روش های زیست شناسی مولکولی و بیوتکنولوژی مولکولی. بیوشیمی و زیست شناسی مولکولی - کجا تحصیل کنیم؟ حرفه در چهره ها

(بیولوژی مولکولی/-بیولوژیک)

• تایپ کنید

  حرفه بعد از فارغ التحصیلی

• حقوق

  3667-5623 € در ماه

زیست شناسان مولکولی فرآیندهای مولکولی را به عنوان اساس همه فرآیندهای زندگی مطالعه می کنند. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، آنها مفاهیمی را برای استفاده از فرآیندهای بیوشیمیایی، به عنوان مثال در تحقیقات پزشکی و تشخیص یا در بیوتکنولوژی توسعه می‌دهند. علاوه بر این، آنها ممکن است در تولید محصولات دارویی، توسعه محصول، تضمین کیفیت یا مشاوره دارویی مشارکت داشته باشند.

مسئولیت های یک زیست شناس مولکولی

زیست شناسان مولکولی می توانند در زمینه های مختلف کار کنند. به عنوان مثال، آنها به استفاده از نتایج تحقیقات برای تولید در زمینه هایی مانند مهندسی ژنتیک، شیمی پروتئین یا فارماکولوژی (کشف دارو) مربوط می شوند. در صنایع شیمیایی و دارویی، آنها انتقال محصولات جدید توسعه یافته از تحقیقات به تولید، بازاریابی محصول و مشاوره کاربر را تسهیل می کنند.

در تحقیقات علمی، زیست شناسان مولکولی این ماده شیمیایی را مطالعه می کنند مشخصات فیزیکیترکیبات آلی و همچنین فرآیندهای شیمیایی (در زمینه متابولیسم سلولی) در موجودات زنده و انتشار نتایج تحقیقات. در بالاتر موسسات آموزشیآنها به دانش آموزان آموزش می دهند، برای سخنرانی ها و سمینارها آماده می شوند، کارهای کتبی را بررسی می کنند و امتحانات را برگزار می کنند. فعالیت علمی مستقل تنها پس از اخذ مدرک کارشناسی ارشد و دکتری امکان پذیر است.

زیست شناسان مولکولی کجا کار می کنند؟

زیست شناسان مولکولی کار پیدا می کنند، مانند

• در موسسات تحقیقاتی، به عنوان مثال در زمینه های علمی و پزشکی
• در مؤسسات آموزش عالی
• در صنایع شیمیایی-دارویی
• در ادارات حفاظت محیط زیست

حقوق بیولوژیست مولکولی

سطح حقوق دریافتی توسط زیست شناسان مولکولی در آلمان است

• از 3667 € تا 5623 € در ماه

(طبق دفاتر آماری و خدمات استخدامی مختلف در آلمان)

وظایف و مسئولیت های یک زیست شناس مولکولی در جزئیات

جوهر حرفه زیست شناس مولکولی چیست

زیست شناسان مولکولی فرآیندهای مولکولی را به عنوان اساس همه فرآیندهای زندگی مطالعه می کنند. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، آنها مفاهیمی را برای استفاده از فرآیندهای بیوشیمیایی، به عنوان مثال در تحقیقات پزشکی و تشخیص یا در بیوتکنولوژی توسعه می‌دهند. علاوه بر این، آنها ممکن است در تولید محصولات دارویی، توسعه محصول، تضمین کیفیت یا مشاوره دارویی مشارکت داشته باشند.

حرفه زیست شناسی مولکولی

زیست شناسی مولکولی یا ژنتیک مولکولی به مطالعه ساختار و بیوسنتز اسیدهای نوکلئیک و فرآیندهای دخیل در انتقال و تحقق این اطلاعات در قالب پروتئین می پردازد. این امر درک اختلالات دردناک این عملکردها و احتمالاً درمان آنها با کمک ژن درمانی را ممکن می سازد. رابط هایی برای بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک وجود دارد که ایجاد می کند موجودات سادهمانند باکتری ها و مخمرها، برای در دسترس قرار دادن مواد دارویی یا تجاری مورد علاقه در مقیاس صنعتی از طریق جهش های هدفمند.

تئوری و عمل زیست شناسی مولکولی

صنایع شیمیایی-دارویی زمینه های شغلی متعددی را برای زیست شناسان مولکولی. در محیط های صنعتی، آنها فرآیندهای تبدیل زیستی را تجزیه و تحلیل می کنند یا فرآیندهایی را برای تولید میکروبیولوژیکی مواد فعال و واسطه های دارویی توسعه و بهبود می بخشند. علاوه بر این، آنها در انتقال محصولات جدید توسعه یافته از تحقیقات به تولید مشارکت دارند. آنها با انجام وظایف بازرسی اطمینان حاصل می کنند که امکانات تولید، تجهیزات، روش های تحلیلی و کلیه مراحل تولید محصولات حساس مانند داروها همواره استانداردهای کیفی مورد نیاز را رعایت می کنند. علاوه بر این، زیست شناسان مولکولی به کاربران در مورد استفاده از محصولات جدید توصیه می کنند.

موقعیت های مدیریتی اغلب به برنامه کارشناسی ارشد نیاز دارند.

زیست شناسان مولکولی در پژوهش و آموزش

در زمینه علم و تحقیق، زیست شناسان مولکولی به موضوعاتی مانند شناخت، انتقال، تاخوردگی و کدگذاری پروتئین ها در یک سلول می پردازند. نتایج تحقیقات که مبنایی برای کاربردهای عملی در زمینه های مختلف است، منتشر می شود و بدین ترتیب در اختیار سایر دانشمندان و دانشجویان قرار می گیرد. در کنفرانس ها و کنگره ها به بحث و بررسی و ارائه نتایج فعالیت های علمی می پردازند. زیست شناسان مولکولی سخنرانی ها و سمینارها را ارائه می دهند، نظارت می کنند کار علمیو در امتحانات شرکت کنید

فعالیت علمی مستقل نیاز به مدرک کارشناسی ارشد و دکترا دارد.

1. معرفی.

موضوع، وظایف و روش های زیست شناسی مولکولی و ژنتیک. اهمیت ژنتیک "کلاسیک" و ژنتیک میکروارگانیسم ها در توسعه زیست شناسی مولکولی و مهندسی ژنتیک. مفهوم ژن در ژنتیک "کلاسیک" و مولکولی، تکامل آن. سهم روش شناسی مهندسی ژنتیک در توسعه ژنتیک مولکولی. ارزش کاربردی مهندسی ژنتیک برای بیوتکنولوژی

2. پایه های مولکولی وراثت.

مفهوم سلول، ترکیب ماکرومولکولی آن. ماهیت ماده ژنتیکی تاریخچه شواهدی برای عملکرد ژنتیکی DNA.

2.1. انواع مختلف اسیدهای نوکلئیک.عملکردهای بیولوژیکی اسیدهای نوکلئیک ساختار شیمیایی، ساختار فضایی و خواص فیزیکی اسیدهای نوکلئیک. ویژگی های ساختاری مواد ژنتیکی پرو و ​​یوکاریوت ها. جفت پایه مکمل واتسون-کریک. کد ژنتیکی. تاریخچه رمزگشایی کد ژنتیکی. ویژگی های اصلی کد: سه گانه، کد بدون کاما، انحطاط. ویژگی های فرهنگ لغت کد، خانواده کدون ها، کدون های معنایی و "بی معنی". مولکول های دایره ای DNA و مفهوم ابرپیچاندن DNA توپوایزومرهای DNA و انواع آنها مکانیسم اثر توپوایزومرازها DNA گیراز باکتریایی

2.2. رونویسی DNA RNA پلیمراز پروکاریوتی، زیر واحد و ساختارهای سه بعدی آن. انواع فاکتورهای سیگما پروموتر ژن پروکاریوتی، عناصر ساختاری آن. مراحل چرخه رونویسی شروع، تشکیل یک "مجموعه باز"، طویل شدن و خاتمه رونویسی. تضعیف رونویسی تنظیم بیان اپرون تریپتوفان "ریبوسوئیچ". مکانیسم های خاتمه رونویسی تنظیم منفی و مثبت رونویسی. اپرون لاکتوز تنظیم رونویسی در توسعه فاژ لامبدا اصول تشخیص DNA توسط پروتئین های تنظیم کننده (پروتئین CAP و رپرسور فاژ لامبدا). ویژگی های رونویسی در یوکاریوت ها پردازش RNA در یوکاریوت ها درپوش، اتصال و پلی آدنیلاسیون رونوشت ها. مکانیسم های اتصال نقش RNA هسته ای کوچک و فاکتورهای پروتئینی. اتصال جایگزین، نمونه ها

