Molekyylibiologian ja molekyylibiotekniikan menetelmät. Biokemia ja molekyylibiologia - missä opiskella? Ammattia kasvoissa

(Molekular biologe/-biologin)

Tyyppi
Ammatti valmistumisen jälkeen
Palkka
3667-5623 € kuukaudessa

Molekyylibiologit tutkivat molekyyliprosesseja kaikkien elämänprosessien perustana. Saatujen tulosten perusteella he kehittävät konsepteja biokemiallisten prosessien käyttöön esimerkiksi lääketieteellisessä tutkimuksessa ja diagnostiikassa tai biotekniikassa. Lisäksi he voivat olla mukana lääkkeiden valmistuksessa, tuotekehityksessä, laadunvarmistuksessa tai lääkekonsultoinnissa.

Molekyylibiologin tehtävät

Molekyylibiologit voivat työskennellä eri aloilla. Ne koskevat esimerkiksi tutkimustulosten käyttöä tuotantoon sellaisilla aloilla kuin geenitekniikka, proteiinikemia tai farmakologia (lääkekehitys). Kemian- ja lääketeollisuudessa ne helpottavat uusien tuotteiden siirtymistä tutkimuksesta tuotantoon, tuotemarkkinointiin ja käyttäjäneuvontaan.

Tieteellisessä tutkimuksessa molekyylibiologit tutkivat orgaanisten yhdisteiden kemiallis-fysikaalisia ominaisuuksia sekä kemiallisia prosesseja (solujen aineenvaihdunnan alalla) elävissä organismeissa ja julkaisevat tutkimustuloksia. Korkeammassa koulutusinstituutiot he opettavat opiskelijoita, valmistautuvat luentoihin ja seminaareihin, tarkistavat kirjalliset työt ja järjestävät tenttejä. Itsenäinen tieteellinen toiminta on mahdollista vasta maisterin ja tohtorin tutkinnon suorittamisen jälkeen.

Missä molekyylibiologit työskentelevät?

Molekyylibiologit löytävät töitä mm

tutkimuslaitoksissa, esimerkiksi tieteen ja lääketieteen aloilla
korkeakouluissa
kemian-lääketeollisuudessa
ympäristönsuojeluosastoilla

Molekyylibiologin palkka

Molecular Biologists Saksassa saama palkkataso on

3667 € - 5623 € kuukaudessa

(eri Saksan tilastotoimistojen ja työvoimapalvelujen mukaan)

Molekyylibiologin tehtävät ja vastuut yksityiskohtaisesti

Mikä on molekyylibiologin ammatin ydin

Molekyylibiologit tutkivat molekyyliprosesseja kaikkien elämänprosessien perustana. Saatujen tulosten perusteella he kehittävät konsepteja biokemiallisten prosessien käyttöön esimerkiksi lääketieteellisessä tutkimuksessa ja diagnostiikassa tai biotekniikassa. Lisäksi he voivat olla mukana lääkkeiden valmistuksessa, tuotekehityksessä, laadunvarmistuksessa tai lääkekonsultoinnissa.

Ammattimolekyylibiologia

Molekyylibiologia tai molekyyligenetiikka käsittelee nukleiinihappojen rakenteen ja biosynteesin sekä tämän tiedon siirtämiseen ja toteuttamiseen proteiinien muodossa liittyvien prosessien tutkimusta. Näin on mahdollista ymmärtää näiden toimintojen kivuliaita häiriöitä ja mahdollisesti parantaa niitä geeniterapian avulla. Bioteknologiaa ja geenitekniikkaa varten on rajapintoja, joissa luodaan yksinkertaisia organismeja, kuten bakteereita ja hiivaa, jotta farmakologisesti tai kaupallisesti kiinnostavia aineita saadaan saataville teollisessa mittakaavassa kohdistettujen mutaatioiden kautta.

Molekyylibiologian teoria ja käytäntö

Kemian-lääketeollisuus tarjoaa lukuisia työpaikkoja molekyylibiologeille. Teollisissa ympäristöissä he analysoivat biotransformaatioprosesseja tai kehittävät ja parantavat prosesseja vaikuttavien aineiden ja farmaseuttisten välituotteiden mikrobiologiseen tuotantoon. Lisäksi he ovat mukana uusien tuotteiden siirtämisessä tutkimuksesta tuotantoon. Tarkastustehtäviä suorittamalla he varmistavat, että tuotantotilat, laitteet, analyysimenetelmät ja kaikki herkkien tuotteiden, kuten lääkkeiden, tuotannon vaiheet täyttävät aina vaaditut laatustandardit. Lisäksi molekyylibiologit neuvovat käyttäjiä uusien tuotteiden käytössä.

Johtoasemat vaativat usein maisteriohjelman.

Molekyylibiologit tutkimuksessa ja koulutuksessa

Tieteen ja tutkimuksen alalla molekyylibiologit käsittelevät sellaisia aiheita kuin proteiinien tunnistaminen, kuljetus, laskostaminen ja kodifiointi solussa. Tutkimustulokset, jotka ovat pohjana käytännön sovelluksille eri aloilla, julkaistaan ja ovat siten muiden tutkijoiden ja opiskelijoiden saatavilla. Konferensseissa ja kongresseissa keskustellaan ja esitellään tieteellisen toiminnan tuloksia. Molekyylibiologit pitävät luentoja ja seminaareja, ohjaavat tieteellistä työtä ja ottaa kokeet.

Itsenäinen tieteellinen toiminta edellyttää maisterin ja tohtorin tutkintoa.

1. Esittely.

Molekyylibiologian ja genetiikan oppiaine, tehtävät ja menetelmät. "Klassisen" genetiikan ja mikro-organismien genetiikan merkitys molekyylibiologian ja geenitekniikan kehityksessä. Geenin käsite "klassisessa" ja molekyyligenetiikassa, sen evoluutio. Geenitekniikan metodologian panos molekyyligenetiikan kehitykseen. Geenitekniikan soveltava arvo bioteknologiassa.

2. Perinnöllisyyden molekyyliperustat.

Solun käsite, sen makromolekyylikoostumus. Geneettisen materiaalin luonne. Historia todisteita DNA:n geneettisestä toiminnasta.

2.1. Erilaisia nukleiinihappoja. Nukleiinihappojen biologiset toiminnot. Nukleiinihappojen kemiallinen rakenne, tilarakenne ja fysikaaliset ominaisuudet. Pro- ja eukaryoottien geneettisen materiaalin rakenteelliset ominaisuudet. Täydentävät Watson-Crick-emäsparit. Geneettinen koodi. Geneettisen koodin salauksen historia. Koodin tärkeimmät ominaisuudet: tripletti, koodi ilman pilkkuja, degeneraatio. Koodisanakirjan ominaisuudet, kodoniperheet, semanttiset ja "merkittämättömät" kodonit. Pyöreät DNA-molekyylit ja DNA:n superkiertymisen käsite. DNA:n topoisomeerit ja niiden tyypit. Topoisomeraasien toimintamekanismit. Bakteerien DNA-gyraasi.

2.2. DNA:n transkriptio. Prokaryoottinen RNA-polymeraasi, sen alayksikkö ja kolmiulotteiset rakenteet. Erilaisia sigmatekijöitä. Prokaryoottigeenin promoottori, sen rakenneosat. Transkriptiosyklin vaiheet. Transkription aloitus, "avoimen kompleksin" muodostuminen, venyminen ja lopettaminen. transkription vaimennus. Tryptofaanioperonien ilmentymisen säätely. "Riboswitches". Transkription lopetusmekanismit. Transkription negatiivinen ja positiivinen säätely. laktoosi operoni. Transkription säätely lambda-faagikehityksessä. DNA:n tunnistamisen periaatteet säätelyproteiinien (CAP-proteiini ja lambda-faagirepressori) avulla. Eukaryoottien transkription ominaisuudet. RNA:n prosessointi eukaryooteissa. Transkriptien päättäminen, silmukointi ja polyadenylaatio. liitosmekanismit. Pienen tuman RNA:n ja proteiinitekijöiden rooli. Vaihtoehtoinen liitos, esimerkkejä.

