطات Transpeptidation: الكلورامفينيكول، لينكومايسين، الأميسيتين، الستربتوجرامين، الأنيسومايسين. النقل. إشراك عامل الاستطالة EF2 (EF-G) وGTP. مثبطات الإزفاء: حمض الفوسيديك، الفيوميسين، آليات عملها. إنهاء الترجمة. رموز الإنهاء. عوامل إنهاء البروتين في بدائيات النوى وحقيقيات النوى. فئتين من عوامل الإنهاء وآليات عملها. تنظيم الترجمة في بدائيات النوى.

2.4. تكرار الحمض النوويوالسيطرة الوراثية عليها. البوليميرات المشاركة في التكاثر، خصائص أنشطتها الأنزيمية. إخلاص الحمض النووي. دور التفاعلات الاستاتيكية بين أزواج قاعدة الحمض النووي أثناء النسخ. بوليمرات الإشريكية القولونية الأول والثاني والثالث. وحدات بوليميريز III. شوكة النسخ المتماثل، والخيوط "البادئة" و"المتأخرة" أثناء النسخ المتماثل. شظايا أوكازاكي. مجمع البروتينات في شوكة النسخ. تنظيم بدء النسخ المتماثل في الإشريكية القولونية. إنهاء التكاثر في البكتيريا. ملامح تنظيم تكرار البلازميد. النسخ المتماثل للحلقة ثنائية الاتجاه والمتداول.

2.5. إعادة التركيبوأنواعها ونماذجها. إعادة التركيب العام أو المتماثل. فواصل مزدوجة في الحمض النووي تؤدي إلى إعادة التركيب. دور إعادة التركيب في إصلاح ما بعد التكرار للفواصل المزدوجة. هيكل هوليداي في نموذج إعادة التركيب. إنزيمات إعادة التركيب العام في الإشريكية القولونية. مجمع RecBCD. بروتين ريكا. دور إعادة التركيب في ضمان تخليق الحمض النووي في تلف الحمض النووي الذي يقطع التكاثر. 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 تتم أثناء إعادة التركيب الخاصة بالموقع. الدور التنظيمي لإعادة التركيب الخاص بالموقع في البكتيريا. بناء كروموسومات حقيقية النواة متعددة الخلايا باستخدام نظام إعادة التركيب بالعاثية الخاص بالموقع.

2.6. إصلاح الحمض النووي.تصنيف أنواع الجبر. الإصلاح المباشر لثنائيات الثايمين والجوانين الميثيلي. قطع القواعد. الجليكوزيلات. آلية إصلاح النيوكليوتيدات غير المتزاوجة (إصلاح عدم التطابق). اختيار شريط DNA المراد إصلاحه. إصلاح SOS. خصائص بوليميرات الحمض النووي المشاركة في إصلاح SOS في بدائيات النوى وحقيقيات النوى. مفهوم "الطفرات التكيفية" في البكتيريا. إصلاح الفواصل المزدوجة: إعادة التركيب المتماثل بعد التكاثر وربط الأطراف غير المتماثلة لجزيء الحمض النووي. العلاقة بين عمليات النسخ وإعادة التركيب والجبر.

3. عملية الطفرة.

دور الطفرات البيوكيميائية في تكوين نظرية جين واحد – إنزيم واحد. تصنيف الطفرة. الطفرات النقطية وإعادة ترتيب الكروموسومات وآلية تكوينها. الطفرات العفوية والمستحثة. تصنيف المطفرة. الآلية الجزيئية للطفرات. العلاقة بين الطفرات والإصلاح. تحديد واختيار المسوخ. القمع: داخل الجينات، بين الجينات والنمط الظاهري.

4. العناصر الوراثية خارج الصبغي.

البلازميدات وبنيتها وتصنيفها. عامل الجنس F وهيكله ودورة حياته. دور العامل F في تعبئة نقل الكروموسوم. تكوين الجهات المانحة Hfr و F. آلية الاقتران. العاثيات البكتيرية وبنيتها ودورة حياتها. العاثيات الخبيثة والمعتدلة. الليسوجيني والتحول. النقل العام والخاص. العناصر الوراثية المهاجرة: الترانسبوزونات وتسلسلات IS، دورها في التمثيل الغذائي الجيني. الحمض النووي - الترانسبوزونات في جينومات بدائيات النوى وحقيقيات النوى هي تسلسلات IS للبكتيريا، وبنيتها تسلسلات IS كأحد مكونات العامل F للبكتيريا، والذي يحدد القدرة على نقل المواد الوراثية أثناء الاقتران ترانسبوزونات البكتيريا والكائنات حقيقية النواة غير متكررة مباشرة والآليات التكرارية للتبديلات مفهوم نقل الترانسبوزون الأفقي ودورها في إعادة الترتيب الهيكلي (إعادة التركيب خارج الرحم) وفي تطور الجينوم.

5. دراسة بنية ووظيفة الجين.

عناصر التحليل الجيني. اختبار تكامل Cis-trans. رسم الخرائط الجينية باستخدام الاقتران والتحويل والتحويل. بناء الخرائط الجينية. رسم الخرائط الجينية الجميلة. التحليل الفيزيائي للبنية الجينية. تحليل ثنائي الاتجاه. تحليل القيود. طرق التسلسل. تفاعل البوليميراز المتسلسل. الكشف عن وظيفة الجين.

