Molekulaarbioloogia ja molekulaarbiotehnoloogia meetodid. Biokeemia ja molekulaarbioloogia – kus õppida? Elukutse nägudes

(Molekular biology/-biologin)

Tüüp
Elukutse pärast lõpetamist
Palk
3667-5623 € kuus

Molekulaarbioloogid uurivad molekulaarprotsesse kui kõigi eluprotsesside alust. Saadud tulemuste põhjal töötavad nad välja kontseptsioonid biokeemiliste protsesside kasutamiseks näiteks meditsiiniuuringutes ja diagnostikas või biotehnoloogias. Lisaks võivad nad olla seotud farmaatsiatoodete valmistamise, tootearenduse, kvaliteedi tagamise või raviminõustamisega.

Molekulaarbioloogi kohustused

Molekulaarbioloogid võivad töötada erinevates valdkondades. Näiteks puudutavad need uurimistulemuste kasutamist tootmiseks sellistes valdkondades nagu geenitehnoloogia, valgukeemia või farmakoloogia (ravimite avastamine). Keemia- ja farmaatsiatööstuses hõlbustavad need äsja väljatöötatud toodete üleviimist uurimistööst tootmisse, toodete turustamist ja kasutajate nõustamist.

Teadusuuringutes uurivad molekulaarbioloogid seda kemikaali füüsikalised omadused orgaanilisi ühendeid, aga ka keemilisi protsesse (rakulise ainevahetuse vallas) elusorganismides ning avaldada uurimistulemusi. Kõrgemas õppeasutused nad õpetavad üliõpilasi, valmistuvad loenguteks ja seminarideks, kontrollivad kirjalikke töid ja korraldavad eksameid. Iseseisev teaduslik tegevus on võimalik alles pärast magistrikraadi ja doktorikraadi omandamist.

Kus molekulaarbioloogid töötavad?

Molekulaarbioloogid leiavad tööd, nt

uurimisinstituutides, nt teaduse ja meditsiini valdkonnas
kõrgkoolides
keemia-farmaatsiatööstuses
keskkonnakaitse osakondades

Molekulaarbioloogi palk

Saksamaal molekulaarbioloogide palgatase on

alates 3667€ kuni 5623€ kuus

(erinevate Saksamaa statistikaametite ja tööhõiveteenistuste andmetel)

Molekulaarbioloogi ülesanded ja kohustused üksikasjalikult

Mis on molekulaarbioloogi elukutse olemus

Molekulaarbioloogid uurivad molekulaarprotsesse kui kõigi eluprotsesside alust. Saadud tulemuste põhjal töötavad nad välja kontseptsioonid biokeemiliste protsesside kasutamiseks näiteks meditsiiniuuringutes ja diagnostikas või biotehnoloogias. Lisaks võivad nad olla seotud farmaatsiatoodete valmistamise, tootearenduse, kvaliteedi tagamise või raviminõustamisega.

Kutse molekulaarbioloogia

Molekulaarbioloogia ehk molekulaargeneetika tegeleb nukleiinhapete struktuuri ja biosünteesi ning selle informatsiooni edastamise ja realiseerimisega valkude kujul toimuvate protsesside uurimisega. See võimaldab mõista nende funktsioonide valulikke häireid ja võimalusel neid geeniteraapia abil ravida. Biotehnoloogia ja geenitehnoloogia jaoks on liidesed, mis loovad lihtsad organismid, nagu bakterid ja pärm, et teha farmakoloogilist või kaubanduslikku huvi pakkuvad ained sihitud mutatsioonide kaudu tööstuslikus ulatuses kättesaadavaks.

Molekulaarbioloogia teooria ja praktika

Keemia-farmaatsiatööstus pakub paljusid töövaldkondi molekulaarbioloogid. Tööstuslikes tingimustes analüüsivad nad biotransformatsiooniprotsesse või arendavad ja täiustavad protsesse toimeainete ja farmatseutiliste vahesaaduste mikrobioloogiliseks tootmiseks. Lisaks tegelevad nad äsja arendatud toodete üleminekuga uurimistööst tootmisse. Kontrollimisülesandeid täites tagavad nad, et tootmisrajatised, seadmed, analüüsimeetodid ja kõik tundlike toodete, nagu ravimid, tootmise etapid vastavad alati nõutavatele kvaliteedistandarditele. Lisaks nõustavad molekulaarbioloogid kasutajaid uute toodete kasutamisel.

Juhtimiskohad nõuavad sageli magistriprogrammi.

Molekulaarbioloogid teadus- ja haridusvaldkonnas

Teaduse ja uurimistöö valdkonnas tegelevad molekulaarbioloogid selliste teemadega nagu valkude äratundmine, transport, voltimine ja kodifitseerimine rakus. Teadustöö tulemused, mis on aluseks praktilistele rakendustele erinevates valdkondades, avaldatakse ja tehakse seeläbi kättesaadavaks teistele teadlastele ja üliõpilastele. Konverentsidel ja kongressidel arutatakse ja tutvustatakse teadustegevuse tulemusi. Molekulaarbioloogid peavad loenguid ja seminare, juhendavad teaduslik töö ja sooritada eksamid.

Iseseisev teaduslik tegevus eeldab magistrikraadi ja doktorikraadi.

1. Sissejuhatus.

Molekulaarbioloogia ja geneetika õppeaine, ülesanded ja meetodid. "Klassikalise" geneetika ja mikroorganismide geneetika tähtsus molekulaarbioloogia ja geenitehnoloogia arengus. Geeni mõiste "klassikalises" ja molekulaargeneetikas, selle evolutsioon. Geenitehnoloogia metoodika panus molekulaargeneetika arengusse. Geenitehnoloogia rakendusväärtus biotehnoloogia jaoks.

2. Pärilikkuse molekulaarsed alused.

Raku mõiste, selle makromolekulaarne koostis. Geneetilise materjali olemus. Tõendite ajalugu DNA geneetilise funktsiooni kohta.

2.1. Erinevat tüüpi nukleiinhapped. Nukleiinhapete bioloogilised funktsioonid. Nukleiinhapete keemiline struktuur, ruumiline struktuur ja füüsikalised omadused. Pro- ja eukarüootide geneetilise materjali struktuurilised omadused. Täiendavad Watson-Cricki aluspaarid. Geneetiline kood. Geneetilise koodi dešifreerimise ajalugu. Koodi peamised omadused: kolmik, kood ilma komadeta, degeneratsioon. Koodisõnastiku tunnused, koodonite perekonnad, semantilised ja "mõttetud" koodonid. Ringikujulised DNA molekulid ja DNA ülikerimise kontseptsioon. DNA topoisomeerid ja nende tüübid. Topoisomeraaside toimemehhanismid. Bakteriaalne DNA güraas.

2.2. DNA transkriptsioon. Prokarüootne RNA polümeraas, selle allüksus ja kolmemõõtmelised struktuurid. Erinevad sigma tegurid. Prokarüootse geeni promootor, selle struktuurielemendid. Transkriptsioonitsükli etapid. Transkriptsiooni initsiatsioon, “avatud kompleksi” moodustumine, pikenemine ja lõpetamine. transkriptsiooni nõrgenemine. Trüptofaani operoni ekspressiooni reguleerimine. "Riboswitchid". Transkriptsiooni lõpetamise mehhanismid. Transkriptsiooni negatiivne ja positiivne regulatsioon. laktoosi operon. Transkriptsiooni regulatsioon lambda faagi arengus. Reguleerivate valkude (CAP-valgu ja lambda-faagi repressori) DNA äratundmise põhimõtted. Transkriptsiooni tunnused eukarüootides. RNA töötlemine eukarüootides. Transkriptide piiramine, splaissimine ja polüadenüülimine. splaissimise mehhanismid. Väikese tuuma RNA ja valgufaktorite roll. Alternatiivne splaissimine, näited.