2.3. Lähettää, sen vaiheet, ribosomien toiminta. Ribosomien sijainti solussa. Prokaryoottiset ja eukaryoottiset ribosomityypit; 70S ja 80S ribosomit. Ribosomien morfologia. Jako alahiukkasiin (alayksiköihin). Kodoniriippuvainen aminoasyyli-tRNA:n sitoutuminen elongaatiosyklissä. Kodoni-antikodoni vuorovaikutus. Elongaatiotekijän EF1 (EF-Tu) osallistuminen aminoasyyli-tRNA:n sitoutumiseen ribosomiin. Venymätekijä EF1B (EF-Ts), sen toiminta, reaktiosarja sen osallistumisen kanssa. Antibiootit, jotka vaikuttavat aminoasyyli-tRNA:n kodonista riippuvaisen sitoutumisen vaiheeseen ribosomiin. Aminoglykosidiantibiootit (streptomysiini, neomysiini, kanamysiini, gentamysiini jne.), niiden vaikutusmekanismi. Tetrasykliinit aminoasyyli-tRNA:n ribosomiin sitoutumisen estäjinä. Lähetyksen aloitus. Aloitusprosessin päävaiheet. Translaation aloitus prokaryooteissa: aloitustekijät, aloituskodonit, pienen ribosomaalisen alayksikön RNA:n 3¢-pää ja Shine-Dalgarno-sekvenssi mRNA:ssa. Translaation aloitus eukaryooteissa: aloitustekijät, aloituskodonit, 5¢-transloitumaton alue ja cap-riippuvainen terminaalinen aloitus. "Sisäinen" cap-riippumaton aloitus eukaryooteissa. Transpeptidaatio. Transpeptidaation estäjät: kloramfenikoli, linkomysiini, amisetiini, streptogramiinit, anisomysiini. Translokaatio. Venymäkertoimen EF2 (EF-G) ja GTP:n osallisuus. Translokaatioestäjät: fusidiinihappo, viomysiini, niiden vaikutusmekanismit. Käännöksen lopettaminen. Lopetuskodonit. Prokaryoottien ja eukaryoottien proteiinin lopetustekijät; kaksi lopetustekijöiden luokkaa ja niiden toimintamekanismit. Käännöksen säätely prokaryooteissa.

2.4. DNA kopiointi ja sen geneettinen hallinta. Replikaatioon osallistuvat polymeraasit, niiden entsymaattisten toimintojen ominaisuudet. DNA:n uskollisuus. DNA-emäsparien välisten steeristen vuorovaikutusten rooli replikaation aikana. E. coli -polymeraasit I, II ja III. Polymeraasi III -alayksiköt. Replikointihaarukka, "johtavat" ja "jäävät" säikeet replikoinnin aikana. Fragmentteja Okazakista. Proteiinikompleksi replikaatiohaarukassa. Replikaation aloituksen säätely E. colissa. Replikaation lopettaminen bakteereissa. Plasmidin replikaation säätelyn piirteet. Kaksisuuntainen ja pyörivä renkaan replikointi.

2.5. Rekombinaatio, sen tyypit ja mallit. Yleinen tai homologinen rekombinaatio. Kaksijuosteiset katkokset DNA:ssa, jotka käynnistävät rekombinaation. Rekombinaation rooli kaksisäikeisten katkeamien replikaation jälkeisessä korjauksessa. Holliday-rakenne rekombinaatiomallissa. Yleisen rekombinaation entsymologia E. colissa. RecBCD-kompleksi. Reca-proteiini. Rekombinaation rooli DNA-synteesin varmistamisessa replikaation keskeyttävissä DNA-vaurioissa. rekombinaatio eukaryooteissa. Rekombinaatioentsyymit eukaryooteissa. Paikkakohtainen rekombinaatio. Erot yleisen ja paikkaspesifisen rekombinaation molekyylimekanismeissa. Rekombinaasien luokitus. Paikkaspesifisen rekombinaation aikana suoritettujen kromosomien uudelleenjärjestelyjen tyypit. Paikkaspesifisen rekombinaation säätelyrooli bakteereissa. Monisoluisten eukaryoottisten kromosomien rakentaminen käyttämällä paikkaspesifistä faagirekombinaatiojärjestelmää.

2.6. DNA:n korjaus. Korjaustyyppien luokittelu. Tymiinidimeerien ja metyloidun guaniinin suora korjaus. Pohjien leikkaaminen. Glykosylaasit. Pariutumattomien nukleotidien korjausmekanismi (epäsopivuuskorjaus). Korjattavan DNA-juosteen valinta. SOS korjaus. Prokaryoottien ja eukaryoottien SOS-korjaukseen osallistuvien DNA-polymeraasien ominaisuudet. "Adaptiivisten mutaatioiden" käsite bakteereissa. Kaksijuosteisten katkeamien korjaaminen: homologinen replikatiivinen rekombinaatio ja DNA-molekyylin ei-homologisten päiden yhdistäminen. Replikaatio-, rekombinaatio- ja korjausprosessien välinen suhde.

3. Mutaatioprosessi.

Biokemiallisten mutanttien rooli yhden geenin - yhden entsyymin teorian muodostumisessa. Mutaatioluokitus. Pistemutaatiot ja kromosomien uudelleenjärjestelyt, niiden muodostumismekanismi. Spontaani ja indusoitu mutageneesi. Mutageenien luokitus. Mutageneesin molekyylimekanismi. Mutageneesin ja korjauksen välinen suhde. Mutanttien tunnistaminen ja valinta. Suppressio: intrageeninen, intergeeninen ja fenotyyppinen.

4. Ekstrakromosomaaliset geneettiset elementit.

Plasmidit, niiden rakenne ja luokittelu. Sukupuolitekijä F, sen rakenne ja elinkaari. Tekijän F rooli kromosominsiirron mobilisaatiossa. Hfr- ja F-luovuttajien muodostuminen Konjugaatiomekanismi Bakteriofagit, niiden rakenne ja elinkaari Virulentit ja lauhkeat bakteriofagit Lysogenia ja transduktio Yleinen ja spesifinen transduktio Migroituvat geneettiset elementit: transposonit ja IS-sekvenssit, niiden rooli geneettisessä aineenvaihdunnassa DNA - transposonit prokaryoottien ja eukaryoottien genomissa Bakteerien IS-sekvenssit, niiden rakenne IS-sekvenssit bakteerien F-tekijän komponenttina, joka määrää kyvyn siirtää geneettistä materiaalia konjugoinnin aikana Bakteerien ja eukaryoottisten organismien transposonit Suora replikoitumaton ja transpositioiden replikatiiviset mekanismit Horisontaalisen transposonisiirron käsite ja niiden rooli rakenteellisissa uudelleenjärjestelyissä (ektooppinen rekombinaatio) ja genomin evoluutiossa.

5. Geenin rakenteen ja toiminnan tutkimus.

Geneettisen analyysin elementit. Cis-trans-komplementaatiotesti. Geneettinen kartoitus konjugaatiolla, transduktiolla ja transformaatiolla. Geneettisten karttojen rakentaminen. Hieno geneettinen kartoitus. Geenirakenteen fyysinen analyysi. heterodupleksianalyysi. Rajoitusanalyysi. Sekvensointimenetelmät. polymeraasiketjureaktio. Geenin toiminnan paljastaminen.

6. Geeniekspression säätely. Käsitteet operonista ja regulonista. Kontrolli transkription aloitustasolla. Promoottori-, operaattori- ja säätelyproteiinit. Geeniekspression positiivinen ja negatiivinen kontrolli. Ohjaus transkription lopettamisen tasolla. Kataboliittikontrolloidut operonit: mallit laktoosi-, galaktoosi-, arabinoosi- ja maltoosioperoneista. Vaimentimella ohjatut operonit: tryptofaanioperonin malli. Geeniekspression moniarvoinen säätely. Globaalit sääntelyjärjestelmät. Sääntelyreaktio stressiin. transkription jälkeinen kontrolli. signaalin siirto. RNA-välitteinen säätely: pienet RNA:t, sensori-RNA:t.