2.3. پخش، مراحل آن، عملکرد ریبوزوم ها. محل قرارگیری ریبوزوم ها در سلول انواع ریبوزوم های پروکاریوتی و یوکاریوتی؛ ریبوزوم های 70S و 80S. مورفولوژی ریبوزوم ها تقسیم به ذرات فرعی (زیر واحد). اتصال وابسته به کدون aminoacyl-tRNA در چرخه افزایش طول. برهم کنش کدون-آنتیکودون. مشارکت فاکتور افزایش طول EF1 (EF-Tu) در اتصال aminoacyl-tRNA به ریبوزوم. فاکتور افزایش طول EF1B (EF-Ts)، عملکرد آن، توالی واکنش ها با مشارکت آن. آنتی بیوتیک هایی که بر مرحله اتصال وابسته به کدون آمینواسیل-tRNA به ریبوزوم تأثیر می گذارند. آنتی بیوتیک های آمینوگلیکوزید (استرپتومایسین، نئومایسین، کانامایسین، جنتامایسین و غیره)، مکانیسم اثر آنها. تتراسایکلین ها به عنوان مهارکننده های اتصال آمینواسیل-tRNA به ریبوزوم. شروع پخش. مراحل اصلی فرآیند شروع شروع ترجمه در پروکاریوت ها: فاکتورهای آغازین، کدون های آغازگر، RNA 3¢ انتهای زیرواحد ریبوزومی کوچک و توالی Shine-Dalgarno در mRNA. شروع ترجمه در یوکاریوت ها: فاکتورهای شروع، کدون های آغازگر، ناحیه ترجمه نشده 5¢ و شروع پایانی وابسته به کلاهک. شروع "داخلی" مستقل از کلاه در یوکاریوت ها. ترانسپپتیداسیون مهارکننده های ترانس پپتیداسیون: کلرامفنیکل، لینکومایسین، آمیستین، استرپتوگرامین، آنیزومایسین. جابجایی. دخالت فاکتور ازدیاد طول EF2 (EF-G) و GTP. مهارکننده های انتقال: اسید فوزیدیک، ویوومایسین، مکانیسم های عمل آنها. پایان ترجمه کدون های پایانی فاکتورهای پایان دهنده پروتئین پروکاریوت ها و یوکاریوت ها. دو دسته از عوامل خاتمه و مکانیسم های عمل آنها. تنظیم ترجمه در پروکاریوت ها

2.4. همانندسازی DNAو کنترل ژنتیکی آن پلیمرازهای دخیل در همانندسازی، خصوصیات آنها فعالیت های آنزیمی. وفاداری DNA نقش برهمکنش های فضایی بین جفت های باز DNA در طول همانندسازی E. coli پلیمراز I، II و III. زیر واحدهای پلیمراز III چنگال تکثیر، نخ های "پیشرو" و "لگ" در حین تکرار. تکه هایی از اوکازاکی مجموعه ای از پروتئین ها در چنگال تکثیر. تنظیم شروع تکثیر در E. coli. خاتمه تکثیر در باکتری ها ویژگی های تنظیم تکثیر پلاسمید. تکثیر حلقه ای دو جهته و غلتان.

2.5. نوترکیبی، انواع و مدل های آن. نوترکیبی عمومی یا همولوگ. شکستگی های دو رشته ای در DNA که شروع کننده نوترکیبی است. نقش نوترکیبی در ترمیم پس از تکرار شکستگی های دو رشته ای ساختار تعطیلات در مدل نوترکیبی. آنزیم شناسی نوترکیبی عمومی در E. coli. مجتمع RecBCD. پروتئین Reca. نقش نوترکیبی در اطمینان از سنتز DNA در آسیب DNA که تکثیر را قطع می کند. نوترکیبی در یوکاریوت ها آنزیم های نوترکیب در یوکاریوت ها نوترکیبی خاص سایت تفاوت در مکانیسم های مولکولی نوترکیب عمومی و خاص مکان. طبقه بندی ریکامبینازها انواع بازآرایی های کروموزومی که در طول نوترکیبی خاص سایت انجام می شود. نقش تنظیمی نوترکیبی مکان خاص در باکتری ها ساخت کروموزوم های یوکاریوتی چند سلولی با استفاده از سیستم نوترکیبی فاژ اختصاصی سایت.

2.6. ترمیم DNAطبقه بندی انواع جبران خسارت. ترمیم مستقیم دیمرهای تیمین و گوانین متیله. برش پایه ها گلیکوزیلازها مکانیسم ترمیم نوکلئوتیدهای جفت نشده (تعمیر عدم تطابق). انتخاب رشته DNA برای ترمیم. تعمیر SOS. خواص DNA پلیمرازهای دخیل در ترمیم SOS در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها مفهوم "جهش های تطبیقی" در باکتری ها. ترمیم شکستگی های دو رشته ای: نوترکیبی همولوگ پس از همانندسازی و ارتباط انتهای غیر همولوگ مولکول DNA. رابطه بین فرآیندهای همانند سازی، نوترکیب و ترمیم.

3. فرآیند جهش.

نقش جهش یافته های بیوشیمیایی در شکل گیری نظریه یک ژن - یک آنزیم. طبقه بندی جهش جهش های نقطه ای و بازآرایی های کروموزومی، مکانیسم تشکیل آنها. جهش زایی خود به خود و القایی. طبقه بندی جهش زاها مکانیسم مولکولی جهش زایی رابطه بین جهش زایی و ترمیم شناسایی و انتخاب جهش یافته ها. سرکوب: درون ژنی، بین ژنی و فنوتیپی.

4. عناصر ژنتیکی خارج کروموزومی.

پلاسمیدها، ساختار و طبقه بندی آنها. فاکتور جنسی F، ساختار آن و چرخه زندگی. نقش فاکتور F در تحرک انتقال کروموزوم. تشکیل دهنده های Hfr و F مکانیسم کونژوگاسیون باکتریوفاژها ساختار و چرخه زندگی آنها باکتریوفاژهای ویروسی و معتدل لیزوژنز و ترانسداکشن انتقال عمومی و اختصاصی عناصر ژنتیکی مهاجر: ترانسپوزون ها و توالی های IS نقش آنها در متابولیسم ژنتیکی DNA - ترانسپوزون‌ها در ژنوم پروکاریوت‌ها و یوکاریوت‌ها توالی‌های IS باکتری‌ها، ساختار آنها توالی‌های IS به‌عنوان جزئی از فاکتور F باکتری‌ها، که توانایی انتقال مواد ژنتیکی را در حین کونژوگاسیون تعیین می‌کند، ترانسپوزون‌های باکتری‌ها و موجودات یوکاریوتی غیرقابل تکثیر مستقیم و مکانیسم‌های تکراری جابجایی‌ها مفهوم انتقال ترانسپوزون افقی و نقش آنها در بازآرایی‌های ساختاری (نوترکیبی نابجا) و در تکامل ژنوم.

5. مطالعه ساختار و عملکرد ژن.

عناصر تجزیه و تحلیل ژنتیکی تست مکمل سیس ترانس. نقشه برداری ژنتیکی با استفاده از کونژوگاسیون، انتقال و تبدیل. ساخت نقشه های ژنتیکی نقشه برداری ژنتیکی دقیق تجزیه و تحلیل فیزیکی ساختار ژن. تجزیه و تحلیل هترودپلکس تحلیل محدودیت روش های توالی یابی واکنش زنجیره ای پلیمراز فاش کردن عملکرد یک ژن

6. تنظیم بیان ژن. مفاهیم اپرون و رگولون کنترل در سطح شروع رونویسی. پروموتر، اپراتور و پروتئین های تنظیم کننده. کنترل مثبت و منفی بیان ژن. کنترل در سطح پایان رونویسی. اپرون های کنترل شده با کاتابولیت: مدل های اپرون های لاکتوز، گالاکتوز، آرابینوز و مالتوز. اپرون های کنترل شده با تضعیف کننده: مدلی از اپرون تریپتوفان. تنظیم چند ظرفیتی بیان ژن سیستم های جهانی مقررات پاسخ تنظیمی به استرس کنترل پس از رونویسی هدایت سیگنال. تنظیم با واسطه RNA: RNA های کوچک، RNA های حسگر.