2.3. Saade, selle etapid, ribosoomide funktsioon. Ribosoomide asukoht rakus. Prokarüootsed ja eukarüootsed ribosoomide tüübid; 70S ja 80S ribosoomid. Ribosoomide morfoloogia. Jagamine alamosakesteks (alaühikuteks). Koodonist sõltuv aminoatsüül-tRNA seondumine elongatsioonitsüklis. Koodoni-antikoodoni interaktsioon. Elongatsioonifaktori EF1 (EF-Tu) osalemine aminoatsüül-tRNA sidumisel ribosoomiga. Elongatsioonitegur EF1B (EF-Ts), selle funktsioon, reaktsioonide jada selle osalusel. Antibiootikumid, mis mõjutavad aminoatsüül-tRNA ribosoomiga koodonist sõltuva seondumise etappi. Aminoglükosiidide antibiootikumid (streptomütsiin, neomütsiin, kanamütsiin, gentamütsiin jt), nende toimemehhanism. Tetratsükliinid kui aminoatsüül-tRNA ribosoomiga seondumise inhibiitorid. Saate algatamine. Algatamisprotsessi peamised etapid. Translatsiooni initsiatsioon prokarüootides: initsiatsioonifaktorid, initsiaatorkoodonid, väikese ribosomaalse subühiku RNA 3¢-ots ja Shine-Dalgarno järjestus mRNA-s. Translatsiooni initsiatsioon eukarüootides: initsiatsioonifaktorid, initsiaatorkoodonid, 5¢-mittetransleeritav piirkond ja korgist sõltuv terminaalne initsiatsioon. "Sisemine" korgist sõltumatu initsiatsioon eukarüootides. Transpeptidatsioon. Transpeptidatsiooni inhibiitorid: klooramfenikool, linkomütsiin, amitsetiin, streptogramiinid, anisomütsiin. Translokatsioon. Pikendusteguri EF2 (EF-G) ja GTP kaasamine. Translokatsiooni inhibiitorid: fusidiinhape, viomütsiin, nende toimemehhanismid. Tõlke lõpetamine. Lõpetuskoodonid. Prokarüootide ja eukarüootide valgu terminatsioonifaktorid; kahte klassi lõpetamisfaktoreid ja nende toimemehhanisme. Tõlke reguleerimine prokarüootides.

2.4. DNA replikatsioon ja selle geneetiline kontroll. Replikatsioonis osalevad polümeraasid, nende omadused ensümaatilised aktiivsused. DNA truudus. DNA aluspaaride vaheliste steeriliste interaktsioonide roll replikatsiooni ajal. E. coli polümeraasid I, II ja III. Polümeraas III subühikud. Replikatsioonikahvel, "juht" ja "jäänud" lõimed replikatsiooni ajal. Okazaki killud. Valkude kompleks replikatsioonikahvlis. Replikatsiooni initsiatsiooni reguleerimine E. coli's. Replikatsiooni lõpetamine bakterites. Plasmiidi replikatsiooni reguleerimise tunnused. Kahesuunaline ja veerev rõnga replikatsioon.

2.5. Rekombinatsioon, selle tüübid ja mudelid. Üldine või homoloogne rekombinatsioon. Kaheahelalised katkestused DNA-s, mis käivitavad rekombinatsiooni. Rekombinatsiooni roll kaheahelaliste katkestuste replikatsioonijärgses parandamises. Holliday struktuur rekombinatsioonimudelis. Üldise rekombinatsiooni ensümoloogia E. coli's. RecBCD kompleks. Reca valk. Rekombinatsiooni roll DNA sünteesi tagamisel replikatsiooni katkestava DNA kahjustuse korral. rekombinatsioon eukarüootides. Rekombinatsiooniensüümid eukarüootides. Saidispetsiifiline rekombinatsioon. Üldise ja kohaspetsiifilise rekombinatsiooni molekulaarsete mehhanismide erinevused. Rekombinaaside klassifikatsioon. Kohaspetsiifilise rekombinatsiooni käigus läbi viidud kromosomaalsete ümberkorralduste tüübid. Kohtspetsiifilise rekombinatsiooni regulatiivne roll bakterites. Mitmerakuliste eukarüootsete kromosoomide konstrueerimine kohaspetsiifilise faagi rekombinatsioonisüsteemi abil.

2.6. DNA parandamine. Reparatsiooniliikide klassifikatsioon. Tümiini dimeeride ja metüülitud guaniini otsene parandamine. Aluste välja lõikamine. Glükosülaasid. Paaritute nukleotiidide parandamise mehhanism (mittevastavuse parandamine). Parandatava DNA ahela valik. SOS remont. SOS-i parandamisel osalevate DNA polümeraaside omadused prokarüootides ja eukarüootides. Mõiste "adaptiivsed mutatsioonid" bakterites. Kaheahelaliste katkestuste parandamine: homoloogne replikatsioonijärgne rekombinatsioon ja DNA molekuli mittehomoloogsete otste ühendamine. Replikatsiooni, rekombinatsiooni ja reparatsiooni protsesside seos.

3. Mutatsiooniprotsess.

Biokeemiliste mutantide roll ühe geeni - ühe ensüümi teooria kujunemisel. Mutatsioonide klassifikatsioon. Punktmutatsioonid ja kromosoomide ümberkorraldused, nende tekkemehhanism. Spontaanne ja indutseeritud mutagenees. Mutageenide klassifikatsioon. Mutageneesi molekulaarne mehhanism. Mutageneesi ja parandamise vaheline seos. Mutantide identifitseerimine ja valik. Supressioon: intrageenne, intergeenne ja fenotüübiline.

4. Ekstrakromosomaalsed geneetilised elemendid.

Plasmiidid, nende struktuur ja klassifikatsioon. Sugufaktor F, selle struktuur ja eluring. Faktori F roll kromosoomide ülekande mobiliseerimisel. Hfr ja F doonorite teke Konjugatsiooni mehhanism Bakteriofaagid, nende struktuur ja elutsükkel Virulentsed ja parasvöötme bakteriofaagid Lüsogenees ja transduktsioon Üldine ja spetsiifiline transduktsioon Migreerivad geneetilised elemendid: transposoonid ja IS järjestused, nende roll geneetilises ainevahetuses DNA - transposoonid prokarüootide ja eukarüootide genoomis Bakterite IS-järjestused, nende struktuur IS-järjestused bakterite F-faktori komponendina, mis määrab konjugatsiooni käigus geneetilise materjali ülekandmise võime Bakterite ja eukarüootsete organismide transposoonid Otsene mittepaljunemine ja transpositsioonide replikatiivsed mehhanismid Horisontaalse transposooni ülekande kontseptsioon ja nende roll struktuursetes ümberkorraldustes (ektoopiline rekombinatsioon) ja genoomi evolutsioonis.

5. Geeni ehituse ja talitluse uurimine.

Geneetilise analüüsi elemendid. Cis-trans komplementatsiooni test. Geneetiline kaardistamine konjugatsiooni, transduktsiooni ja transformatsiooni abil. Geneetiliste kaartide koostamine. Peen geneetiline kaardistamine. Geenistruktuuri füüsiline analüüs. heterodupleksanalüüs. Piirangute analüüs. Järjestusmeetodid. polümeraasi ahelreaktsioon. Geeni funktsiooni paljastamine.