7. Geenitekniikan perusteet. Restriktioentsyymit ja modifikaatiot. Geenien eristäminen ja kloonaus. Vektorit molekyylikloonausta varten. Yhdistelmä-DNA:n rakentamisen periaatteet ja niiden vieminen vastaanottajasoluihin. Geenitekniikan soveltavat näkökohdat.

A). Pääkirjallisuus:

1. Watson J., Tooze J., Recombinant DNA: A Brief Course. – M.: Mir, 1986.

2. Geenit. – M.: Mir. 1987.

3. Molekyylibiologia: nukleiinihappojen rakenne ja biosynteesi. /Toim. . - M. Korkeakoulu. 1990.

4., - Molekyylibiotekniikka. M. 2002.

5. Spiriiniribosomit ja proteiinien biosynteesi. - M .: Korkeakoulu, 1986.

b). Lisäkirjallisuutta:

1. Genomin hesiini. – M.: Tiede. 1984.

2. Geenitekniikan Rybchin. - Pietari: Pietarin valtion teknillinen yliopisto. 1999.

3. Patruševin geenit. – M.: Nauka, 2000.

4. Moderni mikrobiologia. Prokaryootit (2 osassa). – M.: Mir, 2005.

5. M. Singer, P. Berg. Geenit ja genomit. – M.: Mir, 1998.

6. Shchelkunov-tekniikka. - Novosibirsk: Sibistä. Yliopisto, 2004.

7. Stepanov-biologia. Proteiinien rakenne ja toiminta. - M.: V. Sh., 1996.

Molekyylibiologi on lääketieteen tutkija, jonka tehtävänä on pelastaa ihmiskunta vaarallisilta taudeilta. Tällaisten sairauksien joukossa esimerkiksi onkologia, josta on nykyään tullut yksi tärkeimmistä kuolinsyistä maailmassa, on vain hieman huonompi kuin johtaja - sydän-ja verisuonitaudit. Uudet menetelmät onkologian varhaiseen diagnosointiin, syövän ehkäisyyn ja hoitoon - etusijalla nykyaikainen lääketiede. Onkologian molekyylibiologit kehittävät vasta-aineita ja rekombinanttisia (geenimanipuloituja) proteiineja varhaiseen diagnosointiin tai kohdennetun lääkkeen antamiseen kehoon. Tämän alan asiantuntijat käyttävät tieteen ja teknologian uusimpia saavutuksia luodakseen uusia organismeja ja orgaanisia aineita jatkokäyttöön tutkimuksessa ja kliinisessä toiminnassa. Molekyylibiologien käyttämiä menetelmiä ovat kloonaus, transfektio, infektio, polymeraasiketjureaktio, geenisekvensointi ja muut. Yksi molekyylibiologeista kiinnostuneista yrityksistä Venäjällä on PrimeBioMed LLC. Organisaatio harjoittaa diagnostiikkaan tarkoitettujen vasta-aineiden-reagenssien tuotantoa onkologiset sairaudet. Tällaisia vasta-aineita käytetään pääasiassa määrittämään kasvaimen tyyppi, sen alkuperä ja pahanlaatuisuus, eli kyky muodostaa metastasoitua (leviää muihin kehon osiin). Vasta-aineita levitetään ohuille osille tutkitusta kudoksesta, minkä jälkeen ne sitoutuvat soluissa tiettyihin proteiineihin - markkereihin, joita on kasvainsoluissa, mutta joita ei ole terveissä ja päinvastoin. Tutkimuksen tuloksista riippuen määrätään lisähoitoa. PrimeBioMedin asiakkaita ovat paitsi lääketieteen, myös tieteelliset laitokset, sillä vasta-aineita voidaan käyttää myös tutkimusongelmien ratkaisemiseen. Tällaisissa tapauksissa voidaan erikoistilauksesta tuottaa ainutlaatuisia vasta-aineita, jotka pystyvät sitoutumaan tutkittuun proteiiniin tiettyä tehtävää varten. Toinen lupaava yhtiön tutkimuksen suunta on lääkkeiden kohdennettu (kohdennettu) kuljetus elimistöön. Tässä tapauksessa vasta-aineita käytetään kuljetuksena: niiden avulla lääkkeet toimitetaan suoraan sairastuneisiin elimiin. Näin hoidosta tulee tehokkaampaa ja sillä on vähemmän negatiivisia seurauksia elimistölle kuin esimerkiksi kemoterapialla, joka vaikuttaa paitsi syöpäsoluihin myös muihin soluihin. Molekyylibiologin ammatin odotetaan lisääntyvän tulevina vuosikymmeninä: ihmisen keskimääräisen elinajan pidentyessä onkologisten sairauksien määrä lisääntyy. Kasvainten varhainen havaitseminen ja innovatiiviset hoitomenetelmät molekyylibiologien hankkimien aineiden avulla säästävät ihmishenkiä ja parantavat sen laatua valtavalle määrälle ihmisiä.

Ammatillinen peruskoulutus

Prosenttiosuudet kuvaavat tietyn koulutustason omaavien asiantuntijoiden jakautumista työmarkkinoilla. Ammatin hallinnan keskeiset erikoisalat on merkitty vihreällä.

Kykyjä ja taitoja

Kyky käsitellä reagensseja, näytteitä, on kyettävä työskentelemään pienten esineiden kanssa
Kyky työskennellä suurten tietomäärien kanssa
Kyky työskennellä käsin

Kiinnostuksen kohteet ja mieltymykset

Halu oppia uutta
Kyky työskennellä moniajotilassa (on välttämätöntä seurata useiden reaktioiden ja prosessien etenemistä samanaikaisesti)
Tarkkuus
Vastuu (et voi jättää työtä "huomiseksi", koska näytteet voivat vaurioitua)
tunnollisuus
ahkeruus
Mindfulness (on välttämätöntä seurata mikroprosesseja)

Ammattia kasvoissa

Maria Shitova

Daria Samoilova

Aleksei Grachev

Onkologian molekyylibiologia on lupaava ammattiala, sillä syövän torjunta on yksi maailmanlääketieteen ensisijaisista tehtävistä.

Molekyylibiologit ovat kysyttyjä monilla alueilla tieteen, bioteknologian ja innovatiivisten yritysten aktiivisen kehityksen ansiosta. Toistaiseksi asiantuntijoista on pieni pula, varsinkin niistä, joilla on jonkin verran kokemusta omasta erikoisalansa. Toistaiseksi melko suuri osa valmistuneista lähtee edelleen töihin ulkomaille. Mahdollisuuksia alkaa ilmaantua tehokasta työtä biotekniikan alalla Venäjällä, mutta on liian aikaista puhua massaluonteesta.

Molekyylibiologin työhön kuuluu asiantuntijan aktiivinen osallistuminen tieteelliseen toimintaan, josta tulee urakehityksen mekanismi. Ammatin kehittäminen on mahdollista osallistumalla tieteellisiin hankkeisiin ja konferensseihin, ehkä kehittämällä niihin liittyviä osaamisaloja. Myös jatkossa akateeminen kehitys on mahdollista nuoresta tutkijasta vanhemman tutkijan kautta johtavaksi tutkijaksi, professoriksi ja/tai laitoksen/laboratorion päälliköksi.

haastatella

Pirogov Sergey - osallistuja "Norsun ja kirahvin" järjestämän biologian olympialaisten valmisteluun vuonna 2012.
Kansainvälisen biologian Universiadin voittaja
Olympian "Lomonosov" voittaja
Koko Venäjän biologian olympiadin alueellisen vaiheen voittaja vuonna 2012
Opiskelu Moskovan valtionyliopistossa. M.V. Lomonosov Biologian tiedekunnassa: Molekyylibiologian laitos, 6. vuoden opiskelija. Työskentelee molekyyligenetiikan instituutin eläinten biokemiallisen genetiikan laboratoriossa.

