Կենսաքիմիա և մոլեկուլային կենսաբանություն. որտեղ սովորել: Մոլեկուլային կենսաբանություն Մոլեկուլային կենսաբանները հետազոտության և կրթության ոլորտում
Մոլեկուլային կենսաբանություն
գիտություն, որն իր խնդիրն է դնում կյանքի երևույթների բնույթի իմացությունը՝ ուսումնասիրելով կենսաբանական առարկաները և համակարգերը մոլեկուլային մակարդակին մոտենալով և որոշ դեպքերում հասնելով այս սահմանին: Այս դեպքում վերջնական նպատակն է պարզաբանել, թե ինչպես և որքանով են կյանքի բնորոշ դրսևորումները, ինչպիսիք են ժառանգականությունը, սեփական տեսակի վերարտադրությունը, սպիտակուցի կենսասինթեզը, գրգռվածությունը, աճն ու զարգացումը, տեղեկատվության պահպանումն ու փոխանցումը, էներգիայի փոխակերպումները, շարժունակությունը, և այլն, պայմանավորված են կենսաբանորեն կարևոր նյութերի մոլեկուլների կառուցվածքով, հատկություններով և փոխազդեցությամբ, առաջին հերթին բարձր մոլեկուլային բիոպոլիմերների երկու հիմնական դասերի (տես Կենսապոլիմերներ) -
սպիտակուցներ և նուկլեինաթթուներ. M. b-ի տարբերակիչ առանձնահատկությունը. - կյանքի երևույթների ուսումնասիրություն անշունչ առարկաների կամ նրանց վրա, որոնք բնութագրվում են կյանքի առավել պարզունակ դրսևորումներով. Սրանք կենսաբանական գոյացություններ են բջջային մակարդակից և ներքևից. ենթաբջջային օրգանելներ, ինչպիսիք են մեկուսացված բջջային միջուկները, միտոքոնդրիումները, ռիբոսոմները, քրոմոսոմները, բջջային թաղանթները; հետագա - համակարգեր, որոնք կանգնած են կենդանի և անշունչ բնության սահմանին, վիրուսներ, ներառյալ բակտերիոֆագները և ավարտվում են մոլեկուլներով կրիտիկական բաղադրիչներկենդանի նյութ՝ նուկլեինաթթուներ (տես Նուկլեինաթթուներ) և սպիտակուցներ (տես Սպիտակուցներ)։
Մ. բ. - բնական գիտության նոր ոլորտ, որը սերտորեն կապված է վաղուց հաստատված հետազոտությունների ոլորտների հետ, որոնք ընդգրկված են կենսաքիմիայով (տես Կենսաքիմիա), կենսաֆիզիկայով (տես Կենսաֆիզիկա) և կենսաօրգանական քիմիայով (Տե՛ս Կենսօրգանական քիմիա): Այստեղ տարբերակումը հնարավոր է միայն կիրառվող մեթոդների և օգտագործվող մոտեցումների հիմնարար բնույթը հաշվի առնելու հիման վրա: Հիմքը, որի վրա զարգացել է Մ.-ն, դրվել են այնպիսի գիտություններով, ինչպիսիք են գենետիկան, կենսաքիմիան, տարրական պրոցեսների ֆիզիոլոգիան և այլն, ըստ նրա զարգացման ակունքների, Մ. բ. անքակտելիորեն կապված է մոլեկուլային գենետիկայի հետ (տես Մոլեկուլային գենետիկա) ,
որը շարունակում է կազմել M. banking-ի կարևոր մասը, թեև այն մեծ չափով արդեն ձևավորվել է ինքնուրույն կարգապահության։ Մ.-ի մեկուսացումը. կենսաքիմիայից թելադրված է հետևյալ նկատառումներով. Կենսաքիմիայի խնդիրները հիմնականում սահմանափակվում են որոշակի կենսաբանական գործառույթներում և գործընթացներում որոշակի քիմիական նյութերի մասնակցության պարզմամբ և դրանց փոխակերպումների բնույթի պարզաբանմամբ. առաջատար դերը պատկանում է ռեակտիվության և քիմիական կառուցվածքի հիմնական հատկանիշների մասին տեղեկատվությանը, որն արտահայտվում է սովորական քիմիական բանաձեւ. Այսպիսով, ըստ էության, ուշադրությունը կենտրոնացած է հիմնական վալենտի վրա ազդող փոխակերպումների վրա քիմիական կապեր. Մինչդեռ, ինչպես ընդգծել է Լ.Պոլինգը ,
Կենսաբանական համակարգերում և կենսագործունեության դրսևորումներում հիմնական նշանակությունը պետք է տրվի ոչ թե նույն մոլեկուլում գործող հիմնական-վալենտ կապերին, այլ միջմոլեկուլային փոխազդեցությունները որոշող տարբեր տեսակի կապերին (էլեկտրոստատիկ, վան դեր Վալս, ջրածնային կապ և այլն): . Կենսաքիմիական ուսումնասիրության վերջնական արդյունքը կարող է ներկայացվել քիմիական հավասարումների համակարգի տեսքով, որը սովորաբար ամբողջությամբ սպառվում է հարթության վրա դրանց ներկայացմամբ, այսինքն՝ երկու հարթություններում: M. b-ի տարբերակիչ առանձնահատկությունը. նրա եռաչափությունն է։ Մ–ի էությունը բ. M. Perutz-ը դա տեսնում է կենսաբանական ֆունկցիաները մոլեկուլային կառուցվածքով մեկնաբանելու մեջ: Կարող ենք