7. مبانی مهندسی ژنتیک. آنزیم های محدود کننده و تغییرات. جداسازی و شبیه سازی ژن ها. وکتورهای شبیه سازی مولکولی اصول ساخت DNA نوترکیب و معرفی آنها به سلول های گیرنده جنبه های کاربردی مهندسی ژنتیک

آ). ادبیات اصلی:

1. Watson J.، Tooze J.، DNA نوترکیب: یک دوره مختصر. - م.: میر، 1365.

2. ژن. - م.: میر. 1987.

3. بیولوژی مولکولی: ساختار و بیوسنتز اسیدهای نوکلئیک. / اد. . - مدرسه عالی M. 1990.

4.، - بیوتکنولوژی مولکولی. M. 2002.

5. ریبوزوم های اسپرین و بیوسنتز پروتئین. - م .: دبیرستان، 1986.

ب). ادبیات اضافی:

1. هسین ژنوم. - م.: علم. 1984.

2. ریبچین مهندسی ژنتیک. - سن پترزبورگ: دانشگاه فنی دولتی سن پترزبورگ. 1999.

3. ژن پاتروشف. - M.: Nauka، 2000.

4. میکروبیولوژی مدرن. پروکاریوت ها (در 2 جلد). - م.: میر، 2005.

5. ام.سینگر، پی.برگ. ژن ها و ژنوم ها. - م.: میر، 1377.

6. مهندسی Shchelkunov. - نووسیبیرسک: از سیب. دانشگاه، 2004.

7. زیست شناسی استپانوف. ساختار و عملکرد پروتئین ها - م.: و.ش.، 1375.

یک زیست شناس مولکولی یک محقق پزشکی است که ماموریتش چیزی کمتر از نجات بشریت از بیماری های خطرناک نیست. در میان چنین بیماری هایی، به عنوان مثال، انکولوژی، که امروزه به یکی از علل اصلی مرگ و میر در جهان تبدیل شده است، فقط کمی از رهبر پایین تر است - بیماری های قلبی عروقی. روش های جدید تشخیص زودرس سرطان، پیشگیری و درمان سرطان - یک اولویت پزشکی مدرن. زیست شناسان مولکولی در زمینه انکولوژی، آنتی بادی ها و پروتئین های نوترکیب (دستکاری شده ژنتیکی) را برای تشخیص زودهنگام یا تحویل هدفمند دارو در بدن تولید می کنند. متخصصان این رشته از آخرین دستاوردهای علم و فناوری برای ایجاد موجودات جدید و مواد آلی استفاده می کنند تا بتوانند استفاده بیشتردر فعالیت های تحقیقاتی و بالینی از جمله روش های مورد استفاده توسط زیست شناسان مولکولی می توان به شبیه سازی، ترانسفکشن، عفونت، واکنش زنجیره ای پلیمراز، تعیین توالی ژن و غیره اشاره کرد. یکی از شرکت های علاقه مند به زیست شناسان مولکولی در روسیه PrimeBioMed LLC است. این سازمان در تولید آنتی بادی- معرف برای تشخیص مشغول است بیماری های انکولوژیک. چنین آنتی بادی هایی عمدتاً برای تعیین نوع تومور، منشا و بدخیمی آن، یعنی توانایی متاستاز (گسترش به سایر قسمت های بدن) استفاده می شود. آنتی بادی ها بر روی بخش های نازک بافت مورد بررسی قرار می گیرند، پس از آن در سلول ها به پروتئین های خاصی متصل می شوند - نشانگرهایی که در سلول های تومور وجود دارند، اما در سلول های سالم وجود ندارند و بالعکس. بسته به نتایج مطالعه، درمان بیشتر تجویز می شود. مشتریان PrimeBioMed نه تنها شامل موسسات پزشکی، بلکه موسسات علمی نیز می شوند، زیرا آنتی بادی ها نیز می توانند برای حل مشکلات تحقیقاتی مورد استفاده قرار گیرند. در چنین مواردی، آنتی بادی های منحصر به فردی که قادر به اتصال به پروتئین مورد مطالعه هستند را می توان برای یک کار خاص با سفارش خاص تولید کرد. یکی دیگر از مسیرهای امیدوارکننده تحقیقات این شرکت، ارسال هدفمند (هدفمند) داروها در بدن است. در این مورد، آنتی بادی ها به عنوان حمل و نقل استفاده می شوند: با کمک آنها، داروها مستقیماً به اندام های آسیب دیده تحویل داده می شوند. بنابراین، درمان مؤثرتر می شود و پیامدهای منفی کمتری برای بدن نسبت به مثلاً شیمی درمانی دارد که نه تنها سلول های سرطانی، بلکه سایر سلول ها را نیز تحت تأثیر قرار می دهد. انتظار می رود در دهه های آینده شغل بیولوژیست مولکولی بیشتر و بیشتر مورد تقاضا قرار گیرد: با افزایش میانگین امید به زندگی یک فرد، تعداد بیماری های انکولوژیک افزایش می یابد. تشخیص زودهنگام تومورها و روش‌های نوآورانه درمان با کمک مواد به‌دست‌آمده توسط زیست‌شناسان مولکولی، جان انسان‌ها را نجات می‌دهد و کیفیت آن را برای تعداد زیادی از مردم بهبود می‌بخشد.

آموزش حرفه ای پایه

درصدها نشان دهنده توزیع متخصصان با سطح تحصیلات معین در بازار کار است. تخصص های کلیدی برای تسلط بر این حرفه با رنگ سبز مشخص شده اند.

توانایی ها و مهارت ها

• توانایی رسیدگی به معرف ها، نمونه ها، باید قادر به کار با اجسام کوچک باشد
• توانایی کار با حجم زیاد اطلاعات
• توانایی کار با دست

علایق و ترجیحات

• اشتیاق به یادگیری چیزهای جدید
• قابلیت کار در حالت چندوظیفه ای (الزامی است پیشرفت چندین واکنش و فرآیند به طور همزمان نظارت شود)
• دقت
• مسئولیت (شما نمی توانید کار را "برای فردا" بگذارید، زیرا ممکن است نمونه ها آسیب ببینند)
• دقت نظر
• سخت کوشی
• ذهن آگاهی (پایش ریز فرآیندها ضروری است)

حرفه در چهره ها

ماریا شیتووا

داریا سامویلوا

الکسی گراچف

زیست شناسی مولکولی در زمینه انکولوژی یک حوزه حرفه ای امیدوارکننده است، زیرا مبارزه با سرطان یکی از وظایف اولویت دار پزشکی جهان است.

زیست شناسان مولکولی به دلیل توسعه فعال علم، شرکت های بیوتکنولوژیکی و نوآورانه در بسیاری از زمینه ها مورد تقاضا هستند. تا به امروز، کمبود اندکی از متخصصان، به ویژه کسانی که در تخصص خود کمی تجربه دارند، وجود دارد. تاکنون تعداد نسبتاً زیادی از فارغ التحصیلان برای کار به خارج از کشور ادامه می دهند. فرصت ها شروع به ظهور می کنند کار موثردر زمینه بیوتکنولوژی در روسیه، اما هنوز خیلی زود است که در مورد شخصیت انبوه صحبت کنیم.

کار یک زیست شناس مولکولی شامل مشارکت فعال یک متخصص در فعالیت های علمی است که به مکانیزمی برای پیشرفت شغلی تبدیل می شود. توسعه در این حرفه از طریق شرکت در پروژه ها و کنفرانس های علمی، شاید از طریق توسعه زمینه های دانش مرتبط امکان پذیر است. همچنین، در آینده، رشد تحصیلی از یک محقق جوان از طریق یک محقق ارشد تا یک محقق برجسته، استاد و / یا رئیس بخش / آزمایشگاه امکان پذیر است.

مصاحبه

پیروگوف سرگئی - شرکت کننده در آمادگی برای المپیاد زیست شناسی که توسط "فیل و زرافه" در سال 2012 برگزار شد.
برنده یونیورسیاد بین المللی زیست شناسی
برنده المپیاد "لومونوسوف"
برنده مرحله منطقه ای المپیاد سراسر روسیه در زیست شناسی در سال 2012
تحصیل در دانشگاه دولتی مسکو. M.V. لومونوسوف در دانشکده زیست شناسی: گروه زیست شناسی مولکولی، دانشجوی سال ششم. کار در آزمایشگاه ژنتیک بیوشیمیایی حیوانات موسسه ژنتیک مولکولی.