- Seryozha, jos lukijoilla on kysyttävää, voivatko he kysyä sinulta?

Kyllä, voit tietysti esittää kysymyksiä ainakin välittömästi. Tällä alalla:

Napsauta tätä esittääksesi kysymyksen.

- Aloitetaan koulusta, eikö sinulla ollut superhieno koulu?

Opiskelin erittäin heikolla Moskovan koulussa, sellaisessa keskivertokoulussa. Totta, meillä oli upea opettaja Moskovan taideteatterissa, jonka ansiosta meillä oli suurelta osin nimellinen koulun "taidehistoriallinen" suunta.

- Entä biologia?

Biologian opettajamme oli hyvin iäkäs, kuuro ja terävä nainen, jota kaikki pelkäsivät. Mutta rakkaus aiheeseensa ei lisännyt. Olen ollut intohimoisesti biologiasta lapsesta asti, viisivuotiaasta lähtien. Luen itse kaiken, lähinnä anatomia ja eläintiede. Kouluaineet olivat siis rinnakkain omien kiinnostuksen kohteideni kanssa. Olympialaiset muuttivat kaiken.

- Kerro minulle lisää siitä.

7. luokalla osallistuin ensimmäistä kertaa kunnalliseen vaiheeseen (tietysti melkein kaikissa aineissa kerralla, koska olin ainoa oppilas, jonka opettajilla oli syytä lähettää). Ja hän voitti biologiassa. Sitten koulu piti tätä hauskana, mutta ei kovin mielenkiintoisena tosiasiana.

- Auttoiko se sinua koulussa?

Muistan, että loistavista opiskeluistani huolimatta sain usein biologian opettajalta B:n näppylällä kuten "sipulin osan piirustuksessa juuret tulee maalata ruskeiksi, ei harmaiksi." Kaikki oli aika masentavaa. Kahdeksannella luokalla menin jälleen olympialaisiin, mutta jostain syystä minua ei lähetetty biologiaan. Mutta hänestä tuli voittaja ja palkinnon voittaja muissa aiheissa.

- Mitä tapahtui 9. luokalla?

9. luokalla en mennyt piirivaiheeseen. Siellä sain yllättäen heikon, raja-arvosanan, joka kuitenkin osoittautui aluevaiheelle siirtymiseksi. Sillä oli voimakas motivoiva voima - ymmärrys siitä, kuinka paljon en tiedä ja kuinka moni tietää kaiken tämän (kuinka monta tällaista ihmistä valtakunnallisessa mittakaavassa pelkäsin edes kuvitella).

- Kerro meille, kuinka valmistauduit.

Intensiivinen itseopiskelu, kirjakauppojen tutkailut ja tuhannet viime vuoden tehtävät vaikuttivat parantavasti. Sain yhden teorian korkeimmista pisteistä (joka oli myös minulle täysin odottamaton), välitettiin käytännön vaihe...ja epäonnistui. Tuolloin en edes tiennyt käytännön vaiheen olemassaolosta.

- Vaikuttiko olympialaiset sinuun?

Elämäni on muuttunut radikaalisti. Opin monista muista olympialaisista, erityisesti rakastuin SBO:hen. Myöhemmin hän osoitti hyviä tuloksia monilla, voitti joitain, Lomonosovskajan ansiosta hän sai oikeuden tulla ilman kokeita. Samaan aikaan voitin taidehistorian olympialaisia, joihin hengitän edelleen epätasaisesti. Totta, hän ei ollut ystävä käytännön matkojen kanssa. 11. luokalla saavutin silti viimeinen taso, mutta Fortune ei ollut suotuisa, enkä tällä kertaa ehtinyt täyttää teoreettisen vaiheen vastausmatriisia. Mutta tämä mahdollisti sen, että käytännöllisyydestä ei tarvinnut huolehtia liikaa.

- Oletko tavannut monia olympialaisia?

Kyllä, olen edelleen sitä mieltä, että minulla oli erittäin onnekas ikätovereideni kanssa, jotka laajensivat suuresti näköalojani. Olympialaisten toinen puoli, motivaation lisäksi opiskella aihetta harmonisemmin, oli tutustuminen olympialaisiin. Huomasin jo tuolloin, että horisontaalinen kommunikaatio on joskus hyödyllisempää kuin vertikaalinen kommunikointi - opettajien kanssa harjoitusleirillä.

- Miten pääsit yliopistoon? Valitsitko tiedekunnan?

11. luokan jälkeen astuin Moskovan valtionyliopiston biologian tiedekuntaan. Vain suurin osa silloisista tovereistani teki valinnan FBB:n hyväksi, mutta tässä päärooli oli sillä, että minusta ei tullut All-Russianin voittajaa. Joten minun piti suorittaa sisäinen koe matematiikasta, ja siinä, varsinkin koulussa - rakastuin ylempään paljon enemmän - en ollut vahva. Ja koulussa oli erittäin huono valmistautuminen (emme olleet edes valmistautuneet melkein koko C-osaan). Kiinnostuksen suhteen arvelin jo silloin, että lopulta voit päästä mihin tahansa tulokseen sisäänpääsypaikasta riippumatta. Myöhemmin kävi ilmi, että monet FBB:stä valmistuneet ovat siirtyneet pääosin märkäbiologiaan ja päinvastoin - monet hyvät bioinformaatikot aloittivat amatöörinä. Vaikka sillä hetkellä minusta tuntui, että biologisen tiedekunnan osasto olisi erilainen kuin FBBshny. Tässä olin varmasti väärässä.

Tiesitkö?

Mielenkiintoista

Tiesitkö?

Mielenkiintoista

Elefantti ja kirahvi -leirillä on vuoroja biokemiassa ja molekyylibiologiassa, jossa koululaiset yhdessä Moskovan valtionyliopiston kokeneiden opettajien kanssa perustavat kokeita ja valmistautuvat olympialaisiin.

© Haastatteli Reshetov Denis. Valokuvat tarjosi ystävällisesti Sergei Pirogov.

Voidaan sanoa, että molekyylibiologia tutkii elämän ilmenemismuotoja elottomissa rakenteissa tai järjestelmissä, joissa on alkeellisia merkkejä vitaalitoiminnasta (jotka voivat olla yksittäisiä biologisia makromolekyylejä, niiden komplekseja tai organelleja), tutkien, kuinka elävää ainetta kuvaavat avainprosessit toteutuvat kemiallisia vuorovaikutuksia ja muunnoksia.

Molekyylibiologian erottaminen biokemiasta itsenäiseksi tieteenalaksi sanelee se, että sen päätehtävänä on tutkia eri prosesseissa mukana olevien biologisten makromolekyylien rakennetta ja ominaisuuksia, selvittää niiden vuorovaikutuksen mekanismeja. Biokemia puolestaan käsittelee varsinaisten elintärkeän toiminnan prosessien, niiden etenemismallien ja näiden prosessien mukana tulevien molekyylien muunnosten tutkimusta elävässä organismissa. Lopulta molekyylibiologia yrittää vastata kysymykseen, miksi tämä tai tuo prosessi tapahtuu, kun taas biokemia vastaa kysymyksiin, missä ja miten kemian näkökulmasta kyseinen prosessi tapahtuu.

Tarina

Molekyylibiologia erillisenä biokemian osa-alueena alkoi muotoutua 1930-luvulla. Silloin elämän ilmiön syvemmälle ymmärtämiselle syntyi tarve kohdennetuille tutkimuksille molekyylitasolla elävien organismien perinnöllisen tiedon varastointi- ja siirtoprosesseista. Sitten määriteltiin molekyylibiologian tehtävä nukleiinihappojen ja proteiinien rakenteen, ominaisuuksien ja vuorovaikutuksen tutkimuksessa. Termiä "molekyylibiologia" käytti ensimmäisenä englantilainen tiedemies William Astbury tutkimuksessa, joka liittyi molekyylirakenteen ja fysikaalisten ja biologisia ominaisuuksia fibrillaariset proteiinit, kuten kollageeni, veren fibriini tai lihasten supistuvat proteiinit.