ասել, որ եթե նախկինում կենսաբանական օբյեկտներն ուսումնասիրելիս անհրաժեշտ էր պատասխանել «ինչ», այսինքն՝ ինչ նյութեր կան, և «որտեղ» հարցին՝ որ հյուսվածքներում և օրգաններում, ապա Մ. բ. իր խնդիրն է դարձնում պատասխաններ ստանալ «ինչպես» հարցին՝ իմանալով մոլեկուլի ամբողջ կառուցվածքի դերի և մասնակցության էությունը, ինչպես նաև «ինչու» և «ինչի համար» հարցերին, պարզելով՝ մի կողմից՝ մոլեկուլի (կրկին՝ հիմնականում սպիտակուցների և նուկլեինաթթուների) հատկությունների և նրա կատարած գործառույթների միջև կապը, իսկ մյուս կողմից՝ նման անհատական գործառույթների դերը կենսագործունեության դրսևորումների ընդհանուր համալիրում։ Ատոմների և դրանց խմբավորումների փոխադարձ դասավորությունը մակրոմոլեկուլի ընդհանուր կառուցվածքում, նրանց տարածական հարաբերությունները ձեռք են բերում որոշիչ դեր։ Սա վերաբերում է ինչպես առանձին, առանձին բաղադրիչներին, այնպես էլ մոլեկուլի ընդհանուր կոնֆիգուրացիային որպես ամբողջություն: Հենց խիստ որոշված ծավալային կառուցվածքի առաջացման արդյունքում են բիոպոլիմերային մոլեկուլները ձեռք բերում այդ հատկությունները, որոնց շնորհիվ կարողանում են ծառայել որպես կենսաբանական ֆունկցիաների նյութական հիմք։ Կենդանիների ուսումնասիրության մոտեցման այս սկզբունքը Մ.բ.-ի ամենաբնորոշ, բնորոշ հատկանիշն է։ Պատմական անդրադարձ.Մոլեկուլային մակարդակում կենսաբանական խնդիրների ուսումնասիրության մեծ նշանակությունը կանխատեսել է Ի.Պ. Պավլովը ,
ով խոսեց կյանքի գիտության վերջին քայլի՝ կենդանի մոլեկուլի ֆիզիոլոգիայի մասին։ Հենց տերմինը «Մ. բ». առաջին անգամ օգտագործվել է անգլերենում։ գիտնականներ Վ.Աստբերին մոլեկուլային կառուցվածքի և ֆիզիկական և ֆիզիկական հարաբերությունների պարզաբանման հետ կապված հետազոտության մեջ կենսաբանական հատկություններֆիբրիլային (թելքավոր) սպիտակուցներ, ինչպիսիք են կոլագենը, արյան ֆիբրինը կամ կծկվող մկանային սպիտակուցները: Լայնորեն օգտագործեք «Մ. բ». պողպատ 1950-ականների սկզբից։ 20 րդ դար Մ.-ի առաջացումը. Որպես հասուն գիտություն ընդունված է հիշատակել 1953թ., երբ Ջ. Ուոթսոնը և Ֆ. Քրիքը Քեմբրիջում (Մեծ Բրիտանիա) հայտնաբերեցին դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի (ԴՆԹ) եռաչափ կառուցվածքը։ Սա հնարավորություն տվեց խոսել այն մասին, թե ինչպես են այս կառուցվածքի մանրամասները որոշում ԴՆԹ-ի կենսաբանական գործառույթները՝ որպես ժառանգական տեղեկատվության նյութական կրող։ Սկզբունքորեն, ԴՆԹ-ի այս դերը հայտնի դարձավ ավելի վաղ (1944 թ.)՝ ամերիկացի գենետիկ Օ. Թ. Էյվերիի և գործընկերների աշխատանքի արդյունքում (տես Մոլեկուլային գենետիկա), բայց հայտնի չէր, թե որքանով։ տրված գործառույթըկախված է ԴՆԹ-ի մոլեկուլային կառուցվածքից: Դա հնարավոր դարձավ միայն այն բանից հետո, երբ W. L. Bragg-ի, J. Bernal-ի և այլոց լաբորատորիաները մշակեցին ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության նոր սկզբունքներ, որոնք ապահովեցին այս մեթոդի օգտագործումը սպիտակուցային մակրոմոլեկուլների և նուկլեինաթթուների տարածական կառուցվածքի մանրամասն իմացության համար: Մոլեկուլային կազմակերպման մակարդակները. 1957 թվականին Ջ. Քենդրյուն ստեղծեց Myoglobin a-ի եռաչափ կառուցվածքը ,
և հետագա տարիներին դա արվել է Մ. Պերուցի կողմից հեմոգլոբին ա-ի հետ կապված: Ձևակերպվեցին գաղափարներ մակրոմոլեկուլների տարածական կազմակերպման տարբեր մակարդակների մասին։ Առաջնային կառուցվածքը ստացված պոլիմերային մոլեկուլի շղթայում առանձին միավորների (մոնոմերների) հաջորդականությունն է։ Սպիտակուցների համար մոնոմերները ամինաթթուներ են: ,