6. Geeniekspressiooni reguleerimine. Operoni ja reguloni mõisted. Kontroll transkriptsiooni initsiatsiooni tasemel. Promootor, operaator ja reguleerivad valgud. Geeniekspressiooni positiivne ja negatiivne kontroll. Kontroll transkriptsiooni lõpetamise tasemel. Kataboliidiga juhitavad operonid: laktoosi, galaktoosi, arabinoosi ja maltoosi operonite mudelid. Atenuaatoriga juhitavad operonid: trüptofaani operoni mudel. Geeniekspressiooni multivalentne reguleerimine. Globaalsed reguleerimissüsteemid. Regulatiivne reaktsioon stressile. transkriptsioonijärgne kontroll. signaaliülekanne. RNA-vahendatud regulatsioon: väikesed RNA-d, sensor-RNA-d.

7. Geenitehnoloogia alused. Restriktsiooniensüümid ja modifikatsioonid. Geenide isoleerimine ja kloonimine. Vektorid molekulaarseks kloonimiseks. Rekombinantse DNA ehitamise põhimõtted ja nende viimine retsipientrakkudesse. Geenitehnoloogia rakenduslikud aspektid.

A). Peamine kirjandus:

1. Watson J., Tooze J., Rekombinantne DNA: lühikursus. – M.: Mir, 1986.

2. Geenid. – M.: Mir. 1987.

3. Molekulaarbioloogia: nukleiinhapete struktuur ja biosüntees. / Toim. . - M. Kõrgkool. 1990. aasta.

4., - Molekulaarbiotehnoloogia. M. 2002.

5. Spiriini ribosoomid ja valkude biosüntees. - M .: Kõrgkool, 1986.

b). Lisakirjandus:

1. Genoomi hesiin. – M.: Teadus. 1984. aasta.

2. Geenitehnoloogia Rybchin. - Peterburi: Peterburi Riiklik Tehnikaülikool. 1999. aasta.

3. Patruševi geenid. – M.: Nauka, 2000.

4. Kaasaegne mikrobioloogia. Prokarüootid (2 mahus). – M.: Mir, 2005.

5. M. Singer, P. Berg. Geenid ja genoomid. – M.: Mir, 1998.

6. Štšelkunovi insener. - Novosibirsk: Sibist. Ülikool, 2004.

7. Stepanovi bioloogia. Valkude struktuur ja funktsioonid. - M.: V. Sh., 1996.

Molekulaarbioloog on meditsiiniteadlane, kelle missiooniks on inimkonna päästmine ohtlikest haigustest. Selliste haiguste hulgas on näiteks onkoloogia, mis on tänapäeval muutunud üheks peamiseks surmapõhjuseks maailmas, vaid veidi alla juhile - südame-veresoonkonna haigused. Onkoloogia varajase diagnoosimise, vähi ennetamise ja ravi uued meetodid - prioriteet kaasaegne meditsiin. Onkoloogia valdkonna molekulaarbioloogid töötavad välja antikehi ja rekombinantseid (geneetiliselt muundatud) valke varaseks diagnoosimiseks või sihipäraseks ravimi toimetamiseks organismi. Selle valdkonna spetsialistid kasutavad teaduse ja tehnoloogia uusimaid saavutusi, et luua uusi organisme ja orgaanilisi aineid edasine kasutamine teadusuuringutes ja kliinilises tegevuses. Molekulaarbioloogide poolt kasutatavate meetodite hulgas on kloonimine, transfektsioon, nakatamine, polümeraasi ahelreaktsioon, geenide järjestamine ja teised. Üks Venemaal molekulaarbioloogidest huvitatud ettevõtteid on PrimeBioMed LLC. Organisatsioon tegeleb diagnostikaks mõeldud antikehade-reaktiivide tootmisega onkoloogilised haigused. Selliseid antikehi kasutatakse peamiselt kasvaja tüübi, selle päritolu ja pahaloomulise kasvaja määramiseks, see tähendab metastaaside tekkevõime (levib teistesse kehaosadesse). Uuritava koe õhukestele lõikudele kantakse antikehi, misjärel need seonduvad rakkudes teatud valkudega – markeritega, mis kasvajarakkudes esinevad, aga tervetes puuduvad ja vastupidi. Sõltuvalt uuringu tulemustest on ette nähtud edasine ravi. PrimeBioMedi klientide hulka kuuluvad lisaks meditsiini-, vaid ka teadusasutustele, kuna antikehi saab kasutada ka uurimisprobleemide lahendamisel. Sellistel juhtudel saab konkreetse ülesande jaoks eritellimusel toota ainulaadseid antikehi, mis on võimelised seonduma uuritava valguga. Veel üks paljutõotav ettevõtte uuringute suund on ravimite sihipärane (sihipärane) kohaletoimetamine organismi. Sel juhul kasutatakse transpordina antikehi: nende abiga toimetatakse ravimid otse kahjustatud organitesse. Seega muutub ravi efektiivsemaks ja omab organismile vähem negatiivseid tagajärgi kui näiteks keemiaravi, mis ei mõjuta mitte ainult vähirakke, vaid ka teisi rakke. Molekulaarbioloogi amet muutub lähikümnenditel eeldatavasti üha nõudlikumaks: inimese keskmise eluea pikenemisega kasvab onkoloogiliste haiguste arv. Kasvajate varajane avastamine ja uuenduslikud ravimeetodid molekulaarbioloogide saadud ainete abil päästavad paljude inimeste elusid ja parandavad selle kvaliteeti.

Kutsealane põhiharidus

Protsendid peegeldavad teatud haridustasemega spetsialistide jaotust tööturul. Rohelisega on märgitud eriala omandamise võtmespetsialiseerumisalad.

Võimed ja oskused

Oskus käsitseda reaktiive, proove, peab olema võimeline töötama väikeste esemetega
Võimalus töötada suurte teabemahtudega
Oskus töötada kätega

Huvid ja eelistused

Tahe midagi uut õppida
Võimalus töötada multitegumtöötlusrežiimis (vajalik on jälgida mitme reaktsiooni ja protsessi kulgu korraga)
Täpsus
Vastutus (te ei saa jätta tööd "homseks", kuna proovid võivad kahjustada saada)
täpsus
töökus
Mindfulness (on vaja jälgida mikroprotsesse)

Elukutse nägudes

Maria Šitova

Daria Samoilova

Aleksei Gratšev

Molekulaarbioloogia onkoloogia valdkonnas on paljulubav erialane valdkond, kuna vähivastane võitlus on maailma meditsiini üks prioriteetseid ülesandeid.

Molekulaarbioloogid on teaduse, biotehnoloogia ja uuenduslike ettevõtete aktiivse arengu tõttu paljudes valdkondades nõutud. Praeguseks on väike puudus spetsialistidest, eriti nendest, kellel on oma erialal mõningane kogemus. Seni jätkab küllaltki suur osa lõpetajatest välismaale tööle minekut. Võimalused hakkavad tekkima tõhus töö biotehnoloogia vallas Venemaal, kuid massilisest iseloomust on veel vara rääkida.