Molekyylibiologian alkuaikoina RNA:ta pidettiin kasvien ja sienten komponenttina, kun taas DNA:ta pidettiin tyypillisenä eläinsolujen komponenttina. Ensimmäinen tutkija, joka osoitti, että DNA:ta löytyy kasveista, oli Andrey Nikolaevich Belozersky, joka eristi herneen DNA:n vuonna 1935. Tämä löytö vahvisti sen tosiasian, että DNA on universaali nukleiinihappo, jota esiintyy kasvi- ja eläinsoluissa.

Suuri saavutus oli George Beadlen ja Edward Tatumin selvittäminen suorasta syy-yhteydestä geenien ja proteiinien välillä. Kokeissaan he paljastivat neurosporisoluja ( Neurosporacrassa) Röntgensäteilyaltistus, joka aiheutti mutaatioita. Saadut tulokset osoittivat, että tämä johti muutokseen tiettyjen entsyymien ominaisuuksissa.

Vuonna 1940 Albert Claude eristi sytoplasmista RNA:ta sisältäviä rakeita eläinsolujen sytoplasmasta, jotka olivat pienempiä kuin mitokondriot. Hän kutsui niitä mikrosomeiksi. Myöhemmin, tutkittaessa eristettyjen hiukkasten rakennetta ja ominaisuuksia, todettiin niiden perustavanlaatuinen rooli proteiinien biosynteesiprosessissa. Vuonna 1958 ensimmäisessä näille hiukkasille omistetussa symposiumissa näitä hiukkasia päätettiin kutsua ribosomeiksi.

Toinen tärkeä askel molekyylibiologian kehityksessä oli Oswald Averyn, Colin MacLeodin ja MacLean McCarthyn vuonna 1944 tekemän kokeen julkaistut tiedot, jotka osoittivat DNA:n olevan syy bakteerien transformaatioon. Tämä oli ensimmäinen kokeellinen todiste DNA:n roolista perinnöllisen tiedon välittämisessä, mikä kumosi aikaisemman käsityksen geenien proteiiniluonteesta.

Frederick Sanger osoitti 1950-luvun alussa, että proteiiniketju on ainutlaatuinen aminohappotähteiden sekvenssi. 1950-luvun lopulla Max Perutz ja John Kendrew selvittivät ensimmäisten proteiinien spatiaalisen rakenteen. Jo vuonna 2000 tunnettiin satoja tuhansia luonnollisia aminohapposekvenssejä ja tuhansia proteiinien spatiaalisia rakenteita.

Samoihin aikoihin Erwin Chargaffin tutkimus antoi hänelle mahdollisuuden muotoilla säännöt, jotka kuvaavat typpipitoisten emästen suhdetta DNA:ssa (säännöissä sanotaan, että DNA:n lajieroista riippumatta guaniinin määrä on yhtä suuri kuin sytosiinin määrä ja adeniinin määrä on sama kuin theminin määrä), joka myöhemmin auttoi tekemään suurimman läpimurron molekyylibiologiassa ja yhden biologian suurimmista löydöistä yleensä.

Tämä tapahtuma tapahtui vuonna 1953, kun James Watson ja Francis Crick perustuivat Rosalind Franklinin ja Maurice Wilkinsin työhön. Röntgendiffraktioanalyysi DNA loi DNA-molekyylin kaksijuosteisen rakenteen. Tämä löytö teki mahdolliseksi vastata peruskysymykseen perinnöllisen tiedon kantajan kyvystä lisääntyä itse ja ymmärtää tällaisen tiedon välitysmekanismia. Samat tutkijat muotoilivat typpipitoisten emästen komplementaarisuuden periaatteen, joka on avainasemassa supramolekyylisten rakenteiden muodostumismekanismin ymmärtämisessä. Tämä periaate, jota käytetään nyt kuvaamaan kaikkia molekyylikomplekseja, mahdollistaa olosuhteiden kuvaamisen ja ennustamisen heikkojen (ei-valenttien) molekyylien välisten vuorovaikutusten syntymiselle, jotka määräävät sekundääristen, tertiääristen jne. makromolekyylien rakenteet, supramolekulaaristen biologisten järjestelmien itsensä kokoaminen, jotka määräävät niin laajan valikoiman molekyylirakenteita ja niiden toiminnallisia sarjoja. Sitten vuonna 1953 ilmestyi tieteellinen aikakauslehti Journal of Molecular Biology. Sitä johti John Kendrew, jonka tieteellisesti kiinnostava alue oli palloisten proteiinien rakenteen tutkimus (Nobel-palkinto vuonna 1962, yhdessä Max Perutzin kanssa). V. A. Engelhardt perusti Neuvostoliitossa samanlaisen venäjänkielisen lehden nimeltä Molecular Biology vuonna 1966.

Vuonna 1958 Francis Crick muotoili ns. molekyylibiologian keskeinen dogma: ajatus geneettisen tiedon virtauksen peruuttamattomuudesta DNA:sta RNA:n kautta proteiineihin kaavion mukaisesti DNA → DNA (replikaatio, DNA:n kopion luominen), DNA → RNA (transkriptio, geenien kopiointi), RNA → proteiini (translaatio, rakenneproteiineja koskevien tietojen dekoodaus). Tätä dogmaa korjattiin jonkin verran vuonna 1970 ottaen huomioon kertynyt tieto, koska käänteistranskription ilmiön löysivät itsenäisesti Howard Temin ja David Baltimore: löydettiin entsyymi - käänteiskopioija, joka vastaa käänteisen transkription toteuttamisesta - kaksijuosteisen DNA:n muodostuminen yksijuosteiselle RNA-templaatille, jota esiintyy onkogeenisissä viruksissa. On huomattava, että geneettisen tiedon tiukka välttämättömyys nukleiinihapoista proteiineihin on edelleen molekyylibiologian perusta.

Vuonna 1957 Alexander Sergeevich Spirin yhdessä Andrei Nikolajevitš Belozerskyn kanssa osoitti, että huolimatta merkittävistä eroista DNA:n nukleotidikoostumuksessa erilaisia organismeja, kokonais-RNA:n koostumus on samanlainen. Näiden tietojen perusteella he tulivat sensaatiomaiseen johtopäätökseen, että solun kokonais-RNA ei voi toimia geneettisen tiedon kantajana DNA:sta proteiineihin, koska se ei vastaa sitä koostumukseltaan. Samalla he huomasivat, että RNA:ta on pieni osa, joka vastaa nukleotidikoostumukseltaan täysin DNA:ta ja joka voi olla todellinen geneettisen tiedon kantaja DNA:sta proteiineihin. Tämän seurauksena he ennustivat suhteellisen pienten RNA-molekyylien olemassaolon, jotka ovat rakenteeltaan analogisia yksittäisten DNA-osien kanssa ja toimivat välittäjinä DNA:n sisältämän geneettisen tiedon siirtämisessä ribosomiin, jossa proteiinimolekyylejä syntetisoidaan tämän tiedon avulla. Vuonna 1961 (S. Brenner, F. Jacob, M. Meselson toisaalta ja F. Gros, Francois Jacob ja Jacques Monod olivat ensimmäiset, jotka vahvistivat kokeellisesti tällaisten molekyylien – informaatio- (matriisi) RNA:n – olemassaolon. he kehittivät DNA:n funktionaalisten yksiköiden - operonin - käsitteen ja mallin, jonka avulla pystyttiin selittämään tarkasti, kuinka geenien ilmentymisen säätely prokaryooteissa tapahtuu Proteiinien biosynteesin mekanismien ja rakenteellisen organisaation periaatteiden ja molekyylikoneiden - ribosomien - toiminta mahdollisti geneettisen tiedon liikkumista kuvaavan postulaatin, jota kutsutaan molekyylibiologian keskeiseksi dogmaksi: DNA - mRNA on proteiini.