նուկլեինաթթուների համար - Նուկլեոտիդներ. Կենսապոլիմերի գծային, թելավոր մոլեկուլը, ջրածնային կապերի առաջացման հետևանքով, ունի որոշակի ձևով տարածության մեջ տեղավորվելու հատկություն, օրինակ՝ սպիտակուցների դեպքում, ինչպես ցույց է տվել Լ. Փոլինգը, այն կարող է տևել. պարույրի ձևը. Սա կոչվում է երկրորդական կառույց: Երրորդական կառուցվածքը կոչվում է այն դեպքում, երբ երկրորդական կառուցվածք ունեցող մոլեկուլն այս կամ այն կերպ ծալվում է՝ լրացնելով եռաչափ տարածությունը: Վերջապես, մոլեկուլները, որոնք ունեն եռաչափ կառուցվածք, կարող են փոխազդեցության մեջ մտնել՝ կանոնավոր կերպով տեղակայված միմյանց նկատմամբ տարածության մեջ և ձևավորելով այն, ինչը նշանակված է որպես չորրորդական կառուցվածք. դրա առանձին բաղադրիչները սովորաբար կոչվում են ենթամիավորներ: Մեծ մասը լավ օրինակԻնչպես է մոլեկուլային եռաչափ կառուցվածքը որոշում մոլեկուլի կենսաբանական գործառույթները, դա ԴՆԹ է: Այն ունի կրկնակի խխունջի կառուցվածք. երկու թել, որոնք վազում են միմյանց հակառակ ուղղությամբ (հակազուգահեռ) պտտվում են մեկը մյուսի շուրջ՝ ձևավորելով կրկնակի պարույր՝ հիմքերի փոխլրացնող դասավորությամբ, այսինքն այնպես, որ մի շղթայի որոշակի հիմքի դեմ կա։ միշտ այնպիսի հիմք է, որը լավագույն միջոցըապահովում է ջրածնային կապերի ձևավորում՝ ադեպինը (A) զույգ է կազմում թիմինի (T), գուանինը (G)՝ ցիտոզինի (C) հետ։ Այս կառույցը ստեղծում է օպտիմալ պայմաններԴՆԹ-ի կարևորագույն կենսաբանական գործառույթների համար՝ ժառանգական տեղեկատվության քանակական բազմապատկումը բջիջների բաժանման գործընթացում՝ պահպանելով գենետիկ տեղեկատվության այս հոսքի որակական անփոփոխությունը: Երբ բջիջը բաժանվում է, ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրի շղթաները, որոնք ծառայում են որպես կաղապար կամ կաղապար, արձակվում են, և դրանցից յուրաքանչյուրի վրա, ֆերմենտների ազդեցության տակ, սինթեզվում է լրացուցիչ նոր շղթա: Սրա արդյունքում ԴՆԹ-ի մեկ ծնող մոլեկուլից ստացվում են երկու լրիվ նույնական դուստր մոլեկուլներ (տես Բջջ, Միտոզ)։
Նմանապես, հեմոգլոբինի դեպքում պարզվեց, որ նրա կենսաբանական ֆունկցիան՝ թոքերի մեջ թթվածին հետադարձելիորեն կցելու և այնուհետև այն հյուսվածքներին տալու ունակությունը, սերտորեն կապված է հեմոգլոբինի եռաչափ կառուցվածքի առանձնահատկությունների և նրա փոփոխությունների հետ։ իր ֆիզիոլոգիական դերի իրականացման գործընթացը: O 2-ը կապելիս և տարանջատելիս տեղի են ունենում հեմոգլոբինի մոլեկուլի կոնֆորմացիայի տարածական փոփոխություններ, ինչը հանգեցնում է նրանում պարունակվող երկաթի ատոմների թթվածնի փոխհարաբերության փոփոխության: Հեմոգլոբինի մոլեկուլի չափի փոփոխություններ, որոնք նման են ծավալի փոփոխությանը կրծքավանդակըերբ շնչում է, թույլատրվում է հեմոգլոբինը անվանել «մոլեկուլային թոքեր»: Կենդանի առարկաների կարեւորագույն հատկանիշներից է կենսագործունեության բոլոր դրսեւորումները մանրակրկիտ կարգավորելու ունակությունը։ Մ.-ի խոշոր ներդրումը. Գիտական հայտնագործությունները պետք է համարել նոր, նախկինում անհայտ կարգավորող մեխանիզմի հայտնաբերում, որը կոչվում է ալոստերիկ էֆեկտ: Այն կայանում է ցածր մոլեկուլային քաշ ունեցող նյութերի ունակության մեջ՝ այսպես կոչված. լիգանդներ - փոփոխել մակրոմոլեկուլների, հիմնականում կատալիտիկ գործող սպիտակուցների՝ ֆերմենտների, հեմոգլոբինի, ընկալիչի սպիտակուցների հատուկ կենսաբանական գործառույթները, որոնք մասնակցում են կենսաբանական թաղանթների կառուցմանը (տես Կենսաբանական մեմբրաններ), սինապտիկ փոխանցման մեջ (տես Սինապսներ) և այլն։ Երեք կենսական հոսքեր.Մ–ի գաղափարների լույսի ներքո. կյանքի երևույթների ամբողջությունը կարելի է համարել երեք հոսքերի համակցման արդյունք՝ նյութի հոսք, որն իր արտահայտությունն է գտնում նյութափոխանակության, այսինքն՝ ձուլման և դիսիմիլացիայի երևույթներում. էներգիայի հոսքը, որը շարժիչ ուժ է կյանքի բոլոր դրսևորումների համար. և տեղեկատվության հոսքը, որը ներթափանցում է ոչ միայն յուրաքանչյուր օրգանիզմի զարգացման և գոյության գործընթացների ամբողջ բազմազանությունը, այլև հաջորդող սերունդների շարունակական շարքը: Կենսանյութերի մշակմամբ կենդանի աշխարհի վարդապետության մեջ ներմուծված տեղեկատվության հոսքի գաղափարն է, որ թողնում է իր հատուկ, եզակի հետքը դրա վրա: Մոլեկուլային կենսաբանության ամենակարեւոր ձեռքբերումները.