Molekulaarbioloogi töö hõlmab spetsialisti aktiivset osalemist teaduslikus tegevuses, millest saab karjääri edendamise mehhanism. Eriala areng on võimalik läbi teadusprojektides ja konverentsidel osalemise, võib-olla läbi seotud teadmusvaldkondade arendamise. Samuti on tulevikus võimalik akadeemiline areng nooremteadurist vanemteaduri kaudu juhtivteaduri, professori ja/või osakonnajuhatajani/laborini.

intervjuu

Pirogov Sergei - 2012. aastal "Elevant ja kaelkirjak" korraldatud bioloogiaolümpiaadi ettevalmistamises osaleja.
Rahvusvahelise bioloogiauniversiaadi võitja
Olümpiaadi "Lomonosov" võitja
2012. aasta ülevenemaalise bioloogiaolümpiaadi piirkondliku etapi võitja
Õppis Moskva Riiklikus Ülikoolis. M.V. Lomonosov bioloogiateaduskonnas: molekulaarbioloogia osakond, 6. kursuse üliõpilane. Töötab Molekulaargeneetika Instituudi loomade biokeemilise geneetika laboris.

- Seryozha, kui lugejatel on küsimusi, kas nad saavad teilt küsida?

Jah, muidugi võite küsimusi esitada vähemalt kohe. Sellel väljal:

Küsimuse esitamiseks klõpsake siin.

- Alustame koolist, kas teil polnud ülilahe kool?

Õppisin väga nõrgas Moskva koolis, sellises keskmises keskkoolis. Tõsi, meil oli Moskva Kunstiteatris suurepärane õpetaja, tänu kellele oli meil koolis suuresti nominaalne "kunstiajaloo" suunitlus.

- Aga bioloogia?

Meie bioloogiaõpetaja oli väga eakas, kurt ja terav naine, keda kõik kartsid. Kuid armastus oma teema vastu ei lisanud. Bioloogia on kirglik olnud lapsepõlvest saati, alates viiendast eluaastast. Lugesin kõike ise, peamiselt on mind kandunud anatoomia ja zooloogia. Nii et kooliained eksisteerisid paralleelselt minu enda huvidega. Olümpiamängud muutsid kõike.

- Räägi mulle sellest lähemalt.

7. klassis osalesin esimest korda vallaetapil (muidugi peaaegu kõigis ainetes korraga, kuna olin ainuke õpilane, keda õpetajatel oli põhjust saata). Ja ta võitis bioloogias. Siis käsitles kool seda kui naljakat, kuid mitte eriti huvitavat fakti.

- Kas see aitas teid koolis?

Mäletan, et vaatamata hiilgavatele õpingutele sain sageli bioloogiaõpetajalt B-d näpuotsaga nagu "sibula lõigu joonisel tuleks juured pruuniks, mitte halliks värvida". See kõik oli päris masendav. 8. klassis läksin taas olümpiaadile, aga bioloogiasse mind millegipärast ei saadetud. Aga teistes ainetes sai temast võitja ja preemia.

- Mis juhtus 9. klassis?

9. klassis ma rajoonietapil ei käinud. Seal viskasin ootamatult nõrga piiripealse punktisumma, mis osutus siiski piirkondlikule etapile pääsemiseks. Sellel oli võimas motiveeriv jõud - mõistmine, kui palju ma ei tea ja kui palju inimesi, kes seda kõike teavad (kui palju selliseid inimesi riigi mastaabis ma isegi kartsin ette kujutada).

- Räägi meile, kuidas valmistusid.

Intensiivne iseõppimine, raamatupoodidesse minemine ja tuhanded eelmise aasta ülesanded mõjusid tervendavalt. Sain teooria eest ühe kõrgeima hinde (mis oli ka minu jaoks täiesti ootamatu), edasi praktiline etapp...ja ebaõnnestus. Tol ajal ma praktilise lava olemasolust ei teadnudki.

- Kas olümpiamängud mõjutasid teid?

Minu elu on kardinaalselt muutunud. Sain teada paljudest teistest olümpiaadidest, eriti armusin SBO-sse. Seejärel näitas ta paljudel häid tulemusi, mõne võitis, tänu Lomonosovskajale sai ta õiguse siseneda ilma eksamiteta. Samas võitsin kunstiajaloo olümpiaade, millele hingan siiani ebaühtlaselt. Tõsi, ta ei olnud praktiliste ringkäikudega sõber. 11. klassis ikka jõudsin viimane etapp, kuid Fortuuna ei olnud soodne ja seekord ei jõudnud ma teoreetilise etapi vastusemaatriksit täita. Kuid see võimaldas praktilise asja pärast mitte liiga palju muretseda.

- Kas olete kohanud palju olümpiaade?

Jah, ma arvan siiani, et mul vedas väga eakaaslaste ringiga, kes mu silmaringi kõvasti laiendas. Olümpiaadide teine pool oli lisaks motivatsioonile aine harmoonilisemaks õppimiseks olümpiaadidega tutvumine. Juba tol ajal märkasin, et horisontaalsuhtlus on vahel kasulikum kui vertikaalne suhtlus – õppejõududega treeninglaagris.

- Kuidas sa ülikooli astusid? Kas valisite teaduskonna?

Pärast 11. klassi astusin Moskva Riikliku Ülikooli bioloogiateaduskonda. Lihtsalt suurem osa mu tollastest kaaslastest tegi valiku FBB kasuks, kuid siin mängis esmatähtsat rolli see, et minust ei saanud ülevenemaalise võitja. Nii et ma peaksin tegema matemaatika siseeksami ja selles, eriti koolis - ma armusin kõrgemasse palju rohkem - ma ei olnud tugev. Ja koolis oli väga kehv ettevalmistus (me isegi ei olnud peaaegu kogu C osaks ette valmistatud). Huvide osas aimasin juba siis, et lõppkokkuvõttes võib tulla ükskõik millise tulemuseni, olenemata vastuvõtukohast. Hiljem selgus, et FBB lõpetajaid on palju, kes läksid üle valdavalt märja bioloogiale ja vastupidi – paljud head bioinformaatikud alustasid amatöörina. Kuigi tol hetkel tundus mulle, et bioloogilise teaduskonna kontingent on FBBshny omast erinev. Selles ma kindlasti eksisin.

Kas sa teadsid?

Huvitav

Kas sa teadsid?

Huvitav

Laagris Elevant ja Kaelkirjak toimuvad vahetused biokeemias ja molekulaarbioloogias, kus kooliõpilased koos Moskva Riikliku Ülikooli kogenud õpetajatega panevad paika katseid ja valmistuvad ka olümpiaadideks.

© Intervjueeris Reshetov Denis. Fotod pakkus lahkelt Sergei Pirogov.

Võib öelda, et molekulaarbioloogia uurib elu ilminguid elututel struktuuridel või süsteemidel, millel on elementaarsed elutegevuse tunnused (milleks võivad olla üksikud bioloogilised makromolekulid, nende kompleksid või organellid), uurides, kuidas elusainet iseloomustavad võtmeprotsessid realiseeruvad. keemilised vastasmõjud ja transformatsioonid.

Molekulaarbioloogia eraldamine biokeemiast iseseisvaks teadusvaldkonnaks on tingitud asjaolust, et selle peamiseks ülesandeks on uurida bioloogiliste makromolekulide struktuuri ja omadusi. erinevaid protsesse nende koostoime mehhanismide selgitamine. Biokeemia seevastu tegeleb elutegevuse tegelike protsesside, nende kulgemise mustrite uurimisega elusorganismis ja nende protsessidega kaasnevate molekulide muundumiste uurimisega. Lõppkokkuvõttes püüab molekulaarbioloogia vastata küsimusele, miks see või teine protsess toimub, biokeemia aga küsimustele, kus ja kuidas keemia seisukohalt vaadeldav protsess toimub.