Vuonna 1961 ja muutaman seuraavan vuoden aikana Heinrich Mattei ja Marshall Nirenberg sekä sitten Har Korana ja Robert Holly tekivät useita tutkimuksia geneettisen koodin tulkitsemiseksi, minkä seurauksena DNA-rakenteen ja syntetisoitujen proteiinien välille muodostui suora yhteys. ja nukleotidisekvenssi, joka määrittää proteiinin aminohappojoukon. Saatiin myös tietoa geneettisen koodin universaalisuudesta. Löydöt oli merkitty Nobel palkinto 1968.

Nykyaikaisten ideoiden kehittämiseksi RNA:n toiminnoista, ei-koodaavan RNA:n löytäminen, joka tehtiin Alexander Sergeevich Spirinin ja Andrei Nikolaevich Belozerskyn vuonna 1958, Charles Brennerin kanssa kirjoittajien ja Saulin työn tulosten perusteella. Spiegelman vuonna 1961, oli ratkaiseva. Tämän tyyppinen RNA muodostaa suurimman osan solujen RNA:sta. Ribosomaaliset RNA:t ovat pääasiassa ei-koodaavia.

Eläinsolujen viljely- ja hybridisointimenetelmät ovat saaneet vakavaa kehitystä. Vuonna 1963 François Jacob ja Sydney Brenner muotoilivat ajatuksen replikonista, luontaisesti replikoituvien geenien sekvenssistä, joka selittää geenien replikaation säätelyn tärkeitä näkökohtia.

Vuonna 1967 A. S. Spirinin laboratoriossa osoitettiin ensimmäistä kertaa, että kompaktisti laskostuneen RNA:n muoto määrittää ribosomaalisen partikkelin morfologian.

Vuonna 1968 tehtiin merkittävä perustavanlaatuinen löytö. Okazaki, löydettyään jäljessä olevan juosteen DNA-fragmentteja replikaatioprosessin tutkimuksessa, nimesi Okazaki-fragmentit hänen mukaansa, selvensi DNA:n replikaation mekanismia.

Vuonna 1970 Howard Temin ja David Baltimore tekivät itsenäisesti merkittävän löydön: löydettiin entsyymi - käänteiskopioijaentsyymi, joka vastaa käänteistranskription toteuttamisesta - kaksijuosteisen DNA:n muodostuminen yksijuosteiselle RNA-templaatille, joka tapahtuu onkogeeniset virukset, jotka sisältävät RNA:ta.

Toinen tärkeä molekyylibiologian saavutus oli mutaatioiden mekanismin selittäminen molekyylitasolla. Tutkimussarjan tuloksena määritettiin mutaatioiden päätyypit: duplikaatiot, inversiot, deleetiot, translokaatiot ja transpositiot. Tämä mahdollisti evoluutiomuutosten tarkastelun geeniprosessien näkökulmasta ja mahdollisti fylogeniassa käytettävän molekyylikellojen teorian kehittämisen.

1970-luvun alkuun mennessä oli muotoiltu nukleiinihappojen ja proteiinien toiminnan perusperiaatteet elävässä organismissa. Todettiin, että proteiinit ja nukleiinihapot kehossa syntetisoituvat matriisimekanismin mukaisesti, matriisimolekyyli kuljettaa salattua tietoa aminohappojen (proteiinissa) tai nukleotidien (nukleiinihapossa) sekvenssistä. Replikaation (DNA:n kaksinkertaistuminen) tai transkription (mRNA:n synteesi) aikana DNA toimii sellaisena templaattina, translaation (proteiinisynteesi) tai käänteistranskription aikana - mRNA.

Siten luotiin teoreettiset edellytykset molekyylibiologian soveltavien alojen, erityisesti geenitekniikan, kehittämiselle. Vuonna 1972 Paul Berg, Herbert Bauer ja Stanley Cohen kehittivät molekyylikloonausteknologiaa. Sitten he olivat ensimmäiset, jotka saivat rekombinantti-DNA:n in vitro. Nämä erinomaiset kokeet loivat perustan geenitekniikalle, ja tätä vuotta pidetään tämän tieteellisen suunnan syntymäpäivänä.

Vuonna 1977 Frederick Sanger ja itsenäisesti Allan Maxum ja Walter Gilbert kehittivät erilaisia menetelmiä DNA:n primäärirakenteen (sekvensoinnin) määrittäminen. Sanger-menetelmä, ns. ketjun lopetusmenetelmä, on nykyaikaisen sekvensointimenetelmän perusta. Sekvensoinnin periaate perustuu leimattujen emästen käyttöön, jotka toimivat terminaattoreina syklisessä sekvensointireaktiossa. Tästä menetelmästä on tullut laajalle levinnyt, koska analyysi on nopeaa.

1976 - Frederick. Sanger selvitti 5375 nukleotidiparin pituisen faagin φΧ174 DNA:n nukleotidisekvenssin.

1981 - Sirppisoluanemiasta tulee ensimmäinen geneettinen sairaus, joka diagnosoidaan DNA-testauksella.

1982-1983 RNA:n katalyyttisen toiminnan löytö T. Checkin ja S. Altmanin amerikkalaisissa laboratorioissa muutti olemassa olevia käsityksiä proteiinien yksinomaisesta roolista. Analogisesti katalyyttisten proteiinien - entsyymien kanssa, katalyyttisiä RNA:ita kutsuttiin ribotsyymeiksi.

1987 Keri Mullez löysi polymeraasiketjureaktion, jonka ansiosta on mahdollista lisätä keinotekoisesti merkittävästi DNA-molekyylien määrää liuoksessa jatkotyötä varten. Nykyään se on yksi tärkeimmistä molekyylibiologian menetelmistä, joita käytetään perinnöllisten ja virussairauksien tutkimuksessa, geenien tutkimuksessa sekä geneettisessä tunnistamisessa ja sukulaisuussuhteessa jne.

Vuonna 1990 samaan aikaan kolme tutkijaryhmää julkaisi menetelmän, jonka avulla saatiin nopeasti synteettisiä toiminnallisesti aktiivisia RNA:ita laboratoriossa (keinotekoisia ribotsyymejä tai molekyylejä, jotka ovat vuorovaikutuksessa eri ligandien - aptameerien kanssa). Tätä menetelmää kutsutaan "evoluutioksi in vitro". Ja pian sen jälkeen, vuosina 1991-1993 A.B.:n laboratoriossa. Chetverinalle osoitettiin kokeellisesti mahdollisuus RNA-molekyylien olemassaoloon, kasvuun ja monistumiseen pesäkkeiden muodossa kiinteällä alustalla.

Vuonna 1998, lähes samanaikaisesti, Craig Mello ja Andrew Fire kuvasivat mekanismia, joka havaittiin aiemmin bakteereiden ja kukkien geenikokeissa. RNA:n häiriö, jossa pieni kaksijuosteinen RNA-molekyyli johtaa spesifiseen geeniekspression suppressioon.

RNA-interferenssimekanismin löytämisellä on suuri käytännön merkitys nykyaikaiselle molekyylibiologialle. Tätä ilmiötä käytetään laajalti tieteellisissä kokeissa välineenä "sammutukseen", toisin sanoen yksittäisten geenien ilmentymisen tukahduttamiseen. Erityisen kiinnostavaa on se, että tämä menetelmä mahdollistaa tutkittujen geenien aktiivisuuden palautuvan (tilapäisen) tukahdutuksen. Tämän ilmiön soveltamiseksi virusperäisten, neoplastisten, rappeuttavien ja aineenvaihduntasairauksien hoitoon on meneillään tutkimus. On huomattava, että vuonna 2002 löydettiin poliovirusten mutantteja, jotka voivat välttää RNA:n häiriön, joten tarvitaan lisää vaivalloista työtä todellisen tehokkaita menetelmiä tähän ilmiöön perustuva hoito.