- Seryozha، اگر خوانندگان سؤالی داشته باشند، آیا می توانند از شما بپرسند؟

بله، البته، حداقل بلافاصله می توانید سؤال کنید. در اين زمينه:

برای پرسیدن سوال این جا کلیک کنید.

- از مدرسه شروع کنیم، مدرسه فوق العاده باحالی نداشتی؟

من در یک مدرسه بسیار ضعیف مسکو تحصیل کردم، مدرسه متوسطه ای متوسط. درست است، ما یک معلم فوق‌العاده در تئاتر هنر مسکو داشتیم که به لطف او یک جهت گیری نامی "تاریخ هنر" مدرسه داشتیم.

- در مورد زیست شناسی چطور؟

معلم زیست ما زنی بسیار مسن، ناشنوا و تیزبین بود که همه از او می ترسیدند. اما عشق به موضوع او چیزی اضافه نکرد. من از کودکی، از سن پنج سالگی، علاقه زیادی به زیست شناسی داشتم. من خودم همه چیز را خواندم، عمدتاً تحت تأثیر آناتومی و جانورشناسی قرار گرفتم. بنابراین موضوعات مدرسه به موازات علایق من وجود داشت. المپیک همه چیز را تغییر داد.

- بیشتر در موردش بگو

در کلاس هفتم برای اولین بار در مرحله شهرداری شرکت کردم (البته تقریباً در همه دروس یکباره، زیرا تنها دانش آموزی بودم که معلمان دلیلی برای اعزام او داشتند). و در زیست شناسی برنده شد. سپس مدرسه با این موضوع به عنوان یک واقعیت خنده دار، اما نه چندان جالب برخورد کرد.

- آیا در مدرسه به شما کمک کرد؟

به یاد دارم که علیرغم تحصیلات درخشانم، اغلب از یک معلم زیست شناسی B را دریافت می کردم، مانند «در نقاشی قسمتی از پیاز، ریشه ها باید قهوه ای رنگ شوند، نه خاکستری». همه چیز بسیار افسرده کننده بود. در کلاس هشتم دوباره به المپیاد رفتم اما به دلایلی در رشته زیست شناسی اعزام نشدم. اما در رشته های دیگر برنده و برنده جایزه شد.

- در کلاس نهم چه اتفاقی افتاد؟

در کلاس نهم به مرحله منطقه نرفتم. آنجا بود که به طور غیرمنتظره امتیاز ضعیف و مرزی را به دست آوردم که با این وجود معلوم شد که به مرحله منطقه ای می گذرد. این یک نیروی محرک قدرتمند داشت - درک اینکه چقدر من نمی دانم و چند نفر که همه اینها را می دانند (حتی از تصور کردن چه تعداد از چنین افرادی در مقیاس ملی می ترسیدم).

- به ما بگو چطور آماده شدی.

خودآموزی فشرده، هجوم به کتابفروشی ها و هزاران تکالیف سال گذشته تأثیر شفابخشی داشت. من یکی از بالاترین نمرات تئوری را کسب کردم (که برای من هم کاملا غیرمنتظره بود) به مرحله عملی... و شکست خورد. در آن زمان حتی از وجود مرحله عملی هم خبر نداشتم.

- آیا المپیک روی شما تأثیر گذاشت؟

زندگی من به شدت تغییر کرده است. من در مورد بسیاری از المپیادهای دیگر یاد گرفتم، به خصوص من عاشق SBO شدم. متعاقباً ، او در بسیاری از آنها نتایج خوبی نشان داد ، برخی را برد ، به لطف لومونوسوفسکایا او حق ورود بدون آزمون را دریافت کرد. در عین حال المپیادهای تاریخ هنر را بردم که هنوز هم به طور ناموزون به آن نفس می کشم. درست است، او با تورهای عملی دوست نبود. در کلاس یازدهم هنوز رسیدم مرحله نهایی، اما فورچون مساعد نبود و این بار وقت نکردم ماتریس پاسخ مرحله نظری را پر کنم. اما این امکان را فراهم می کند که در مورد عملی بیش از حد نگران نباشیم.

- آیا المپیادهای زیادی را ملاقات کرده اید؟

بله، من هنوز فکر می کنم که با حلقه همسالانم بسیار خوش شانس بودم که افق دید من را بسیار گسترش دادند. طرف دیگر المپیادها علاوه بر انگیزه برای مطالعه هماهنگ تر موضوع، آشنایی با المپیادها بود. قبلاً در آن زمان متوجه شدم که ارتباطات افقی گاهی اوقات مفیدتر از ارتباط عمودی است - با معلمان در اردوگاه آموزشی.

- چطور وارد دانشگاه شدید؟ دانشکده انتخاب کردی؟

بعد از کلاس یازدهم وارد دانشکده زیست شناسی دانشگاه دولتی مسکو شدم. فقط اکثر رفقای آن زمان من به نفع FBB انتخاب کردند ، اما در اینجا نقش اصلی این بود که من برنده تمام روسیه نشدم. بنابراین باید یک امتحان داخلی در ریاضیات می دادم و در آن، به خصوص در مدرسه - من خیلی بیشتر عاشق بالاتر بودم - قوی نبودم. و آمادگی بسیار ضعیفی در مدرسه وجود داشت (ما حتی تقریباً برای کل قسمت C آماده نبودیم). از نظر علایق، حتی اون موقع هم حدس زدم که در نهایت، بدون توجه به محل پذیرش، به هر نتیجه ای می رسید. متعاقباً معلوم شد که بسیاری از فارغ التحصیلان FBB وجود دارند که به زیست شناسی عمدتاً مرطوب روی آورده اند و بالعکس - بسیاری از بیوانفورماتیکان خوب به عنوان آماتور شروع به کار کردند. گرچه در آن لحظه به نظرم می رسید که نیروهای محتمل در دانشکده بیولوژی بر خلاف دانشکده بیولوژیک هستند. در این مورد من قطعا اشتباه می کردم.

آیا می دانستید؟

جالب هست

آیا می دانستید؟

جالب هست

در اردوگاه فیل و زرافه تغییراتی در بیوشیمی و زیست شناسی مولکولی وجود دارد که در آن دانش آموزان مدرسه به همراه معلمان مجرب از دانشگاه دولتی مسکو آزمایش هایی را انجام می دهند و همچنین برای المپیادها آماده می شوند.

© مصاحبه شده توسط Reshetov Denis. عکس ها با مهربانی توسط سرگئی پیروگوف ارائه شده است.

می توان گفت که زیست شناسی مولکولی تظاهرات حیات را بر روی ساختارها یا سیستم های بی جان با نشانه های اولیه فعالیت حیاتی (که می تواند تک تک ماکرومولکول های بیولوژیکی، کمپلکس ها یا اندامک های آنها باشد) مطالعه می کند، و مطالعه می کند که چگونه فرآیندهای کلیدی که ماده زنده را مشخص می کند از طریق تحقق می یابد. فعل و انفعالات شیمیاییو تحولات

جداسازی زیست شناسی مولکولی از بیوشیمی به یک رشته مستقل علمی با این واقعیت دیکته می شود که وظیفه اصلی آن مطالعه ساختار و خواص درشت مولکول های بیولوژیکی است. فرآیندهای مختلفتوضیح مکانیسم های تعامل آنها. از سوی دیگر، بیوشیمی با مطالعه فرآیندهای واقعی فعالیت حیاتی، الگوهای سیر آنها در یک موجود زنده، و دگرگونی مولکول‌هایی که این فرآیندها را همراهی می‌کنند، سروکار دارد. در نهایت، زیست شناسی مولکولی سعی می کند به این سؤال پاسخ دهد که چرا این یا آن فرآیند رخ می دهد، در حالی که بیوشیمی به این سؤال پاسخ می دهد که از نقطه نظر شیمی، فرآیند مورد نظر کجا و چگونه رخ می دهد.