Lugu

Molekulaarbioloogia kui biokeemia eraldiseisev valdkond hakkas kujunema 1930. aastatel. Just siis tekkis elunähtuse sügavamaks mõistmiseks vajadus elusorganismide päriliku teabe säilitamise ja edastamise protsesside sihipäraste uuringute järele molekulaarsel tasandil. Seejärel määratleti molekulaarbioloogia ülesanne nukleiinhapete ja valkude struktuuri, omaduste ja vastastikmõju uurimisel. Mõistet "molekulaarbioloogia" kasutas esmakordselt inglise teadlane William Astbury uuringute kontekstis, mis olid seotud molekulaarstruktuuri ja füüsikaliste ning bioloogilised omadused fibrillaarsed valgud, nagu kollageen, vere fibriin või lihaste kontraktiilsed valgud.

Molekulaarbioloogia algusaegadel peeti RNA-d taimede ja seente komponendiks, DNA-d aga loomarakkude tüüpiliseks komponendiks. Esimene teadlane, kes tõestas DNA leidmist taimedes, oli Andrei Nikolajevitš Belozerski, kes eraldas herneste DNA 1935. aastal. See avastus kinnitas tõsiasja, et DNA on universaalne nukleiinhape, mis esineb taime- ja loomarakkudes.

Peamine saavutus oli George Beadle'i ja Edward Tatumi otsese põhjusliku seose loomine geenide ja valkude vahel. Oma katsetes paljastasid nad neurospoorrakud ( Neurosporacrassa) röntgenkiirgus, mis põhjustas mutatsioone. Saadud tulemused näitasid, et see tõi kaasa muutuse spetsiifiliste ensüümide omadustes.

Albert Claude eraldas 1940. aastal loomarakkude tsütoplasmast tsütoplasmaatilise RNA-d sisaldavad graanulid, mis olid mitokondritest väiksemad. Ta nimetas neid mikrosoomideks. Seejärel tehti isoleeritud osakeste struktuuri ja omaduste uurimisel kindlaks nende põhiline roll valkude biosünteesi protsessis. 1958. aastal otsustati esimesel nendele osakestele pühendatud sümpoosionil neid osakesi nimetada ribosoomideks.

Teiseks oluliseks sammuks molekulaarbioloogia arengus olid 1944. aastal avaldatud Oswald Avery, Colin MacLeodi ja MacLean McCarthy eksperimendi andmed, mis näitasid, et DNA on bakterite transformatsiooni põhjustaja. See oli esimene eksperimentaalne tõestus DNA rollist päriliku teabe edastamisel, mis lükkas ümber varasema idee geenide valgu olemusest.

1950. aastate alguses näitas Frederick Sanger, et valguahel on ainulaadne aminohappejääkide järjestus. 1950. aastate lõpus dešifreerisid Max Perutz ja John Kendrew esimeste valkude ruumilise struktuuri. Juba 2000. aastal oli teada sadu tuhandeid looduslikke aminohappejärjestusi ja tuhandeid valkude ruumilisi struktuure.

Umbes samal ajal võimaldasid Erwin Chargaffi uuringud tal sõnastada reeglid, mis kirjeldavad DNA lämmastikualuste suhet (reeglid ütlevad, et sõltumata DNA liigilistest erinevustest võrdub guaniini kogus tsütosiini ja adeniini kogusega on võrdne themini kogusega), mis aitas hiljem teha suurima läbimurde molekulaarbioloogias ja ühe suurima avastuse bioloogias üldiselt.

See sündmus leidis aset 1953. aastal, kui James Watson ja Francis Crick põhinesid Rosalind Franklini ja Maurice Wilkinsi töödel. Röntgendifraktsioonianalüüs DNA, määras DNA molekuli kaheahelalise struktuuri. See avastus võimaldas vastata põhiküsimusele päriliku teabe kandja võime kohta end taastoota ja mõista sellise teabe edastamise mehhanismi. Samad teadlased sõnastasid lämmastikaluste komplementaarsuse põhimõtte, mis on ülimalt oluline supramolekulaarsete struktuuride moodustumise mehhanismi mõistmisel. See põhimõte, mida tänapäeval kasutatakse kõigi molekulaarsete komplekside kirjeldamiseks, võimaldab kirjeldada ja ennustada nõrkade (mittevalentsete) molekulidevaheliste interaktsioonide ilmnemise tingimusi, mis määravad sekundaarse, tertsiaarse jne tekke võimaluse. makromolekulide struktuurid, supramolekulaarsete bioloogiliste süsteemide iseseisev kokkupanek, mis määravad nii suure hulga molekulaarstruktuure ja nende funktsionaalseid komplekte. Seejärel, 1953. aastal, ilmus teadusajakiri Journal of Molecular Biology. Seda juhtis John Kendrew, kelle teadusliku huvi valdkond oli globulaarsete valkude struktuuri uurimine (Nobeli preemia 1962. aastal koos Max Perutziga). Sarnase venekeelse ajakirja Molecular Biology asutas NSV Liidus V. A. Engelhardt 1966. aastal.

1958. aastal sõnastas Francis Crick nn. Molekulaarbioloogia keskne dogma: idee geneetilise teabe voo pöördumatusest DNA-st RNA kaudu valkudesse vastavalt skeemile DNA → DNA (replikatsioon, DNA koopia loomine), DNA → RNA (transkriptsioon, geenide kopeerimine), RNA → valk (valkude struktuuri puudutava informatsiooni translatsioon, dekodeerimine). Seda dogmat parandati 1970. aastal, võttes arvesse kogutud teadmisi, kuna pöördtranskriptsiooni fenomeni avastasid iseseisvalt Howard Temin ja David Baltimore: avastati ensüüm - pöördtranskriptaas, mis vastutab pöördtranskriptsiooni rakendamise eest - kaheahelalise DNA moodustumine üheahelalisel RNA matriitsil, mis esineb onkogeensetes viirustes. Tuleb märkida, et molekulaarbioloogia aluseks on endiselt range vajadus geneetilise teabe voolu üle nukleiinhapetelt valkudele.

1957. aastal näitas Aleksander Sergejevitš Spirin koos Andrei Nikolajevitš Belozerskiga, et vaatamata olulistele erinevustele DNA nukleotiidide koostises erinevad organismid, on kogu RNA koostis sarnane. Nende andmete põhjal jõudsid nad sensatsioonilisele järeldusele, et raku kogu RNA ei saa toimida geneetilise teabe kandjana DNA-st valkudesse, kuna see ei vasta sellele oma koostiselt. Samal ajal märkasid nad, et seal on väike osa RNA-st, mis oma nukleotiidide koostiselt vastab täielikult DNA-le ja mis võib olla tõeline geneetilise teabe kandja DNA-st valkudesse. Selle tulemusel ennustasid nad suhteliselt väikeste RNA molekulide olemasolu, mis on oma struktuurilt analoogsed DNA üksikute osadega ja toimivad vahendajatena DNA-s sisalduva geneetilise informatsiooni ülekandmisel ribosoomi, kus seda infot kasutades sünteesitakse valgumolekule. Aastal 1961 (S. Brenner, F. Jacob, M. Meselson ühelt poolt ning F. Gros, Francois Jacob ja Jacques Monod said esimestena eksperimentaalse kinnituse selliste molekulide – informatsioonilise (maatriks) RNA olemasolule. samal ajal töötasid nad välja DNA funktsionaalsete üksuste – operoni – kontseptsiooni ja mudeli, mis võimaldas täpselt selgitada, kuidas toimub geeniekspressiooni reguleerimine prokarüootides Valkude biosünteesi mehhanismide ja struktuuri põhimõtete uurimine molekulaarmasinate – ribosoomide – organiseerimine ja toimimine võimaldas sõnastada geneetilise informatsiooni liikumist kirjeldava postulaadi, mida nimetatakse molekulaarbioloogia keskseks dogmaks: DNA – mRNA on valk.