Մ–ի ազդեցության արագությունը, ծավալն ու խորությունը։ Կենդանի բնության ուսումնասիրության հիմնարար խնդիրների ըմբռնման առաջընթացը ճիշտ համեմատվում է, օրինակ, ատոմային ֆիզիկայի զարգացման վրա քվանտային տեսության ազդեցության հետ։ Երկու էականորեն կապված պայմաններ որոշեցին այս հեղափոխական ազդեցությունը: Մի կողմից որոշիչ դեր խաղաց ամենապարզ պայմաններում կենսագործունեության կարևորագույն դրսևորումները ուսումնասիրելու հնարավորության բացահայտումը, մոտենալով քիմիական և ֆիզիկական փորձերի տեսակին։ Մյուս կողմից, այս հանգամանքի հետևանքով կենսաբանական խնդիրների մշակման գործում տեղի ունեցավ ճշգրիտ գիտությունների զգալի թվով ներկայացուցիչների՝ ֆիզիկոսների, քիմիկոսների, բյուրեղագետների, ապա մաթեմատիկոսների արագ ներգրավվածությունը։ Իրենց ամբողջության մեջ այս հանգամանքները որոշեցին M. b.-ի զարգացման անսովոր արագ տեմպերը, ընդամենը երկու տասնամյակում ձեռք բերված նրա հաջողությունների քանակն ու նշանակությունը։ Ահա այս ձեռքբերումների ամբողջական ցանկից հեռու. ԴՆԹ-ի, ՌՆԹ-ի բոլոր տեսակների և ռիբոսոմների կենսաբանական ֆունկցիայի կառուցվածքի և մեխանիզմի բացահայտում (տես Ռիբոսոմներ) ,
գենետիկ կոդի բացահայտում (տե՛ս գենետիկ կոդը) ;
հակադարձ տառադարձության հայտնաբերում (Տես տառադարձում) ,
այսինքն՝ ԴՆԹ սինթեզ ՌՆԹ կաղապարի վրա; շնչառական պիգմենտների գործունեության մեխանիզմների ուսումնասիրություն; եռաչափ կառուցվածքի հայտնաբերում և դրա ֆունկցիոնալ դերը ֆերմենտների գործողության մեջ (տես Ֆերմենտներ) ,
մատրիցային սինթեզի սկզբունքը և սպիտակուցի կենսասինթեզի մեխանիզմները. վիրուսների կառուցվածքի (տես Վիրուսներ) և դրանց վերարտադրման մեխանիզմների, հակամարմինների առաջնային և մասամբ տարածական կառուցվածքի բացահայտում. առանձին գեների մեկուսացում ,
քիմիական, ապա կենսաբանական (ֆերմենտային) գեների սինթեզ, ներառյալ մարդու, բջջից դուրս (in vitro); գեների փոխանցում մի օրգանիզմից մյուսին, ներառյալ մարդու բջիջները. աճող թվով առանձին սպիտակուցների, հիմնականում ֆերմենտների, ինչպես նաև նուկլեինաթթուների քիմիական կառուցվածքի արագ առաջընթաց վերծանումը. անընդհատ աճող բարդության որոշ կենսաբանական օբյեկտների «ինքնակազմակերպման» երևույթների հայտնաբերում` սկսած նուկլեինաթթվի մոլեկուլներից և անցնելով դեպի բազմաբաղադրիչ ֆերմենտներ, վիրուսներ, ռիբոսոմներ և այլն; կենսաբանական ֆունկցիաների և գործընթացների կարգավորման ալոստերիկ և այլ հիմնարար սկզբունքների պարզաբանում։ Նվազեցում և ինտեգրում. Մ. բ. Կենդանի առարկաների ուսումնասիրության այդ ուղղության վերջին փուլն է, որը նշանակվում է որպես «ռեդուկցիոնիզմ», այսինքն՝ կյանքի բարդ գործառույթները մոլեկուլային մակարդակում տեղի ունեցող երևույթների վերածելու ցանկություն, և, հետևաբար, մատչելի ֆիզիկայի և քիմիայի մեթոդներով ուսումնասիրելու համար: . Հասնել է Մ. բ. հաջողությունները վկայում են այս մոտեցման արդյունավետության մասին։ Միաժամանակ պետք է հաշվի առնել, որ բջջի, հյուսվածքի, օրգանի և ամբողջ օրգանիզմի բնական պայմաններում գործ ունենք աճող բարդության համակարգերի հետ։ Նման համակարգերը ձևավորվում են ավելի ցածր մակարդակի բաղադրիչներից՝ դրանց կանոնավոր ինտեգրման միջոցով ամբողջություններին, ձեռք բերելով կառուցվածքային և ֆունկցիոնալ կազմակերպություն և ունենալով նոր հատկություններ: Հետևաբար, քանի որ մոլեկուլային և հարակից մակարդակներում բացահայտման համար մատչելի օրինաչափությունների իմացությունը մանրամասն է, նախքան Մ. բ. խնդիր է առաջանում հասկանալու ինտեգրման մեխանիզմները որպես կյանքի երևույթների ուսումնասիրության հետագա զարգացման գիծ։ Այստեղ մեկնարկային կետը միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժերի ուսումնասիրությունն է` ջրածնային կապեր, վան դեր Վալս, էլեկտրաստատիկ ուժեր և այլն: Նրանց համակցությամբ և տարածական դասավորությամբ նրանք կազմում են այն, ինչը կարելի է անվանել «ինտեգրատիվ տեղեկատվություն»: Այն պետք է դիտարկել որպես արդեն նշված տեղեկատվական հոսքի հիմնական մասերից մեկը։ Մ.