داستان

زیست شناسی مولکولی به عنوان یک حوزه جداگانه از بیوشیمی در دهه 1930 شروع به شکل گیری کرد. پس از آن بود که برای درک عمیق تر از پدیده حیات، نیاز به مطالعات هدفمند در سطح مولکولی فرآیندهای ذخیره و انتقال اطلاعات ارثی در موجودات زنده بوجود آمد. سپس وظیفه زیست شناسی مولکولی در مطالعه ساختار، خواص و برهمکنش اسیدهای نوکلئیک و پروتئین ها تعریف شد. اصطلاح "زیست شناسی مولکولی" اولین بار توسط دانشمند انگلیسی ویلیام استبری در زمینه تحقیقات مربوط به روشن کردن رابطه بین ساختار مولکولی و فیزیکی و فیزیکی استفاده شد. خواص بیولوژیکیپروتئین های فیبریلار مانند کلاژن، فیبرین خون یا پروتئین های انقباضی عضلانی.

در روزهای اولیه زیست شناسی مولکولی، RNA جزء گیاهان و قارچ ها در نظر گرفته می شد، در حالی که DNA به عنوان یک جزء معمولی از سلول های حیوانی دیده می شد. اولین محققی که ثابت کرد DNA در گیاهان یافت می شود، آندری نیکولاویچ بلوزرسکی بود که DNA نخود را در سال 1935 جدا کرد. این کشف این واقعیت را ثابت کرد که DNA یک اسید نوکلئیک جهانی است که در سلول های گیاهی و حیوانی وجود دارد.

یکی از دستاوردهای مهم، ایجاد رابطه علی مستقیم بین ژن ها و پروتئین ها توسط جورج بیدل و ادوارد تاتوم بود. آنها در آزمایشات خود سلول های نوروسپور را در معرض دید قرار دادند. نوروسپوراکراسا) قرار گرفتن در معرض اشعه ایکس که باعث جهش شد. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که این امر منجر به تغییر در خواص آنزیم‌های خاص می‌شود.

در سال 1940، آلبرت کلود گرانول های حاوی RNA سیتوپلاسمی را از سیتوپلاسم سلول های حیوانی جدا کرد که کوچکتر از میتوکندری بودند. او آنها را میکروزوم نامید. پس از آن، در مطالعه ساختار و خواص ذرات جدا شده، نقش اساسی آنها در فرآیند بیوسنتز پروتئین مشخص شد. در سال 1958، در اولین سمپوزیومی که به این ذرات اختصاص داشت، تصمیم گرفته شد که این ذرات را ریبوزوم بنامیم.

یکی دیگر از گام های مهم در توسعه زیست شناسی مولکولی، داده های منتشر شده از آزمایش اسوالد اوری، کالین مک لئود و مک لین مک کارتی در سال 1944 بود که نشان داد DNA عامل تبدیل باکتری است. این اولین شواهد تجربی از نقش DNA در انتقال اطلاعات ارثی بود که ایده قبلی ماهیت پروتئینی ژن ها را بی اعتبار می کرد.

در اوایل دهه 1950، فردریک سانگر نشان داد که یک زنجیره پروتئینی یک توالی منحصر به فرد از باقی مانده اسیدهای آمینه است. در اواخر دهه 1950، ماکس پروتز و جان کندرو ساختار فضایی اولین پروتئین ها را رمزگشایی کردند. قبلاً در سال 2000، صدها هزار توالی اسید آمینه طبیعی و هزاران ساختار فضایی پروتئین شناخته شده بود.

تقریباً در همان زمان، تحقیقات اروین چارگاف به او اجازه داد تا قوانینی را برای توصیف نسبت بازهای نیتروژنی در DNA فرموله کند (قوانین می گویند که صرف نظر از تفاوت گونه ها در DNA، مقدار گوانین برابر با مقدار سیتوزین و مقدار آدنین است. برابر با مقدار آنها است) که بعدها به بزرگترین پیشرفت در زیست شناسی مولکولی و یکی از بزرگترین اکتشافات در زیست شناسی به طور کلی کمک کرد.

این رویداد در سال 1953 زمانی رخ داد که جیمز واتسون و فرانسیس کریک بر اساس آثار روزالیند فرانکلین و موریس ویلکینز در تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس DNA، ساختار دو رشته ای مولکول DNA را ایجاد کرد. این کشف امکان پاسخ به این سوال اساسی در مورد توانایی حامل اطلاعات ارثی برای بازتولید خود و درک مکانیسم انتقال چنین اطلاعاتی را فراهم کرد. همین دانشمندان اصل مکمل بودن بازهای نیتروژنی را فرموله کردند که برای درک مکانیسم تشکیل ساختارهای فوق مولکولی از اهمیت اساسی برخوردار است. این اصل که اکنون برای توصیف تمام کمپلکس های مولکولی به کار می رود، امکان توصیف و پیش بینی شرایط پیدایش برهمکنش های بین مولکولی ضعیف (غیر ظرفیتی) را فراهم می کند که امکان تشکیل ثانویه، ثالثی و غیره را تعیین می کند. ساختارهای درشت مولکول ها، خودآرایی سیستم های بیولوژیکی فوق مولکولی که چنین طیف گسترده ای از ساختارهای مولکولی و مجموعه های عملکردی آنها را تعیین می کند. سپس در سال 1953 مجله علمی Journal of Molecular Biology منتشر شد. ریاست آن را جان کندرو برعهده داشت که حوزه موردعلاقه علمی او مطالعه ساختار پروتئین های کروی بود (جایزه نوبل در سال 1962، به طور مشترک با ماکس پروتز). مجله روسی زبان مشابهی به نام زیست شناسی مولکولی در اتحاد جماهیر شوروی توسط V. A. Engelhardt در سال 1966 تأسیس شد.

در سال 1958، فرانسیس کریک به اصطلاح فرموله کرد. دگم مرکزی زیست شناسی مولکولی: ایده برگشت ناپذیری جریان اطلاعات ژنتیکی از DNA از طریق RNA به پروتئین ها طبق طرح DNA → DNA (تکثیر، ایجاد یک کپی از DNA)، DNA → RNA (رونویسی، کپی کردن ژن ها)، RNA → پروتئین (ترجمه، رمزگشایی اطلاعات در مورد ساختار پروتئین ها). این جزم در سال 1970 با در نظر گرفتن دانش انباشته شده تا حدودی تصحیح شد، زیرا پدیده رونویسی معکوس به طور مستقل توسط هوارد تمین و دیوید بالتیمور کشف شد: یک آنزیم کشف شد - رونوشت معکوس، که مسئول اجرای رونویسی معکوس است - تشکیل DNA دو رشته ای روی یک الگوی RNA تک رشته ای که در ویروس های انکوژنیک رخ می دهد. لازم به ذکر است که ضرورت شدید جریان اطلاعات ژنتیکی از اسیدهای نوکلئیک به پروتئین ها هنوز اساس زیست شناسی مولکولی باقی مانده است.

در سال 1957، الکساندر سرگیویچ اسپرین، همراه با آندری نیکولاویچ بلوزرسکی، نشان دادند که علیرغم تفاوت های قابل توجه در ترکیب نوکلئوتیدی DNA از موجودات مختلف، ترکیب RNA کل مشابه است. بر اساس این داده ها، آنها به این نتیجه احساسی رسیدند که RNA کل یک سلول نمی تواند به عنوان حامل اطلاعات ژنتیکی از DNA به پروتئین عمل کند، زیرا در ترکیب آن با آن مطابقت ندارد. در همان زمان، آنها متوجه شدند که بخش کوچکی از RNA وجود دارد که به طور کامل از نظر ترکیب نوکلئوتیدی با DNA مطابقت دارد و می تواند حامل واقعی اطلاعات ژنتیکی از DNA به پروتئین ها باشد. در نتیجه، آنها وجود مولکول‌های نسبتاً کوچک RNA را پیش‌بینی کردند که از نظر ساختار مشابه بخش‌های جداگانه DNA هستند و به عنوان واسطه‌ای در انتقال اطلاعات ژنتیکی موجود در DNA به ریبوزوم عمل می‌کنند، جایی که مولکول‌های پروتئین با استفاده از این اطلاعات سنتز می‌شوند. در سال 1961 (S. Brenner، F. Jacob، M. Meselson از یک طرف و F. Gros، Francois Jacob و Jacques Monod اولین کسانی بودند که به طور تجربی وجود چنین مولکول هایی - RNA اطلاعاتی (ماتریسی) را تأیید کردند. در همان زمان. آنها مفهوم و مدل واحدهای عملکردی DNA - یک اپرون را توسعه دادند که توضیح دقیق چگونگی تنظیم بیان ژن در پروکاریوت ها را امکان پذیر کرد. مطالعه مکانیسم های بیوسنتز پروتئین و اصول سازماندهی ساختاری و عملکرد ماشین‌های مولکولی - ریبوزوم‌ها - امکان فرمول‌بندی یک فرضیه را برای توصیف حرکت اطلاعات ژنتیکی به نام دگم مرکزی زیست‌شناسی مولکولی فراهم کرد: DNA - mRNA یک پروتئین است.