1961. aastal ja järgneva paari aasta jooksul viisid Heinrich Mattei ja Marshall Nirenberg ning seejärel Har Korana ja Robert Holley läbi mitmeid töid geneetilise koodi dešifreerimiseks, mille tulemusena tekkis otsene seos DNA struktuuri ja sünteesitud valkude vahel. ja nukleotiidjärjestus, mis määrab valgu aminohapete komplekti. Samuti saadi andmed geneetilise koodi universaalsuse kohta. Avastused märgiti ära nobeli preemia 1968. aastal.

Kaasaegsete ideede arendamiseks RNA funktsioonide kohta mittekodeeriva RNA avastamine, mis tehti Aleksander Sergejevitš Spirini töö tulemuste põhjal koos Andrei Nikolajevitš Belozerskiga 1958. aastal, Charles Brenneri koos kaasautorite ja Sauliga. Spiegelman 1961. aastal oli otsustav. Seda tüüpi RNA moodustab suurema osa raku RNA-st. Ribosomaalsed RNA-d on peamiselt mittekodeerivad.

Loomarakkude kultiveerimise ja hübridiseerimise meetodid on saanud tõsise arengu. Aastal 1963 sõnastasid François Jacob ja Sydney Brenner idee replikonist, loomupäraselt replitseeruvate geenide järjestusest, mis selgitab geenide replikatsiooni reguleerimise olulisi aspekte.

1967. aastal demonstreeriti A. S. Spirini laboris esimest korda, et kompaktselt volditud RNA kuju määrab ribosomaalse osakese morfoloogia.

1968. aastal tehti oluline fundamentaalne avastus. Okazaki, avastanud replikatsiooniprotsessi uurimisel mahajäänud ahela DNA fragmendid, nimetas tema järgi Okazaki fragmente, selgitas DNA replikatsiooni mehhanismi.

1970. aastal tegid Howard Temin ja David Baltimore iseseisvalt olulise avastuse: avastati ensüüm - pöördtranskriptaas, mis vastutab pöördtranskriptsiooni rakendamise eest - kaheahelalise DNA moodustumine üheahelalisel RNA matriitsil, mis toimub RNA-d sisaldavad onkogeensed viirused.

Teine oluline molekulaarbioloogia saavutus oli mutatsioonide mehhanismi selgitamine molekulaarsel tasandil. Uuringute seeria tulemusena tehti kindlaks peamised mutatsioonide tüübid: dubleerimised, inversioonid, deletsioonid, translokatsioonid ja transpositsioonid. See võimaldas käsitleda evolutsioonilisi muutusi geeniprotsesside vaatenurgast ning võimaldas arendada molekulaarkellade teooriat, mida kasutatakse fülogeneesis.

1970. aastate alguseks olid sõnastatud nukleiinhapete ja valkude toimimise aluspõhimõtted elusorganismis. Leiti, et valgud ja nukleiinhapped organismis sünteesitakse maatriksmehhanismi järgi, maatriksmolekul kannab krüpteeritud informatsiooni aminohapete (valgus) või nukleotiidide (nukleiinhappes) järjestuse kohta. Replikatsiooni (DNA kahekordistamine) või transkriptsiooni (mRNA süntees) ajal toimib DNA sellise maatriksina, translatsiooni (valgu süntees) või pöördtranskriptsiooni ajal - mRNA.

Nii loodi teoreetilised eeldused molekulaarbioloogia rakendusvaldkondade, eelkõige geenitehnoloogia arendamiseks. 1972. aastal töötasid Paul Berg, Herbert Bauer ja Stanley Cohen välja molekulaarse kloonimise tehnoloogia. Siis olid nad esimesed, kes said rekombinantse DNA in vitro. Need silmapaistvad katsed panid aluse geenitehnoloogiale ja seda aastat peetakse selle teadussuuna sünniajaks.

Aastal 1977 arendasid Frederick Sanger ning iseseisvalt Allan Maxum ja Walter Gilbert erinevaid meetodeid DNA primaarstruktuuri (järjestuse) määramine. Sangeri meetod, nn ahela lõpetamise meetod, on tänapäevase sekveneerimismeetodi aluseks. Sekveneerimise põhimõte põhineb märgistatud aluste kasutamisel, mis toimivad tsüklilise sekveneerimisreaktsiooni terminaatoritena. See meetod on muutunud laialt levinud tänu võimalusele kiiresti analüüsida.

1976 – Frederick. Sanger dešifreeris faagi φΧ174 DNA nukleotiidjärjestuse pikkusega 5375 nukleotiidipaari.

1981 – Sirprakuline aneemia sai esimeseks geneetiliseks haiguseks, mis diagnoositi DNA analüüsiga.

1982-1983 RNA katalüütilise funktsiooni avastamine Ameerika T. Checki ja S. Altmani laborites muutis olemasolevaid ideid valkude eksklusiivse rolli kohta. Analoogiliselt katalüütiliste valkude - ensüümidega - nimetati katalüütilisi RNA-sid ribosüümideks.

1987 Keri Mullez avastas polümeraasi ahelreaktsiooni, tänu millele on võimalik kunstlikult oluliselt suurendada lahuses olevate DNA molekulide arvu edasiseks tööks. Tänapäeval on see üks olulisemaid molekulaarbioloogia meetodeid, mida kasutatakse pärilike ja viirushaiguste uurimisel, geenide uurimisel ning geneetilises identifitseerimises ja suguluses jne.

1990. aastal avaldasid kolm teadlaste rühma samal ajal meetodi, mis võimaldas kiiresti saada laboris sünteetilisi funktsionaalselt aktiivseid RNA-sid (kunstlikud ribosüümid või molekulid, mis interakteeruvad erinevate ligandidega – aptameeridega). Seda meetodit nimetatakse "evolutsiooniks in vitro". Ja varsti pärast seda, aastatel 1991-1993 A.B. Chetverinale näidati eksperimentaalselt RNA molekulide olemasolu, kasvu ja amplifitseerimise võimalust kolooniate kujul tahkel söötmel.

1998. aastal kirjeldasid Craig Mello ja Andrew Fire peaaegu samaaegselt varem bakterite ja lilledega tehtud geenikatsetes täheldatud mehhanismi. RNA interferents, milles väike kaheahelaline RNA molekul viib geeniekspressiooni spetsiifilise allasurumiseni.