Vuosina 1999-2001 useat tutkijaryhmät määrittelivät bakteeriribosomin rakenteen 5,5 - 2,4 angströmin resoluutiolla.

Tuote

Molekyylibiologian saavutuksia elävän luonnon tuntemisessa voidaan tuskin yliarvioida. Menestystä on saavutettu onnistuneen tutkimuskonseptin ansiosta: monimutkaisia biologisia prosesseja tarkastellaan yksittäisten molekyylijärjestelmien näkökulmasta, mikä mahdollistaa tarkkojen fysikaalis-kemiallisten tutkimusmenetelmien soveltamisen. Se houkutteli tälle tieteenalalle myös monia suuria mieliä läheisiltä alueilta: kemiasta, fysiikasta, sytologiasta, virologiasta, millä oli myös myönteinen vaikutus tämän alan tieteellisen tiedon laajuuteen ja kehitysnopeuteen. Sellaiset merkittävät löydöt kuin DNA:n rakenteen määrittäminen, geneettisen koodin purkaminen ja genomin keinotekoinen suunnattu muuntelu mahdollistivat organismien kehitysprosessien erityispiirteiden ymmärtämisen ja onnistuneesti ratkaisemaan lukuisia tärkeitä perus- ja sovelletut tieteelliset, lääketieteelliset ja sosiaaliset ongelmat, joita ei niin kauan sitten pidetty ratkaisemattomina.

Molekyylibiologian tutkimuskohteena ovat pääasiassa proteiinit, nukleiinihapot ja niihin perustuvat molekyylikompleksit (molekyylikoneet) ja prosesseja, joihin ne osallistuvat.

Nukleiinihapot ovat lineaarisia polymeerejä, jotka koostuvat nukleotidiyksiköistä (viisijäsenisen sokerin yhdisteistä, joissa on fosfaattiryhmä syklin viidennessä atomissa ja yksi neljästä typpipitoisesta emäksestä), jotka on yhdistetty toisiinsa fosfaattiryhmien esterisidoksella. Siten nukleiinihappo on pentoosifosfaattipolymeeri, jossa on typpipitoisia emäksiä sivusubstituentteina. Kemiallinen koostumus RNA-ketju eroaa DNA:sta siinä, että ensimmäinen koostuu viisijäsenisestä riboosin hiilihydraattisyklistä, kun taas toinen koostuu dehydroksyloidusta riboosijohdannaisesta - deoksiriboosista. Samaan aikaan nämä molekyylit eroavat dramaattisesti avaruudessa, koska RNA on joustava yksijuosteinen molekyyli, kun taas DNA on kaksijuosteinen molekyyli.

Proteiinit ovat lineaarisia polymeerejä, jotka ovat alfa-aminohappoketjuja, jotka on yhdistetty toisiinsa peptidisidoksella, mistä johtuu niiden toinen nimi - polypeptidit. Luonnollisten proteiinien koostumus sisältää monia erilaisia aminohappoyksiköitä - ihmisillä jopa 20 -, mikä määrää näiden molekyylien laajan valikoiman toiminnallisia ominaisuuksia. Nämä tai nuo proteiinit osallistuvat lähes kaikkiin kehon prosesseihin ja suorittavat monia tehtäviä: ne toimivat solujen rakennusmateriaalina, kuljettavat aineita ja ioneja, katalysoivat kemialliset reaktiot, tämä lista on erittäin pitkä. Proteiinit muodostavat stabiileja molekyylikonformaatioita eri organisaatiotasoilla (sekundaariset ja tertiääriset rakenteet) ja molekyylikomplekseja, mikä entisestään laajentaa niiden toiminnallisuutta. Näillä molekyyleillä voi olla korkea spesifisyys tiettyjen tehtävien suorittamiseen monimutkaisen spatiaalisen pallomaisen rakenteen muodostumisen vuoksi. Laaja valikoima proteiineja varmistaa tutkijoiden jatkuvan kiinnostuksen tällaisia molekyylejä kohtaan.

Nykyaikaiset ajatukset molekyylibiologian aiheesta perustuvat yleistykseen, jonka Francis Crick esitti ensimmäisen kerran vuonna 1958 molekyylibiologian keskeisenä dogmana. Sen ydin oli väite, että geneettinen informaatio elävissä organismeissa käy läpi tiukasti määritellyt toteutusvaiheet: kopiointi DNA:sta DNA:han perinnön sisäänkäynnissä, DNA:sta RNA:han ja sitten RNA:sta proteiiniin, ja käänteinen siirtyminen ei ole mahdollista. Tämä väite piti paikkansa vain osittain, joten myöhemmin keskeinen dogma korjattiin ottaen huomioon äskettäin löydetyt tiedot.

Tällä hetkellä on olemassa useita tapoja toteuttaa geneettistä materiaalia, jotka edustavat erilaisia sekvenssejä geneettisen tiedon kolmen tyyppisen olemassaolon toteuttamiseksi: DNA, RNA ja proteiini. Yhdeksässä mahdollisessa toteutustavassa erotetaan kolme ryhmää: nämä ovat kolme yleistä muutosta (yleistä), jotka suoritetaan normaalisti useimmissa elävissä organismeissa; kolme erityistä transformaatiota (erityinen), jotka suoritetaan joissakin viruksissa tai erityisissä laboratorio-olosuhteissa; kolme tuntematonta muunnosa (tuntematon), joiden toteuttamista pidetään mahdottomaksi.

Yleisiä muunnoksia ovat seuraavat tavat toteuttaa geneettinen koodi: DNA → DNA (replikaatio), DNA → RNA (transkriptio), RNA → proteiini (translaatio).

Perinnöllisten ominaisuuksien siirtämiseksi vanhempien on siirrettävä täysimittainen DNA-molekyyli jälkeläisilleen. Prosessia, jolla alkuperäisen DNA:n tarkka kopio voidaan syntetisoida ja siten siirtää geneettistä materiaalia, kutsutaan replikaatioksi. Sen suorittavat erityiset proteiinit, jotka purkavat molekyylin (oikaisevat sen osan), purkavat kaksoiskierteen ja luovat DNA-polymeraasin avulla tarkan kopion alkuperäisestä DNA-molekyylistä.

Solun elämän varmistamiseksi sen on jatkuvasti viitattava DNA:n kaksoiskierteeseen upotettuun geneettiseen koodiin. Tämä molekyyli on kuitenkin liian suuri ja kömpelö käytettäväksi suorana geneettisen materiaalin lähteenä jatkuvaan proteiinisynteesiin. Siksi DNA:han upotetun tiedon toteutuksessa on välivaihe: mRNA:n synteesi, joka on pieni yksijuosteinen molekyyli, joka on komplementaarinen tiettyä proteiinia koodaavalle DNA-segmentille. Transkriptioprosessi saadaan aikaan RNA-polymeraasin ja transkriptiotekijöiden avulla. Tuloksena oleva molekyyli voidaan sitten helposti kuljettaa proteiinisynteesistä vastaavaan solun osaan - ribosomiin.

Kun RNA on saapunut ribosomiin, alkaa geneettisen tiedon toteutumisen viimeinen vaihe. Tässä tapauksessa ribosomi lukee geneettisen koodin mRNA:sta kodoneiksi kutsuttuina tripletteinä ja syntetisoi vastaavan proteiinin vastaanotetun tiedon perusteella.

Erityisten transformaatioiden aikana geneettinen koodi toteutuu kaavion mukaisesti RNA → RNA (replikaatio), RNA → DNA (käänteistranskriptio), DNA → proteiini (suora translaatio). Tämän tyyppinen replikaatio toteutuu monissa viruksissa, joissa sen suorittaa RNA-riippuvainen RNA-polymeraasientsyymi. Samanlaisia entsyymejä löytyy myös eukaryoottisoluista, joissa ne liittyvät RNA:n hiljennysprosessiin. Käänteistranskriptiota on löydetty retroviruksista, joissa sen suorittaa käänteiskopioijaentsyymi, ja joissakin tapauksissa eukaryoottisoluissa, esimerkiksi telomeerisynteesin aikana. Suora lähetys tapahtuu vain keinotekoisissa olosuhteissa eristetyssä järjestelmässä solun ulkopuolella.