در سال 1961 و طی چند سال بعد، هاینریش ماتی و مارشال نیرنبرگ، و سپس هار کورانا و رابرت هالی، چندین کار را برای رمزگشایی کد ژنتیکی انجام دادند که در نتیجه یک رابطه مستقیم بین ساختار DNA و پروتئین های سنتز شده ایجاد شد. و توالی نوکلئوتیدی که مجموعه ای از اسیدهای آمینه را در یک پروتئین تعیین می کند. داده هایی در مورد جهانی بودن کد ژنتیکی نیز به دست آمد. کشفیات مشخص شد جایزه نوبل 1968.

برای توسعه ایده های مدرن در مورد عملکرد RNA، کشف RNA غیر کد کننده، که بر اساس نتایج کار الکساندر سرگیویچ اسپرین به همراه آندری نیکولاویچ بلوزرسکی در سال 1958، چارلز برنر با نویسندگان همکار و ساول انجام شد. اشپیگلمن در سال 1961 تعیین کننده بود. این نوع RNA بخش عمده ای از RNA سلولی را تشکیل می دهد. RNA های ریبوزومی در درجه اول غیر کد کننده هستند.

روش‌های کشت و هیبریداسیون سلول‌های حیوانی توسعه جدی یافته است. در سال 1963، فرانسوا ژاکوب و سیدنی برنر ایده replicon را فرموله کردند، دنباله ای از تکثیر ذاتی ژن ها که جنبه های مهم تنظیم تکثیر ژن را توضیح می دهد.

در سال 1967، در آزمایشگاه A. S. Spirin، برای اولین بار نشان داده شد که شکل RNA فشرده تا شده مورفولوژی ذرات ریبوزومی را تعیین می کند.

در سال 1968، یک کشف اساسی مهم انجام شد. اوکازاکی، با کشف قطعات DNA از رشته عقب مانده در مطالعه فرآیند همانندسازی، که قطعات اوکازاکی را به نام او نامگذاری کرد، مکانیسم تکثیر DNA را روشن کرد.

در سال 1970، هوارد تمین و دیوید بالتیمور به طور مستقل به کشف مهمی دست یافتند: آنزیمی کشف شد - رونویسی معکوس، که مسئول اجرای رونویسی معکوس است - تشکیل DNA دو رشته ای بر روی یک الگوی RNA تک رشته ای، که در ویروس های انکوژنیک حاوی RNA

یکی دیگر از دستاوردهای مهم زیست شناسی مولکولی، توضیح مکانیسم جهش در سطح مولکولی بود. در نتیجه یک سری مطالعات، انواع اصلی جهش ایجاد شد: تکرار، وارونگی، حذف، جابجایی و جابجایی. این امر امکان در نظر گرفتن تغییرات تکاملی را از دیدگاه فرآیندهای ژنی فراهم کرد و امکان توسعه نظریه ساعت‌های مولکولی را فراهم کرد که در فیلوژنی استفاده می‌شود.

در آغاز دهه 1970، اصول اساسی عملکرد اسیدهای نوکلئیک و پروتئین ها در یک موجود زنده فرموله شد. مشخص شد که پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک در بدن بر اساس یک مکانیسم ماتریکس سنتز می شوند، مولکول ماتریکس اطلاعات رمزگذاری شده ای در مورد توالی اسیدهای آمینه (در یک پروتئین) یا نوکلئوتیدها (در یک اسید نوکلئیک) حمل می کند. در طول تکثیر (دوبرابر شدن DNA) یا رونویسی (سنتز mRNA)، DNA به عنوان یک الگو عمل می کند، در طول ترجمه (سنتز پروتئین) یا رونویسی معکوس - mRNA.

بنابراین، پیش نیازهای نظری برای توسعه حوزه های کاربردی زیست شناسی مولکولی، به ویژه، مهندسی ژنتیک ایجاد شد. در سال 1972 پل برگ، هربرت بائر و استنلی کوهن فناوری شبیه سازی مولکولی را توسعه دادند. سپس آنها اولین کسانی بودند که DNA نوترکیب را در شرایط آزمایشگاهی بدست آوردند. این آزمایش‌های برجسته پایه‌های مهندسی ژنتیک را پایه‌گذاری کرد و امسال تاریخ تولد این جهت علمی در نظر گرفته شده است.

در سال 1977، فردریک سانگر و به طور مستقل آلن ماکسوم و والتر گیلبرت توسعه دادند. روش های مختلفتعیین ساختار اولیه (توالی یابی) DNA. روش سنگر که اصطلاحاً روش خاتمه زنجیره ای نامیده می شود، اساس روش نوین توالی یابی است. اصل توالی یابی مبتنی بر استفاده از بازهای برچسب دار است که به عنوان پایان دهنده در یک واکنش توالی یابی چرخه ای عمل می کنند. این روش به دلیل توانایی انجام سریع تجزیه و تحلیل گسترده شده است.

1976 - فردریک. سانگر توالی نوکلئوتیدی DNA فاژ φΧ174 را با طول 5375 جفت نوکلئوتیدی رمزگشایی کرد.

1981 - کم خونی سلول داسی به اولین بیماری ژنتیکی تبدیل شد که با تجزیه و تحلیل DNA تشخیص داده شد.

1982-1983 کشف عملکرد کاتالیزوری RNA در آزمایشگاه های آمریکایی T. Check و S. Altman ایده های موجود در مورد نقش انحصاری پروتئین ها را تغییر داد. با قیاس با پروتئین های کاتالیزوری - آنزیم ها، RNA های کاتالیزوری ریبوزیم نامیده می شدند.

1987 Keri Mullez واکنش زنجیره ای پلیمراز را کشف کرد که به لطف آن می توان به طور مصنوعی تعداد مولکول های DNA در محلول را برای کار بیشتر به طور قابل توجهی افزایش داد. امروزه یکی از مهم ترین روش های زیست شناسی مولکولی است که در مطالعه بیماری های ارثی و ویروسی، در مطالعه ژن ها و در شناسایی ژنتیکی و خویشاوندی و غیره استفاده می شود.

در سال 1990، در همان زمان، سه گروه از دانشمندان روشی را منتشر کردند که امکان دستیابی سریع RNA های فعال عملکردی مصنوعی را در آزمایشگاه (ریبوزیم های مصنوعی یا مولکول هایی که با لیگاندهای مختلف - آپتامرها در تعامل هستند) را ممکن ساخت. این روش "تکامل در شرایط آزمایشگاهی" نامیده می شود. و بلافاصله پس از آن در سال 1370-1372 در آزمایشگاه A.B. Chetverina به طور تجربی امکان وجود، رشد و تکثیر مولکول‌های RNA را به شکل کلونی در محیط جامد نشان داد.

در سال 1998، تقریباً به طور همزمان، کریگ ملو و اندرو فایر مکانیسمی را که قبلاً در آزمایش‌های ژنی با باکتری‌ها و گل‌ها مشاهده شده بود، توصیف کردند. تداخل RNA، که در آن یک مولکول RNA دو رشته ای کوچک منجر به سرکوب خاصی از بیان ژن می شود.

کشف مکانیسم تداخل RNA از اهمیت بالایی برخوردار است. ارزش عملیبرای زیست شناسی مولکولی مدرن این پدیده به طور گسترده در آزمایش های علمی به عنوان ابزاری برای "خاموش کردن"، یعنی سرکوب بیان ژن های فردی استفاده می شود. جالب توجه این واقعیت است که این روش امکان سرکوب برگشت پذیر (موقت) فعالیت ژن های مورد مطالعه را فراهم می کند. تحقیقات برای اعمال این پدیده در درمان بیماری های ویروسی، نئوپلاستیک، دژنراتیو و متابولیک در حال انجام است. لازم به ذکر است که در سال 2002، جهش‌یافته‌های ویروس‌های فلج اطفال کشف شدند که می‌توانند از تداخل RNA جلوگیری کنند، بنابراین برای ایجاد یک واقعاً نیاز به کار دشوارتری است. روش های موثردرمان بر اساس این پدیده

در سال های 1999-2001، چندین گروه از محققان ساختار ریبوزوم باکتریایی را با وضوح 5.5 تا 2.4 آنگستروم تعیین کردند.