-ի տարածքում. Ինտեգրման օրինակներ կարող են լինել բարդ գոյացությունների ինքնահավաքման երևույթները դրանց բաղկացուցիչ մասերի խառնուրդից։ Սա ներառում է, օրինակ, բազմաբաղադրիչ սպիտակուցների ձևավորումն իրենց ենթամիավորներից, վիրուսների ձևավորում դրանց բաղկացուցիչ մասերից՝ սպիտակուցներից և նուկլեինաթթուներից, ռիբոսոմների սկզբնական կառուցվածքի վերականգնումը դրանց սպիտակուցի և նուկլեինային բաղադրիչների բաժանումից հետո և այլն: Այս երևույթների ուսումնասիրությունն ուղղակիորեն կապված է կենսապոլիմերների մոլեկուլների «ճանաչման» հիմնական երևույթների իմացության հետ: Խնդիրն այն է, որ պարզենք, թե ամինաթթուների ինչ համակցություններ՝ սպիտակուցային մոլեկուլներում կամ նուկլեոտիդներում, նուկլեինաթթուներում փոխազդում են միմյանց հետ առանձին մոլեկուլների միացման գործընթացներում խիստ հատուկ, կանխորոշված կազմի և կառուցվածքի բարդույթների ձևավորման հետ: Դրանք ներառում են իրենց ենթամիավորներից բարդ սպիտակուցների ձևավորման գործընթացները. հետագա, ընտրովի փոխազդեցությունը նուկլեինաթթվի մոլեկուլների, օրինակ, տրանսպորտի և մատրիցայի միջև (այս դեպքում գենետիկ կոդի հայտնաբերումը զգալիորեն ընդլայնել է մեր տեղեկատվությունը); վերջապես, սա բազմաթիվ տեսակի կառուցվածքների (օրինակ՝ ռիբոսոմներ, վիրուսներ, քրոմոսոմներ) ձևավորում է, որոնցում մասնակցում են և՛ սպիտակուցները, և՛ նուկլեինաթթուները։ Համապատասխան օրինաչափությունների բացահայտումը, այս փոխազդեցությունների հիմքում ընկած «լեզվի» իմացությունը մեկն է. կրիտիկական տարածքներ M. b., դեռ սպասում է իր զարգացմանը: Այս տարածքը համարվում է ամբողջ կենսոլորտի հիմնարար խնդիրների շարքը։ Մոլեկուլային կենսաբանության խնդիրներ.Նշված կարևոր խնդիրների հետ մեկտեղ Մ. («ճանաչման», ինքնահավաքման և ինտեգրման օրենքների իմացություն) մոտ ապագայի գիտական որոնման իրական ուղղությունը մեթոդների մշակումն է, որոնք թույլ են տալիս վերծանել կառուցվածքը, այնուհետև եռաչափ, տարածական կազմակերպումը բարձր մոլեկուլային. նուկլեինաթթուներ. Սա այժմ ձեռք է բերվել ԴՆԹ-ի եռաչափ կառուցվածքի (կրկնակի պարույր) ընդհանուր պլանի նկատմամբ, բայց առանց դրա առաջնային կառուցվածքի ճշգրիտ իմացության: Վերլուծական մեթոդների մշակման արագ առաջընթացը թույլ է տալիս վստահորեն ակնկալել այս նպատակների իրագործումը առաջիկա տարիներին: Այստեղ, իհարկե, հիմնական ներդրումը գալիս է հարակից գիտությունների, առաջին հերթին ֆիզիկայի և քիմիայի ներկայացուցիչներից: Բոլոր կարևորագույն մեթոդները, որոնց կիրառումն ապահովեց M. b.-ի առաջացումը և հաջողությունը, առաջարկվել և մշակվել են ֆիզիկոսների կողմից (ուլտրակենտրոնացում, ռենտգեն դիֆրակցիոն անալիզ, էլեկտրոնային մանրադիտակ, միջուկային մագնիսական ռեզոնանս և այլն)։ Գրեթե բոլոր նոր ֆիզիկական փորձարարական մոտեցումները (օրինակ՝ համակարգիչների, սինքրոտրոնի կամ բրեմսստրալունգի օգտագործումը, ճառագայթումը, լազերային տեխնոլոգիան և այլն) նոր հնարավորություններ են բացում M.b-ի խնդիրների խորը ուսումնասիրության համար։ Գործնական բնույթի կարևորագույն խնդիրների շարքում, որոնց պատասխանն ակնկալվում է Մ.բ.-ից, առաջին հերթին չարորակ աճի մոլեկուլային հիմքի խնդիրն է, այնուհետև՝ ժառանգական հիվանդությունների կանխարգելման և գուցե հաղթահարման ուղիները. մոլեկուլային հիվանդություններ» (տես Մոլեկուլային հիվանդություններ): Մեծ նշանակություն կունենա կենսաբանական կատալիզի մոլեկուլային հիմքի, այսինքն՝ ֆերմենտների գործողության պարզաբանումը։ Ամենակարևորների թվում ժամանակակից միտումներՄ. բ. պետք է ներառի հորմոնների գործողության մոլեկուլային մեխանիզմները վերծանելու ցանկությունը (տես Հորմոններ) ,