Mitä tahansa kolmesta mahdollisesta geneettisen tiedon siirtymisestä proteiinista proteiiniin, RNA:han tai DNA:han pidetään mahdottomana. Tapaus prionien vaikutuksesta proteiineihin, jonka seurauksena samanlainen prioni muodostuu, voidaan ehdollisesti katsoa geneettisen informaation proteiinin → proteiinin toteutustyypeiksi. Muodollisesti se ei kuitenkaan ole sellainen, koska se ei vaikuta proteiinin aminohapposekvenssiin.

Käsitteen "keskusdogma" syntyhistoria on utelias. Koska sana dogma tarkoittaa yleensä lausuntoa, jota ei voi epäillä, ja sanalla itsessään on selkeä uskonnollinen konnotaatio, sen valitseminen tieteellisen tosiasian kuvaukseksi ei ole täysin oikeutettua. Francis Crickin itsensä mukaan se oli hänen virheensä. Hän halusi antaa esitetylle teorialle enemmän merkitystä, erottaa sen muiden teorioiden ja hypoteesien taustasta; miksi hän päätti käyttää tätä majesteettista, hänen mielestään sanaa ymmärtämättä sen todellista merkitystä. Nimi jäi kuitenkin kiinni.

Molekyylibiologia tänään

Molekyylibiologian nopea kehitys, yhteiskunnan jatkuva kiinnostus alan saavutuksiin ja tutkimuksen objektiivinen merkitys ovat johtaneet syntymiseen. suuri numero tärkeimmät molekyylibiologian tutkimuskeskukset ympäri maailmaa. Suurimmista mainittakoon seuraavat: molekyylibiologian laboratorio Cambridgessa, Royal Institute Lontoossa - Iso-Britanniassa; molekyylibiologian instituutit Pariisissa, Marseillessa ja Strasbourgissa, Pasteur-instituutti - Ranskassa; molekyylibiologian laitokset Harvardin yliopistossa ja Massachusetts Institute of Technologyssa, Berkeleyn yliopistossa, Kalifornian teknologiainstituutissa, Rockefeller-yliopistossa, Bethesdan kansanterveysinstituutissa - Yhdysvalloissa; Max Planck -instituutit, Göttingenin ja Münchenin yliopistot, Berliinin molekyylibiologian keskusinstituutti, Jenan ja Hallen instituutit - Saksassa; Karolinska-instituutti Tukholmassa, Ruotsissa.

Venäjällä tämän alan johtavat keskukset ovat molekyylibiologian instituutti. Institute of Molecular Genetics RAS, Institute of Gene Biology RAS, Institute of Physicochemical Biology nimetty V.A. A. N. Belozersky Moskovan valtionyliopisto. M.V. Lomonosov Biokemian instituutti. A.N. Bach RAS ja Protein RAS -instituutti Pushchinossa.

Nykyään molekyylibiologien kiinnostusalue kattaa laajan kirjon tieteellisiä peruskysymyksiä. Kuten ennenkin, johtavassa roolissa on nukleiinihappojen rakenteen ja proteiinien biosynteesin tutkiminen, erilaisten solunsisäisten rakenteiden ja solupintojen rakenteen ja toimintojen tutkiminen. Tärkeitä tutkimusalueita ovat myös vastaanotto- ja signaalinsiirtomekanismien, yhdisteiden kuljetuksen molekyylimekanismit solun sisällä ja myös solusta ulkoiseen ympäristöön ja takaisin. Sovellettavan molekyylibiologian tieteellisen tutkimuksen pääsuuntauksista yksi tärkeimmistä on kasvainten syntymisen ja kehityksen ongelma. Myös erittäin tärkeä alue, jota molekyylibiologian - molekyyligenetiikan -osasto tutkii, on perinnöllisten sairauksien ja virustautien, kuten AIDSin, esiintymisen molekyyliperustan tutkiminen sekä niiden menetelmien kehittäminen. ehkäisy ja mahdollisesti geenitason hoito. Molekyylibiologien löydöt ja kehitys oikeuslääketieteessä ovat löytäneet laajan sovelluksen. Venäjän, Yhdysvaltojen ja Ison-Britannian tutkijat tekivät 80-luvulla todellisen vallankumouksen henkilötunnistuksen alalla "genomisen sormenjälkien" - DNA:n tunnistamisen jokapäiväisessä käytännössä - menetelmän kehittämisen ja käyttöönoton ansiosta. Tutkimus tällä alalla jatkuu tähän päivään asti. nykyaikaisia menetelmiä avulla voit tunnistaa henkilön yhden prosentin miljardisosan virhetodennäköisyydellä. Geneettisen passin hanketta kehitetään jo aktiivisesti, mikä odotetusti vähentää rikollisuuden määrää huomattavasti.

Metodologia

Nykyään molekyylibiologialla on laaja arsenaali menetelmiä edistyneimpien ja kaikkein edistyneimpien ratkaisemiseksi haastavia tehtäviä tiedemiesten edessä.

Yksi yleisimmistä menetelmistä molekyylibiologiassa on geelielektroforeesi, joka ratkaisee ongelman makromolekyylien seoksen erottamisesta koon tai varauksen mukaan. Melkein aina geelissä olevien makromolekyylien erottamisen jälkeen käytetään blottausta, menetelmää, jonka avulla voit siirtää makromolekyylejä geelistä (sorb) kalvon pinnalle niiden kanssa tehtävän jatkotyöskentelyn, erityisesti hybridisaation, helpottamiseksi. Hybridisaatio - hybridi-DNA:n muodostus kahdesta eri luonteeltaan nauhasta - menetelmä, jolla on tärkeä rooli perustutkimusta. Sitä käytetään määrittämään täydentäviä segmentit eri DNA:ssa (DNA erilaisia tyyppejä), sen avulla etsitään uusia geenejä, sen avulla löydettiin RNA-interferenssi ja sen periaate muodosti genomisen sormenjälkien perustan.

Tärkeä rooli molekyylibiologisen tutkimuksen nykyaikaisessa käytännössä on sekvensointimenetelmällä - nukleiinihappojen nukleotidien ja proteiinien aminohappojen sekvenssin määrittämisellä.

Nykyaikaista molekyylibiologiaa ei voida kuvitella ilman polymeraasiketjureaktiomenetelmää (PCR). Tämän menetelmän ansiosta tietyn DNA-sekvenssin kopioiden lukumäärää (monistusta) lisätään, jotta yhdestä molekyylistä saadaan riittävä määrä ainetta jatkotyöskentelyyn sen kanssa. Samanlainen tulos saavutetaan molekyylikloonaustekniikalla, jossa vaadittu nukleotidisekvenssi viedään bakteerien (elävien järjestelmien) DNA:han, minkä jälkeen bakteerien lisääntyminen johtaa haluttuun tulokseen. Tämä lähestymistapa on teknisesti paljon monimutkaisempi, mutta sen avulla voidaan samanaikaisesti saada tulos tutkitun nukleotidisekvenssin ilmentymisestä.

Ultrasentrifugointimenetelmiä käytetään laajalti myös molekyylibiologisessa tutkimuksessa (makromolekyylien erottamiseen suuria määriä), solut, organellit), elektroni- ja fluoresenssimikroskopiamenetelmät, spektrofotometriset menetelmät, röntgendiffraktioanalyysi, autoradiografia jne.

Teknologisen kehityksen ansiosta ja tieteellinen tutkimus kemian, fysiikan, biologian ja tietojenkäsittelytieteen alalla nykyaikaiset laitteet mahdollistavat yksittäisten geenien ja niiden prosessien eristämisen, tutkimisen ja muuttamisen.