6. تنظيم التعبير الجيني. مفاهيم الأوبون والريجولون. التحكم على مستوى بدء النسخ. المروج والمشغل والبروتينات التنظيمية. السيطرة الإيجابية والسلبية على التعبير الجيني. التحكم على مستوى إنهاء النسخ. العمليات التي تسيطر عليها كابابوليت: نماذج من عمليات اللاكتوز والجلاكتوز والأرابينوز والمالتوز. عمليات التحكم في المخفف: نموذج لمشغل التربتوفان. تنظيم متعدد التكافؤ للتعبير الجيني. أنظمة التنظيم العالمية. الاستجابة التنظيمية للضغوط. مراقبة ما بعد النسخ. نقل الإشارة. التنظيم بوساطة الحمض النووي الريبي (RNA): RNAs الصغيرة، RNAs الاستشعار.

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

أ). الأدب الرئيسي:

1. واتسون ج.، توز ج.، الحمض النووي المؤتلف: دورة موجزة. - م: مير، 1986.

2. الجينات. - م: مير. 1987.

3. البيولوجيا الجزيئية: التركيب والتخليق الحيوي للأحماض النووية. / إد. . - م.المدرسة العليا . 1990.

4. , – التكنولوجيا الحيوية الجزيئية. م.2002.

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

ب). الأدب الإضافي:

1. هسين الجينوم. - م: العلم. 1984.

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

3. جينات باتروشيف. - م: ناوكا، 2000.

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

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

6. هندسة ششيلكونوف. - نوفوسيبيرسك: من سيب. الجامعة، 2004.

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

(البيولوجيا الجزيئية/-البيولوجية)

• يكتب

  المهنة بعد التخرج

• مرتب

  3667-5623 يورو شهريا

يدرس علماء الأحياء الجزيئية العمليات الجزيئية كأساس لجميع عمليات الحياة. وبناءً على النتائج التي تم الحصول عليها، يقومون بتطوير 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، فإنها تتعلق باستخدام نتائج الأبحاث للإنتاج في مجالات مثل الهندسة الوراثية أو كيمياء البروتين أو علم الصيدلة (اكتشاف الأدوية). وفي الصناعات الكيميائية والصيدلانية، فإنها تسهل نقل المنتجات المطورة حديثًا من الأبحاث إلى الإنتاج وتسويق المنتجات وتقديم المشورة للمستخدمين.

في البحث العلمي، يدرس علماء الأحياء الجزيئية الخواص الكيميائية الفيزيائية للمركبات العضوية، وكذلك العمليات الكيميائية (في مجال التمثيل الغذائي الخلوي) في الكائنات الحية وينشرون نتائج الأبحاث. في أعلى المؤسسات التعليميةيقومون بتعليم الطلاب والتحضير للمحاضرات والندوات والتحقق من الأعمال الكتابية وإدارة الامتحانات. النشاط العلمي المستقل لا يكون ممكنا إلا بعد الحصول على درجة الماجستير والدكتوراه.

أين يعمل علماء الأحياء الجزيئية؟

يجد علماء الأحياء الجزيئية عملاً، مثل

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

راتب عالم الأحياء الجزيئي

مستوى الراتب الذي يتلقاه علماء الأحياء الجزيئية في ألمانيا هو

• من 3667 يورو إلى 5623 يورو شهريًا

(بحسب مختلف مكاتب الإحصاء ودوائر 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. وبناءً على النتائج التي تم الحصول عليها، يقومون بتطوير 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.

مهنة البيولوجيا الجزيئية

تتعامل البيولوجيا الجزيئية أو علم الوراثة الجزيئية مع دراسة البنية والتخليق الحيوي للأحماض النووية والعمليات التي تنطوي عليها نقل وتحقيق هذه المعلومات في شكل بروتينات. وهذا 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، لجعل المواد ذات الأهمية الدوائية أو التجارية متاحة على نطاق صناعي من خلال الطفرات المستهدفة.

نظرية وممارسة البيولوجيا الجزيئية

توفر الصناعة الكيميائية والصيدلانية العديد من مجالات العمل لعلماء الأحياء الجزيئية. وفي البيئات الصناعية، يقومون بتحليل عمليات التحول الحيوي أو تطوير وتحسين عمليات الإنتاج الميكروبيولوجي للمكونات النشطة والوسائط الصيدلانية. وبالإضافة إلى ذلك، فهم يشاركون في نقل المنتجات المطورة حديثًا من البحث إلى الإنتاج. ومن خلال أداء مهام التفتيش، فإنهم يضمنون أن مرافق الإنتاج والمعدات والأساليب التحليلية وجميع الخطوات في إنتاج المنتجات الحساسة مثل الأدوية تلبي دائمًا معايير الجودة المطلوبة. بالإضافة إلى ذلك، ينصح علماء الأحياء الجزيئية المستخدمين بشأن استخدام المنتجات الجديدة.

تتطلب المناصب الإدارية في كثير من الأحيان برنامج الماجستير.

علماء الأحياء الجزيئية في البحث والتعليم

في مجال العلوم والأبحاث، يتعامل علماء الأحياء الجزيئية مع موضوعات مثل التعرف على البروتينات في الخلية ونقلها وطيها وترميزها. ويتم نشر نتائج الأبحاث، التي تشكل الأساس للتطبيقات العملية في مختلف المجالات، وبالتالي إتاحتها للعلماء والطلاب الآخرين. في المؤتمرات والمؤتمرات، يقومون بمناقشة وعرض نتائج الأنشطة العلمية. يقوم علماء الأحياء الجزيئية بإلقاء المحاضرات والندوات، والإشراف على العمل العلمي، وإدارة الامتحانات.

النشاط العلمي المستقل يتطلب الحصول على درجة الماجستير والدكتوراه.