թունավոր և բուժիչ նյութեր, ինչպես նաև պարզել այնպիսի բջջային կառուցվածքների մոլեկուլային կառուցվածքի և գործունեության մանրամասները, ինչպիսիք են կենսաբանական թաղանթները, որոնք ներգրավված են նյութերի ներթափանցման և տեղափոխման գործընթացների կարգավորման մեջ: Ավելի հեռավոր նպատակներ M. b. - Նյարդային պրոցեսների բնույթի, հիշողության մեխանիզմների իմացություն (Տես Հիշողություն) և այլն։ Մ–ի կարևոր առաջացող բաժիններից մեկը. - այսպես կոչված: գենետիկական ճարտարագիտություն, որն իր խնդիրն է դնում կենդանի օրգանիզմների գենետիկական ապարատի (Գենոմի) նպատակաուղղված աշխատանքը՝ սկսած մանրէներից և ստորին (միաբջիջ) և վերջացրած մարդկանցով (վերջին դեպքում՝ հիմնականում արմատական բուժման նպատակով. ժառանգական հիվանդություններ (Տե՛ս. Ժառանգական հիվանդություններ) և գենետիկական արատների շտկում): Մարդկային գենետիկական հիմքում ավելի լայնածավալ միջամտությունները կարելի է քննարկել միայն քիչ թե շատ հեռավոր ապագայում, քանի որ այս դեպքում առաջանում են լուրջ խոչընդոտներ՝ և՛ տեխնիկական, և՛ հիմնարար: Ինչ վերաբերում է մանրէներին, բույսերին, և դա հնարավոր է, իսկ էջը՝ x. Կենդանիների համար նման հեռանկարները շատ հուսադրող են (օրինակ՝ մշակովի բույսերի տեսակների ձեռքբերում, որոնք ունեն օդից ազոտի ամրագրման ապարատ և պարարտանյութերի կարիք չունեն): Դրանք հիմնված են արդեն իսկ ձեռք բերված հաջողությունների վրա՝ գեների մեկուսացում և սինթեզ, գեների տեղափոխում մի օրգանիզմից մյուսը, զանգվածային բջիջների կուլտուրաների օգտագործումը որպես տնտեսական կամ բժշկական նշանակություն ունեցող նյութերի արտադրող: Մոլեկուլային կենսաբանության հետազոտությունների կազմակերպում:Մ–ի բուռն զարգացումը։ հանգեցրեց մեծ թվով մասնագիտացված հետազոտական կենտրոնների առաջացմանը։ Նրանց թիվն արագորեն աճում է։ Ամենամեծը՝ Մեծ Բրիտանիայում՝ Քեմբրիջի մոլեկուլային կենսաբանության լաբորատորիա, Լոնդոնի թագավորական ինստիտուտ; Ֆրանսիայում - մոլեկուլային կենսաբանության ինստիտուտներ Փարիզում, Մարսելում, Ստրասբուրգում, Պաստերի ինստիտուտը; ԱՄՆ-ում՝ դեպարտամենտներ M. b. Բոստոնի համալսարաններում և ինստիտուտներում (Հարվարդի համալսարան, Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտ), Սան Ֆրանցիսկոյում (Բերքլի), Լոս Անջելեսում (Կալիֆորնիայի տեխնոլոգիական ինստիտուտ), Նյու Յորքում (Ռոքֆելլերի համալսարան), Բեթեսդայի առողջապահական ինստիտուտներում և այլն; Գերմանիայում - Մաքս Պլանկի ինստիտուտներ, Գյոթինգենի և Մյունխենի համալսարաններ; Շվեդիայում, Ստոկհոլմի Կարոլինսկայի ինստիտուտը; ԳԴՀ-ում - Բեռլինի մոլեկուլային կենսաբանության կենտրոնական ինստիտուտ, Յենայի և Հալեի ինստիտուտները. Հունգարիայում - Կենսաբանական կենտրոն Սեգեդում: ՍՍՀՄ–ում առաջին մասնագիտացված ինստիտուտը կլիներ Մ. ստեղծվել է Մոսկվայում 1957 թվականին ԽՍՀՄ Գիտությունների ակադեմիայի համակարգում (տես.
);
այնուհետև ձևավորվեցին ԽՍՀՄ ԳԱ կենսաօրգանական քիմիայի ինստիտուտը Մոսկվայում, սպիտակուցների ինստիտուտը Պուշչինոյում, ատոմային էներգիայի ինստիտուտի կենսաբանական բաժինը (Մոսկվա) և Մ. բ. Նովոսիբիրսկի ԳԱ Սիբիրյան մասնաճյուղի ինստիտուտներում, Մոսկվայի պետական համալսարանի կենսաօրգանական քիմիայի միջգերատեսչական լաբորատորիայում, Կիևում Ուկրաինայի ԽՍՀ ԳԱ մոլեկուլային կենսաբանության և գենետիկայի սեկտորում (հետագայում՝ ինստիտուտ): ; նշանակալի աշխատանք M. b. անցկացվում է Լենինգրադի մակրոմոլեկուլային միացությունների ինստիտուտում, ՀԽՍՀ ԳԱ մի շարք բաժանմունքներում և լաբորատորիաներում և այլ բաժանմունքներում։ Առանձին գիտահետազոտական կենտրոնների հետ ի հայտ եկան ավելի լայն մասշտաբի կազմակերպություններ։ Արեւմտյան Եվրոպայում առաջացել է Մ–ի եվրոպական կազմակերպությունը։ (EMBO), որին մասնակցում է ավելի քան 10 երկիր։ ԽՍՀՄ-ում 1966 թվականին Մոլեկուլային կենսաբանության ինստիտուտում ստեղծվել է Մ. Բ.-ի գիտական խորհուրդ, որը գիտելիքի այս բնագավառի համակարգող և կազմակերպիչ կենտրոնն է։ Հրատարակել է մենագրությունների ընդարձակ շարք Մ.Բ.-ի կարևորագույն բաժինների վերաբերյալ, պարբերաբար կազմակերպվում են «ձմեռային դպրոցներ» Մ.Բ.