RNA interferentsi mehhanismi avastamine on väga oluline. praktiline väärtus kaasaegse molekulaarbioloogia jaoks. Seda nähtust kasutatakse laialdaselt teaduslikes katsetes kui vahendit "väljalülitamiseks", st üksikute geenide ekspressiooni mahasurumiseks. Eriti huvitav on asjaolu, et see meetod võimaldab uuritavate geenide aktiivsuse pöörduvat (ajutist) allasurumist. Käimas on uuringud selle nähtuse rakendamiseks viiruslike, neoplastiliste, degeneratiivsete ja ainevahetushaiguste ravis. Tuleb märkida, et 2002. aastal avastati poliomüeliidi viiruste mutandid, mis suudavad vältida RNA häireid, mistõttu on vaja rohkem vaeva näha, et välja töötada tõeline tõhusad meetodid sellel nähtusel põhinev ravi.

Aastatel 1999–2001 määrasid mitmed teadlaste rühmad bakteriaalse ribosoomi struktuuri eraldusvõimega 5,5–2,4 angströmi.

Üksus

Molekulaarbioloogia saavutusi eluslooduse tundmisel on vaevalt võimalik üle hinnata. Suur edu on saavutatud tänu edukale uurimiskontseptsioonile: keerulisi bioloogilisi protsesse vaadeldakse üksikute molekulaarsüsteemide seisukohast, mis võimaldab rakendada täpseid füüsikalis-keemilisi uurimismeetodeid. Samuti meelitas see sellesse teadusvaldkonda palju suurepäraseid inimesi seotud valdkondadest: keemia, füüsika, tsütoloogia, viroloogia, millel oli kasulik mõju ka selle valdkonna teaduslike teadmiste ulatusele ja arengukiirusele. Sellised olulised avastused nagu DNA struktuuri määramine, geneetilise koodi dešifreerimine ja genoomi kunstlik suunatud muutmine on võimaldanud paremini mõista organismide arenguprotsesside eripära ning edukalt lahendada mitmeid olulisi fundamentaal- ja rakendusteaduslikke lahendusi. , meditsiini- ja sotsiaalsed ülesanded, mida kuni viimase ajani peeti lahendamatuks.

Molekulaarbioloogia õppeaineks on peamiselt valgud, nukleiinhapped ja nendel põhinevad molekulaarkompleksid (molekulaarmasinad) ning protsessid, milles nad osalevad.

Nukleiinhapped on lineaarsed polümeerid, mis koosnevad nukleotiidühikutest (viieliikmelise suhkru ühendid, mille tsükli viiendal aatomil on fosfaatrühm ja üks neljast lämmastikualusest), mis on omavahel ühendatud fosfaatrühmade estersidemega. Seega on nukleiinhape pentoosfosfaatpolümeer, mille kõrvalasendajatena on lämmastikku sisaldavad alused. Keemiline koostis RNA ahel erineb DNA-st selle poolest, et esimene koosneb viieliikmelisest riboosi süsivesikute tsüklist, teine aga dehüdroksüülitud riboosi derivaadist – desoksüriboosist. Samal ajal erinevad need molekulid ruumis dramaatiliselt, kuna RNA on paindlik üheahelaline molekul, DNA aga kaheahelaline molekul.

Valgud on lineaarsed polümeerid, mis on peptiidsidemega omavahel ühendatud alfa-aminohapete ahelad, millest ka nende teine nimi - polüpeptiidid. Looduslike valkude koostis sisaldab palju erinevaid aminohappeühikuid – inimesel kuni 20 –, mis määrab nende molekulide laias valikus funktsionaalseid omadusi. Need või muud valgud osalevad peaaegu kõigis keha protsessides ja täidavad palju ülesandeid: nad täidavad raku rolli ehitusmaterjal, tagavad ainete ja ioonide transpordi, katalüüsivad keemilised reaktsioonid, see nimekiri on väga pikk. Valgud moodustavad stabiilseid erinevate organiseerituse tasemetega molekulaarseid konformatsioone (sekundaarsed ja tertsiaarsed struktuurid) ja molekulaarseid komplekse, mis laiendab veelgi nende funktsionaalsust. Nendel molekulidel võib olla kõrge spetsiifilisus teatud ülesannete täitmiseks keeruka ruumilise globulaarse struktuuri moodustumise tõttu. Valkude lai valik tagab teadlaste pideva huvi seda tüüpi molekulide vastu.

Kaasaegsed ideed molekulaarbioloogia teema kohta põhinevad üldistusel, mille 1958. aastal esitas Francis Crick kui molekulaarbioloogia keskse dogma. Selle sisuks oli väide, et geneetiline teave elusorganismides läbib rangelt määratletud rakendamise etapid: kopeerimine DNA-st DNA-sse pärandi sisenemisel, DNA-st RNA-sse ja seejärel RNA-st valku ning vastupidine üleminek ei ole teostatav. See väide oli tõsi vaid osaliselt, seetõttu parandati hiljem keskne dogma, võttes arvesse äsja avastatud andmeid.

Hetkel on geneetilise materjali juurutamiseks mitu võimalust, mis esindavad erinevaid järjestusi geneetilise informatsiooni kolme eksisteerimise tüübi rakendamiseks: DNA, RNA ja valk. Üheksa võimaliku realiseerimisviisi puhul eristatakse kolme rühma: need on kolm üldist transformatsiooni (üldine), mis viiakse tavaliselt läbi enamikus elusorganismides; kolm erilist transformatsiooni (spetsiaalne), mis viiakse läbi mõnes viiruses või spetsiaalsetes laboritingimustes; kolm tundmatut teisendust (tundmatu), mille realiseerimist peetakse võimatuks.

Levinud transformatsioonid hõlmavad järgmisi geneetilise koodi rakendamise viise: DNA → DNA (replikatsioon), DNA → RNA (transkriptsioon), RNA → valk (tõlge).

Pärilike tunnuste ülekandmiseks peavad vanemad oma järglastele edasi andma täieõigusliku DNA molekuli. Protsessi, mille käigus saab sünteesida algse DNA täpset koopiat ja seega ka geneetilist materjali üle kanda, nimetatakse replikatsiooniks. Seda viivad läbi spetsiaalsed valgud, mis harutavad molekuli lahti (sirguvad selle lõigu), kerivad lahti topeltheeliksi ja loovad DNA polümeraasi abil täpse koopia algsest DNA molekulist.

Raku eluea tagamiseks peab see pidevalt viitama DNA kaksikheeliksisse põimitud geneetilisele koodile. See molekul on aga liiga suur ja kohmakas, et seda saaks kasutada pideva valgusünteesi geneetilise materjali otsese allikana. Seetõttu toimub DNA-sse põimitud teabe rakendamise käigus vaheetapp: mRNA süntees, mis on väike üheahelaline molekul, mis on komplementaarne teatud valku kodeeriva DNA teatud segmendiga. Transkriptsiooniprotsessi tagavad RNA polümeraas ja transkriptsioonifaktorid. Saadud molekuli saab seejärel hõlpsasti toimetada valgusünteesi eest vastutavasse raku ossa – ribosoomi.

Pärast RNA sisenemist ribosoomi algab geneetilise teabe realiseerimise viimane etapp. Samal ajal loeb ribosoom mRNA-st geneetilist koodi kolmikutes, mida nimetatakse koodoniteks, ja sünteesib saadud teabe põhjal vastava valgu.

Spetsiaalsete transformatsioonide käigus realiseerub geneetiline kood skeemi järgi RNA → RNA (replikatsioon), RNA → DNA (pöördtranskriptsioon), DNA → valk (otsene translatsioon). Seda tüüpi replikatsioon on realiseeritud paljudes viirustes, kus seda teostab ensüüm RNA-sõltuv RNA polümeraas. Sarnaseid ensüüme leidub ka eukarüootsetes rakkudes, kus need on seotud RNA vaigistamise protsessiga. Pöördtranskriptsiooni on leitud retroviirustest, kus seda teostab ensüüm pöördtranskriptaas, ja mõnel juhul ka eukarüootsetes rakkudes, näiteks telomeerse sünteesi käigus. Otseülekanne toimub ainult tehistingimustes isoleeritud süsteemis väljaspool rakku.