مورد

به سختی می توان دستاوردهای زیست شناسی مولکولی در دانش طبیعت زنده را دست بالا گرفت. موفقیت بزرگی به لطف یک مفهوم تحقیقاتی موفق به دست آمده است: فرآیندهای بیولوژیکی پیچیده از دیدگاه سیستم‌های مولکولی منفرد در نظر گرفته می‌شوند که استفاده از روش‌های تحقیق فیزیکوشیمیایی دقیق را ممکن می‌سازد. همچنین بسیاری از ذهن‌های بزرگ را از حوزه‌های مرتبط به این حوزه از علم جذب کرد: شیمی، فیزیک، سیتولوژی، ویروس‌شناسی، که همچنین تأثیر مفیدی بر مقیاس و سرعت توسعه دانش علمی در این زمینه داشت. اکتشافات مهمی مانند تعیین ساختار DNA، رمزگشایی کد ژنتیکی، و اصلاح مصنوعی ژنوم، درک بهتر ویژگی‌های فرآیندهای رشد موجودات و حل موفقیت‌آمیز بسیاری از علوم بنیادی و کاربردی عمده را ممکن ساخته است. ، پزشکی و وظایف اجتماعی، که تا همین اواخر غیر قابل حل تلقی می شدند.

موضوع مطالعه زیست شناسی مولکولی عمدتاً پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک و کمپلکس های مولکولی (ماشین های مولکولی) بر اساس آنها و فرآیندهایی است که در آنها شرکت می کنند.

اسیدهای نوکلئیک پلیمرهای خطی متشکل از واحدهای نوکلئوتیدی (ترکیبات یک قند پنج عضوی با یک گروه فسفات در اتم پنجم چرخه و یکی از چهار پایه نیتروژنی) هستند که توسط یک پیوند استری از گروه های فسفات به هم متصل شده اند. بنابراین، اسید نوکلئیک یک پلیمر پنتوز فسفات با بازهای نیتروژنی به عنوان جایگزین های جانبی است. ترکیب شیمیاییزنجیره RNA با DNA متفاوت است زیرا اولی شامل یک چرخه کربوهیدرات ریبوز پنج عضوی است، در حالی که دومی شامل یک مشتق ریبوز دهیدروکسیله - دئوکسی ریبوز است. در عین حال، این مولکول ها در فضا به طور چشمگیری با هم تفاوت دارند، زیرا RNA یک مولکول تک رشته ای انعطاف پذیر است، در حالی که DNA یک مولکول دو رشته ای است.

پروتئین ها پلیمرهای خطی هستند که زنجیره ای از اسیدهای آمینه آلفا هستند که توسط یک پیوند پپتیدی به هم متصل شده اند، از این رو نام دوم آنها - پلی پپتیدها است. ترکیب پروتئین های طبیعی شامل بسیاری از واحدهای اسید آمینه مختلف - در انسان تا 20 - است که طیف گسترده ای از خواص عملکردی این مولکول ها را تعیین می کند. این یا سایر پروتئین ها تقریباً در هر فرآیندی در بدن نقش دارند و وظایف زیادی را انجام می دهند: آنها نقش سلولی را بازی می کنند. مواد و مصالح ساختمانی، حمل و نقل مواد و یون ها را فراهم می کند، کاتالیز می کند واکنش های شیمیایی، این لیست بسیار طولانی است. پروتئین ها ترکیبات مولکولی پایدار سطوح مختلف سازمان (ساختارهای ثانویه و سوم) و مجتمع های مولکولی را تشکیل می دهند که عملکرد آنها را بیشتر گسترش می دهد. این مولکول ها به دلیل تشکیل یک ساختار کروی فضایی پیچیده می توانند ویژگی بالایی برای انجام وظایف خاص داشته باشند. تنوع گسترده ای از پروتئین ها علاقه دائمی دانشمندان را به این نوع مولکول ها تضمین می کند.

ایده های مدرن در مورد موضوع زیست شناسی مولکولی مبتنی بر تعمیم است که برای اولین بار در سال 1958 توسط فرانسیس کریک به عنوان جزم اصلی زیست شناسی مولکولی مطرح شد. ماهیت آن این بود که اطلاعات ژنتیکی در موجودات زنده مراحل اجرای کاملاً تعریف شده را طی می کند: کپی کردن از DNA به DNA در ورودی وراثت، از DNA به RNA، و سپس از RNA به پروتئین، و انتقال معکوس امکان پذیر نیست. این بیانیه فقط تا حدی درست بود، بنابراین، متعاقبا، جزم اصلی با توجه به داده های تازه کشف شده تصحیح شد.

در حال حاضر، چندین راه برای پیاده سازی ماده ژنتیکی وجود دارد که نشان دهنده توالی های مختلف برای اجرای سه نوع وجود اطلاعات ژنتیکی است: DNA، RNA و پروتئین. در نه روش ممکن برای تحقق، سه گروه متمایز می شوند: اینها سه تبدیل کلی (عمومی) هستند که به طور معمول در اکثر موجودات زنده انجام می شود. سه تبدیل ویژه (ویژه) که در برخی ویروس ها یا در شرایط آزمایشگاهی خاص انجام شده است. سه تبدیل ناشناخته (ناشناخته) که اجرای آنها غیرممکن تلقی می شود.

دگرگونی های رایج شامل روش های زیر برای اجرای کد ژنتیکی است: DNA→DNA (تکثیر)، DNA→RNA (رونویسی)، RNA→ پروتئین (ترجمه).

برای انجام انتقال صفات ارثی، والدین باید یک مولکول DNA کامل را به فرزندان خود منتقل کنند. فرآیندی که در آن می توان یک کپی دقیق از DNA اصلی را سنتز کرد و در نتیجه ماده ژنتیکی را منتقل کرد، همانندسازی نامیده می شود. این کار توسط پروتئین های خاصی انجام می شود که مولکول را باز می کند (بخش آن را صاف می کند)، مارپیچ دوگانه را باز می کند و با استفاده از DNA پلیمراز، یک کپی دقیق از مولکول DNA اصلی ایجاد می کند.

برای اطمینان از حیات یک سلول، باید دائماً به کد ژنتیکی تعبیه شده در مارپیچ دوگانه DNA مراجعه کند. با این حال، این مولکول بیش از حد بزرگ و دست و پا چلفتی است که به عنوان منبع مستقیم مواد ژنتیکی برای سنتز مداوم پروتئین مورد استفاده قرار نمی گیرد. بنابراین، در مسیر پیاده سازی اطلاعات جاسازی شده در DNA، یک مرحله میانی وجود دارد: سنتز mRNA، که یک مولکول کوچک تک رشته ای است که مکمل بخش خاصی از DNA است که پروتئین خاصی را کد می کند. فرآیند رونویسی توسط RNA پلیمراز و فاکتورهای رونویسی ارائه می شود. سپس مولکول حاصل می تواند به راحتی به بخشی از سلول که مسئول سنتز پروتئین است - ریبوزوم - تحویل داده شود.

پس از ورود RNA به ریبوزوم، مرحله نهایی تحقق اطلاعات ژنتیکی آغاز می شود. در این حالت ریبوزوم کد ژنتیکی را از mRNA به صورت سه قلو به نام کدون می خواند و پروتئین مربوطه را بر اساس اطلاعات دریافتی سنتز می کند.

در جریان تحولات ویژه، کد ژنتیکی طبق طرح RNA → RNA (تکثیر)، RNA → DNA (رونویسی معکوس)، DNA → پروتئین (ترجمه مستقیم) محقق می شود. تکثیر این نوع در بسیاری از ویروس ها انجام می شود، جایی که توسط آنزیم RNA پلیمراز وابسته به RNA انجام می شود. آنزیم‌های مشابهی نیز در سلول‌های یوکاریوتی یافت می‌شوند، جایی که با فرآیند خاموش کردن RNA مرتبط هستند. رونویسی معکوس در رتروویروس ها یافت شده است، جایی که توسط آنزیم رونوشت معکوس انجام می شود، و در برخی موارد در سلول های یوکاریوتی، به عنوان مثال، در طول سنتز تلومری. انتقال زنده فقط در شرایط مصنوعی در سیستم ایزوله خارج از سلول انجام می شود.