-ի մասին, անցկացվում են գիտաժողովներ և սիմպոզիումներ։ արդիական հարցերՄ. բ. Հետագայում գիտական խորհուրդները Մ. ստեղծվել են ԽՍՀՄ բժշկական գիտությունների ակադեմիայում և հանրապետական բազմաթիվ գիտությունների ակադեմիաներում։ Molecular Biology ամսագիրը լույս է տեսնում 1966 թվականից (տարեկան 6 համար)։ Բավականին կարճաժամկետ ԽՍՀՄ–ում աճել է Մ–ի բնագավառի հետազոտողների զգալի խումբը. սրանք ավագ սերնդի գիտնականներ են, ովքեր մասնակիորեն փոխել են իրենց հետաքրքրությունները այլ ոլորտներից. մեծ մասամբ նրանք բազմաթիվ երիտասարդ հետազոտողներ են: Մ–ի ձևավորմանն ու զարգացմանը գործուն մասնակցություն բերած առաջատար գիտնականներից բ. ԽՍՀՄ-ում կարելի է անվանել Ա. Ա. Բաև, Ա. Ն. Բելոզերսկի, Ա. Բրաունշտեյն, Յու. Ա. Օվչիննիկով, Ա. Մ.-ի նոր ձեռքբերումները. և մոլեկուլային գենետիկան կխթանվի ԽՄԿԿ Կենտկոմի և ԽՍՀՄ Նախարարների խորհրդի (1974 թ. մայիս) «Մոլեկուլային կենսաբանության և մոլեկուլային գենետիկայի զարգացումն արագացնելու միջոցառումների և դրանց ձեռքբերումների կիրառման մասին» որոշմամբ. տնտեսություն»։ Լիտ.: Wagner R., Mitchell G., Genetics and metabolism, trans. անգլերենից, Մ., 1958; Szent-Gyorgy and A., Bioenergetics, trans. անգլերենից, Մ., 1960; Անֆինսեն Կ., Էվոլյուցիայի մոլեկուլային հիմք, տրանս. անգլերենից, Մ., 1962; Stanley W., Valens E., Viruses and the nature of life, trans. անգլերենից, Մ., 1963; Մոլեկուլային գենետիկա, տրանս. Հետ. Անգլերեն, մաս 1, Մ., 1964; Volkenstein M.V., Մոլեկուլները և կյանքը. Մոլեկուլային կենսաֆիզիկայի ներածություն, Մ., 1965; Գաուրովից Ֆ., Քիմիա և սպիտակուցների գործառույթներ, տրանս. անգլերենից, Մ., 1965; Bresler S. E., Introduction to molecular biology, 3rd ed., M. - L., 1973; Ինգրամ Վ., Մակրոմոլեկուլների կենսասինթեզ, տրանս. անգլերենից, Մ., 1966; Էնգելհարդ Վ. Ա., Մոլեկուլային կենսաբանություն, գրքում. Կենսաբանության զարգացումը ԽՍՀՄ-ում, Մ., 1967; Մոլեկուլային կենսաբանության ներածություն, տրանս. անգլերենից, Մ., 1967; Watson, J., Molecular Biology of the Gene, trans. անգլերենից, Մ., 1967; Finean J., Biological ultrastructures, trans. անգլերենից, Մ., 1970; Bendoll, J., Muscles, Molecules, and Movement, trans. անգլերենից, Մ., 1970; Իչաս Մ., Կենսաբանական ծածկագիր, թարգմ. անգլերենից, Մ., 1971; Վիրուսների մոլեկուլային կենսաբանություն, Մ., 1971; Սպիտակուցների կենսասինթեզի մոլեկուլային հիմքերը, Մ., 1971; Bernhard S., Structure and function of enzymes, trans. անգլերենից, Մ., 1971; Spirin A. S., Gavrilova L. P., Ribosome, 2nd ed., M., 1971; Ֆրենկել-Կոնրատ Հ., Վիրուսների քիմիա և կենսաբանություն, տրանս. անգլերենից, Մ., 1972; Smith C., Hanewalt F., Molecular Photobiology. Անակտիվացման և վերականգնման գործընթացներ, տրանս. անգլերենից, Մ., 1972; Հարիս Գ., Մարդու կենսաքիմիական գենետիկայի հիմունքները, տրանս. անգլերենից, Մ., 1973։ V. A. Engelhardt. Խորհրդային մեծ հանրագիտարան. - Մ.: Խորհրդային հանրագիտարան.
1969-1978
.
Կոմիկս «bio/mol/text» մրցույթի համար. Այսօր մոլեկուլային կենսաբան Test Tube-ը ձեզ կուղեկցի զարմանալի գիտության աշխարհում՝ մոլեկուլային կենսաբանություն: Կսկսենք պատմական էքսկուրսիայից՝ դրա զարգացման փուլերով, կնկարագրենք 1933 թվականից սկսած հիմնական հայտնագործություններն ու փորձերը։ Եվ մենք նաև հստակ նկարագրելու ենք մոլեկուլային կենսաբանության հիմնական մեթոդները, որոնք հնարավորություն են տվել մանիպուլյացիայի ենթարկել գեները, փոխել և մեկուսացնել դրանք։ Այս մեթոդների ի հայտ գալը ուժեղ խթան հանդիսացավ մոլեկուլային կենսաբանության զարգացման համար։ Եվ եկեք հիշենք նաև կենսատեխնոլոգիայի դերը և շոշափենք այս ոլորտում ամենահայտնի թեմաներից մեկը՝ գենոմի խմբագրումը CRISPR/Cas համակարգերի միջոցով:
Մրցույթի գլխավոր հովանավորն ու Skoltech անվանակարգի գործընկերն է.
Մրցույթի հովանավորը Diaem ընկերությունն է՝ կենսաբանական հետազոտությունների և արտադրության սարքավորումների, ռեակտիվների և ծախսվող նյութերի ամենամեծ մատակարարը։
Ընկերությունը հովանավորել է Հանդիսատեսի ընտրության մրցանակը:
Մրցույթի «Գիրք» հովանավոր՝ «Alpina non-fiction».