Kõiki kolmest võimalikust geneetilise informatsiooni üleminekust valgult valgule, RNA-le või DNA-le peetakse võimatuks. Juhtumi prioonide toimest valkudele, mille tulemusena tekib sarnane prioon, võib tinglikult seostada geneetilise informatsiooni valgu → valgu realiseerimise tüübiga. Kuid formaalselt see nii ei ole, kuna see ei mõjuta valgu aminohappejärjestust.

Mõiste "keskne dogma" tekkimise ajalugu on uudishimulik. Kuna sõna dogma tähendab üldiselt väidet, mis ei allu kahtlustele ja sõnal endal on selge religioosne varjund, ei ole selle valimine teadusliku fakti kirjelduseks täiesti õigustatud. Francis Cricki enda sõnul oli see tema viga. Ta tahtis tõstatatud teooriale rohkem tähendust, eristada seda teiste teooriate ja hüpoteeside taustast; miks ta otsustas kasutada seda enda arvates majesteetlikku sõna, mõistmata selle tegelikku tähendust. Nimi aga jäi külge.

Molekulaarbioloogia tänapäeval

Molekulaarbioloogia kiire areng, ühiskonna pidev huvi selle valdkonna saavutuste vastu ja teadustöö objektiivne tähtsus on viinud selleni. suur hulk peamised molekulaarbioloogia uurimiskeskused üle maailma. Suurimatest tuleks mainida: molekulaarbioloogia laboratooriumi Cambridge'is, Kuninglikku Instituuti Londonis - Ühendkuningriigis; molekulaarbioloogia instituudid Pariisis, Marseille's ja Strasbourgis, Pasteuri Instituut - Prantsusmaal; molekulaarbioloogia osakonnad Harvardi Ülikoolis ja Massachusettsi Tehnoloogiainstituudis, Berkeley Ülikoolis, California Tehnoloogiainstituudis, Rockefelleri Ülikoolis, Bethesda Rahvatervise Instituudis – USA-s; Max Plancki instituudid, Göttingeni ja Müncheni ülikoolid, Berliini molekulaarbioloogia keskinstituut, Jena ja Halle instituudid Saksamaal; Karolinska Instituut Stockholmis, Rootsis.

Venemaal on selle valdkonna juhtivad keskused Molekulaarbioloogia Instituut. Molekulaargeneetika instituut RAS, geenibioloogia instituut RAS, füüsikalis-keemilise bioloogia instituut V.A. A. N. Belozerski Moskva Riiklik Ülikool. M. V. Lomonosovi Biokeemia Instituut. A.N. Bachi RAS ja valgu-RAS-i instituut Pushchinos.

Tänapäeval hõlmab molekulaarbioloogide huvivaldkond suurt hulka fundamentaalseid teaduslikke küsimusi. Nagu varemgi, on juhtiv roll nukleiinhapete struktuuri ja valkude biosünteesi uurimisel, erinevate rakusiseste struktuuride ja rakupindade struktuuri ja funktsioonide uurimisel. Olulised uurimisvaldkonnad on ka vastuvõtu- ja signaaliedastusmehhanismide uurimine, ühendite rakusisese ja ka rakust väliskeskkonda ja tagasi transpordi molekulaarsed mehhanismid. Rakendusmolekulaarbioloogia valdkonna teadusuuringute põhisuundade hulgas on üks prioriteetsemaid kasvajate tekke ja arengu probleem. Samuti on väga oluline valdkond, mida uurib molekulaarbioloogia sektsioon - molekulaargeneetika, pärilike haiguste ja viirushaiguste, nagu AIDS, esinemise molekulaarsete aluste uurimine, samuti nende meetodite väljatöötamine. ennetamine ja võimalusel ka ravi geenitasandil. Molekulaarbioloogide avastused ja arengud kohtumeditsiinis on leidnud laialdast rakendust. Tõelise revolutsiooni isikutuvastuse valdkonnas tegid 80ndatel Venemaa, USA ja Suurbritannia teadlased tänu "genoomse sõrmejälgede võtmise" - DNA tuvastamise igapäevapraktikas - väljatöötamisele ja rakendamisele. Uuringud selles valdkonnas jätkuvad tänapäevani. kaasaegsed meetodid võimaldab teil tuvastada isiku ühe miljardi protsendi vea tõenäosusega. Juba praegu käib aktiivne geneetilise passi projekti arendamine, mis ootuspäraselt vähendab oluliselt kuritegevuse taset.

Metoodika

Tänapäeval on molekulaarbioloogial ulatuslik meetodite arsenal kõige arenenumate ja kõige arenenumate lahendamiseks väljakutseid pakkuvad ülesanded teadlaste ees.

Üks levinumaid meetodeid molekulaarbioloogias on geelelektroforees, mis lahendab makromolekulide segu suuruse või laengu järgi eraldamise probleemi. Peaaegu alati, pärast makromolekulide eraldamist geelis, kasutatakse blottingut - meetodit, mis võimaldab makromolekulid geelilt (sorbeerida) membraani pinnale üle kanda, et hõlbustada nendega edasist tööd, eriti hübridisatsiooni. Hübridiseerimine - hübriid-DNA moodustamine kahest erineva iseloomuga ahelast - meetod, millel on oluline roll fundamentaaluuringud. Seda kasutatakse määramiseks täiendavad segmendid erinevates DNA-des (DNA erinevad tüübid), tema abiga otsitakse uusi geene, selle abil avastati RNA interferents ja selle põhimõte pani aluse genoomse sõrmejälgede võtmisele.

Molekulaarbioloogiliste uuringute kaasaegses praktikas mängib olulist rolli sekveneerimismeetod - nukleotiidide järjestuse määramine nukleiinhapetes ja aminohapete järjestuse määramine valkudes.

Tänapäeva molekulaarbioloogiat ei saa ette kujutada ilma polümeraasi ahelreaktsiooni (PCR) meetodita. Tänu sellele meetodile suurendatakse teatud DNA järjestuse koopiate arvu (amplifitseerimist), et saada ühest molekulist piisav kogus ainet sellega edasiseks tööks. Sarnane tulemus saavutatakse molekulaarse kloonimise tehnoloogiaga, mille käigus viiakse vajalik nukleotiidjärjestus bakterite (elussüsteemide) DNA-sse, misjärel bakterite paljunemine viib soovitud tulemuseni. See lähenemine on tehniliselt palju keerulisem, kuid võimaldab üheaegselt saada uuritud nukleotiidjärjestuse ekspressiooni tulemust.

Samuti kasutatakse ultratsentrifuugimise meetodeid laialdaselt molekulaarbioloogilistes uuringutes (makromolekulide eraldamiseks suured hulgad), rakud, organellid), elektron- ja fluorestsentsmikroskoopia meetodid, spektrofotomeetrilised meetodid, röntgendifraktsioonanalüüs, autoradiograafia jne.

Tänu tehnoloogilisele arengule ja teaduslikud uuringud keemia, füüsika, bioloogia ja informaatika valdkonnas võimaldavad kaasaegsed seadmed isoleerida, uurida ja muuta üksikuid geene ja protsesse, milles nad osalevad.