هر یک از سه انتقال احتمالی اطلاعات ژنتیکی از پروتئین به پروتئین، RNA یا DNA غیرممکن در نظر گرفته می شود. مورد عمل پریون ها بر روی پروتئین ها، که در نتیجه آن پریون مشابهی تشکیل می شود، می تواند مشروط به نوع تحقق پروتئین اطلاعات ژنتیکی → پروتئین نسبت داده شود. با این حال، به طور رسمی چنین نیست، زیرا روی توالی اسید آمینه در پروتئین تأثیر نمی گذارد.

تاریخچه پیدایش اصطلاح «دگم مرکزی» کنجکاو است. از آنجایی که کلمه جزم به طور کلی به معنای سخنی است که مورد تردید نیست و خود این کلمه بار مذهبی روشنی دارد، انتخاب آن به عنوان توصیف یک واقعیت علمی کاملاً مشروع نیست. به گفته خود فرانسیس کریک، این اشتباه او بوده است. او می خواست به نظریه ارائه شده اهمیت بیشتری بدهد تا آن را از پیشینه سایر نظریه ها و فرضیه ها متمایز کند. چرا او تصمیم گرفت از این کلمه باشکوه، به نظر او، استفاده کند، بدون اینکه معنای واقعی آن را درک کند. با این حال، این نام ماندگار شد.

زیست شناسی مولکولی امروزه

توسعه سریع زیست شناسی مولکولی، علاقه همیشگی جامعه به دستاوردهای این حوزه و اهمیت عینی پژوهش منجر به ظهور تعداد زیادیمراکز تحقیقاتی بزرگ زیست شناسی مولکولی در سراسر جهان. از بزرگترین آنها باید به موارد زیر اشاره کرد: آزمایشگاه بیولوژی مولکولی در کمبریج، موسسه سلطنتی در لندن - در انگلستان. موسسات زیست شناسی مولکولی در پاریس، مارسی و استراسبورگ، انستیتو پاستور - در فرانسه؛ بخش‌های زیست‌شناسی مولکولی در دانشگاه هاروارد و مؤسسه فناوری ماساچوست، دانشگاه برکلی، مؤسسه فناوری کالیفرنیا، دانشگاه راکفلر، مؤسسه بهداشت عمومی در Bethesda - در ایالات متحده؛ مؤسسه‌های ماکس پلانک، دانشگاه‌های گوتینگن و مونیخ، مؤسسه مرکزی زیست‌شناسی مولکولی در برلین، مؤسسات در ینا و هال در آلمان. موسسه کارولینسکا در استکهلم، سوئد.

در روسیه، مراکز پیشرو در این زمینه، موسسه زیست شناسی مولکولی است. مؤسسه ژنتیک مولکولی RAS، مؤسسه بیولوژی ژنی RAS، مؤسسه بیولوژی فیزیکوشیمیایی به نام V.A. A. N. Belozersky دانشگاه دولتی مسکو. موسسه بیوشیمی M.V. Lomonosov. A.N. باخ RAS و موسسه پروتئین RAS در پوشچینو.

امروزه حوزه مورد علاقه زیست شناسان مولکولی طیف وسیعی از مسائل بنیادی علمی را در بر می گیرد. مانند قبل، مطالعه ساختار اسیدهای نوکلئیک و بیوسنتز پروتئین، مطالعه ساختار و عملکرد ساختارهای مختلف درون سلولی و سطوح سلولی نقش اصلی را ایفا می کند. همچنین زمینه های مهم تحقیق، مطالعه مکانیسم های دریافت و انتقال سیگنال، مکانیسم های مولکولی انتقال ترکیبات در داخل سلول و همچنین از سلول به محیط خارجی و برگشت است. در میان جهات اصلی تحقیقات علمی در زمینه زیست شناسی مولکولی کاربردی، یکی از اولویت ها، مشکل ظهور و توسعه تومورها است. همچنین یک حوزه بسیار مهم که توسط بخش زیست شناسی مولکولی - ژنتیک مولکولی مورد مطالعه قرار می گیرد، مطالعه مبنای مولکولی وقوع بیماری های ارثی، و بیماری های ویروسی مانند ایدز و همچنین توسعه روش هایی برای آنهاست. پیشگیری و احتمالاً درمان در سطح ژن. اکتشافات و پیشرفت های زیست شناسان مولکولی در پزشکی قانونی کاربرد گسترده ای یافته است. به لطف توسعه و اجرای روش "انگشت نگاری ژنومی" - شناسایی DNA در عمل روزمره، یک انقلاب واقعی در زمینه شناسایی شخصی در دهه 80 توسط دانشمندان روسیه، ایالات متحده آمریکا و بریتانیا ایجاد شد. تحقیقات در این زمینه تا به امروز ادامه دارد. روش های مدرنبه شما امکان می دهد فردی را با احتمال خطای یک میلیاردم درصد شناسایی کنید. در حال حاضر، توسعه فعال پروژه گذرنامه ژنتیکی وجود دارد، که، همانطور که انتظار می رود، سطح جرم و جنایت را بسیار کاهش می دهد.

روش شناسی

امروزه زیست شناسی مولکولی دارای زرادخانه گسترده ای از روش ها برای حل پیشرفته ترین و بیشتر است کارهای چالش برانگیزروبروی دانشمندان

یکی از رایج ترین روش ها در زیست شناسی مولکولی الکتروفورز ژل است، که مشکل جداسازی مخلوطی از ماکرومولکول ها بر اساس اندازه یا بار را حل می کند. تقریباً همیشه، پس از جداسازی ماکرومولکول ها در ژل، از بلات استفاده می شود، روشی که به شما امکان می دهد ماکرومولکول ها را از ژل (سورب) به سطح غشاء برای راحتی کار بیشتر با آنها، به ویژه هیبریداسیون، انتقال دهید. هیبریداسیون - تشکیل DNA هیبریدی از دو رشته با طبیعت متفاوت - روشی که نقش مهمی در تحقیق بنیادی. برای تعیین استفاده می شود مکملقطعات در DNA مختلف (DNA انواع متفاوتبا کمک آن، ژن های جدید جستجو می شوند، تداخل RNA با کمک آن کشف شد و اصل آن اساس انگشت نگاری ژنومی را تشکیل داد.

نقش مهمی در عمل مدرن تحقیقات بیولوژیکی مولکولی با روش توالی یابی ایفا می کند - تعیین توالی نوکلئوتیدها در اسیدهای نوکلئیک و اسیدهای آمینه در پروتئین ها.

بیولوژی مولکولی مدرن را نمی توان بدون روش واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) تصور کرد. با تشکر از این روش، افزایش تعداد (تقویت) کپی های یک توالی DNA خاص به منظور بدست آوردن مقدار کافی از یک مولکول برای کار بیشتر با آن انجام می شود. نتیجه مشابهی با فناوری شبیه سازی مولکولی حاصل می شود که در آن توالی نوکلئوتیدی مورد نیاز به DNA باکتری ها (سیستم های زنده) وارد می شود و پس از آن تکثیر باکتری ها به نتیجه مطلوب می رسد. این رویکرد از نظر فنی بسیار پیچیده‌تر است، اما به فرد اجازه می‌دهد تا به طور همزمان نتیجه بیان توالی نوکلئوتیدی مورد مطالعه را بدست آورد.

همچنین، روش های اولتراسانتریفیوژ به طور گسترده ای در تحقیقات بیولوژیکی مولکولی (برای جداسازی ماکرومولکول ها) استفاده می شود. مقادیر زیادسلول ها، اندامک ها)، روش های میکروسکوپ الکترونی و فلورسانس، روش های اسپکتروفتومتری، آنالیز پراش اشعه ایکس، اتورادیوگرافی و غیره.

به لطف پیشرفت تکنولوژی و تحقیق علمیدر زمینه شیمی، فیزیک، زیست شناسی و علوم کامپیوتر، تجهیزات مدرن امکان جداسازی، مطالعه و تغییر ژن های فردی و فرآیندهایی که در آن نقش دارند را فراهم می کند.