1. Ներածություն. Մոլեկուլային կենսաբանության էությունը
Այն ուսումնասիրում է օրգանիզմների կենսագործունեության հիմունքները մակրոմոլեկուլների մակարդակով։ Մոլեկուլային կենսաբանության նպատակն է հաստատել այդ մակրոմոլեկուլների դերը և գործելու մեխանիզմները՝ հիմնվելով դրանց կառուցվածքի և հատկությունների մասին գիտելիքների վրա:
Պատմականորեն մոլեկուլային կենսաբանությունը ձևավորվել է կենսաքիմիայի այն ոլորտների զարգացման ընթացքում, որոնք ուսումնասիրում են նուկլեինաթթուները և սպիտակուցները: Մինչ կենսաքիմիան նյութափոխանակության ուսումնասիրությունն է, քիմիական բաղադրությունըկենդանի բջիջները, օրգանիզմները և դրանցում իրականացվող քիմիական գործընթացները, մոլեկուլային կենսաբանությունը կենտրոնանում է գենետիկական տեղեկատվության փոխանցման, վերարտադրության և պահպանման մեխանիզմների ուսումնասիրության վրա։
Իսկ մոլեկուլային կենսաբանության ուսումնասիրության առարկան հենց նուկլեինաթթուներն են՝ դեզօքսիռիբոնուկլեին (ԴՆԹ), ռիբոնուկլեին (ՌՆԹ) և սպիտակուցները, ինչպես նաև դրանց մակրոմոլեկուլային համալիրները՝ քրոմոսոմները, ռիբոսոմները, բազմաֆերմենտային համակարգերը, որոնք ապահովում են սպիտակուցների և նուկլեինաթթուների կենսասինթեզը։ Մոլեկուլային կենսաբանությունը նույնպես սահմանակից է ուսումնասիրության առարկաներին և մասամբ համընկնում է մոլեկուլային գենետիկայի, վիրուսաբանության, կենսաքիմիայի և մի շարք այլ հարակից կենսաբանական գիտությունների հետ։
2. Պատմական էքսկուրսիա մոլեկուլային կենսաբանության զարգացման փուլերով
Որպես կենսաքիմիայի առանձին ոլորտ, մոլեկուլային կենսաբանությունը սկսեց զարգանալ անցյալ դարի 30-ական թվականներին: Անգամ այն ժամանակ անհրաժեշտություն առաջացավ հասկանալ կյանքի ֆենոմենը մոլեկուլային մակարդակում՝ ուսումնասիրելու համար գենետիկական տեղեկատվության փոխանցման և պահպանման գործընթացները։ Հենց այդ ժամանակ հաստատվեց մոլեկուլային կենսաբանության խնդիրը սպիտակուցների և նուկլեինաթթուների հատկությունների, կառուցվածքի և փոխազդեցության ուսումնասիրության մեջ:
«Մոլեկուլային կենսաբանություն» տերմինն առաջին անգամ օգտագործվել է 1933 տարի Ուիլյամ Ասթբերին ֆիբրիլյար սպիտակուցների (կոլագեն, արյան ֆիբրին, կծկվող մկանային սպիտակուցներ) ուսումնասիրության ժամանակ: Ասթբերին ուսումնասիրել է մոլեկուլային կառուցվածքի և այս սպիտակուցների կենսաբանական, ֆիզիկական բնութագրերի միջև կապը։ Մոլեկուլային կենսաբանության առաջացման սկզբում ՌՆԹ-ն համարվում էր միայն բույսերի և սնկերի բաղադրիչ, իսկ ԴՆԹ-ն՝ միայն կենդանիների։ Եվ մեջ 1935 Անդրեյ Բելոզերսկու կողմից սիսեռի ԴՆԹ-ի հայտնաբերումը հանգեցրեց այն փաստի հաստատմանը, որ ԴՆԹ-ն պարունակվում է յուրաքանչյուր կենդանի բջիջում:
IN 1940 Հսկայական ձեռքբերում էր Ջորջ Բիդլի և Էդվարդ Թաթեմի կողմից գեների և սպիտակուցների միջև պատճառահետևանքային կապի հաստատումը: Գիտնականների «Մեկ գեն՝ մեկ ֆերմենտ» վարկածը հիմք է հանդիսացել այն գաղափարի համար, որ սպիտակուցի հատուկ կառուցվածքը կարգավորվում է գեներով։ Ենթադրվում է, որ գենետիկական տեղեկատվությունը կոդավորված է ԴՆԹ-ում նուկլեոտիդների հատուկ հաջորդականությամբ, որը կարգավորում է սպիտակուցների առաջնային կառուցվածքը: Հետագայում ապացուցվեց, որ շատ սպիտակուցներ ունեն չորրորդական կառուցվածք։ Նման կառուցվածքների առաջացմանը մասնակցում են տարբեր պեպտիդային շղթաներ։ Ելնելով դրանից՝ գենի և ֆերմենտի փոխհարաբերությունների մասին դրույթը որոշակիորեն փոխակերպվել է, և այժմ այն հնչում է որպես «Մեկ գեն՝ մեկ պոլիպեպտիդ»։
IN 1944 1999 թվականին ամերիկացի կենսաբան Օսվալդ Էյվերին և նրա գործընկերները (Քոլին ՄաքԼեոդ և Մաքլին ՄաքՔարթի) ապացուցեցին, որ բակտերիաների փոխակերպման պատճառ հանդիսացող նյութը ԴՆԹ-ն է, այլ ոչ թե սպիտակուցը։ Փորձը ծառայեց որպես ժառանգական տեղեկատվության փոխանցման գործում ԴՆԹ-ի դերի ապացույց՝ գեների սպիտակուցային բնույթի մասին հնացած գիտելիքները հատելով:
1950-ականների սկզբին Ֆրեդերիկ Սանգերը ցույց տվեց, որ սպիտակուցային շղթան ամինաթթուների մնացորդների յուրահատուկ հաջորդականություն է։ IN 1951 Եվ 1952 տարիներ շարունակ գիտնականը որոշել է երկու պոլիպեպտիդային շղթաների ամբողջական հաջորդականությունը՝ տավարի ինսուլին IN(30 ամինաթթուների մնացորդներ) և Ա(21 ամինաթթուների մնացորդներ), համապատասխանաբար:
Մոտավորապես նույն ժամանակ, ներս 1951–1953 Էրվին Չարգաֆը ձևակերպեց ԴՆԹ-ում ազոտային հիմքերի հարաբերակցության կանոնները։ Ըստ կանոնի՝ անկախ կենդանի օրգանիզմների ԴՆԹ-ի տեսակային տարբերություններից՝ ադենինի (A) քանակությունը հավասար է թիմինի (T), իսկ գուանինի (G) քանակին՝ ցիտոզինի քանակին։ (C).
IN 1953 ապացուցեց ԴՆԹ-ի գենետիկ դերը: Ջեյմս Ուոթսոնը և Ֆրենսիս Քրիկը, հիմնվելով Ռոզալինդ Ֆրանկլինի և Մորիս Ուիլկինսի կողմից ստացված ԴՆԹ-ի ռենտգենյան ճառագայթների վրա, ստեղծեցին ԴՆԹ-ի տարածական կառուցվածքը և առաջ քաշեցին ավելի ուշ հաստատված ենթադրություն դրա կրկնապատկման մեխանիզմի (կրկնապատկման) մասին, որը հիմք է հանդիսանում ժառանգականության հիմքում:
1958 տարի - Ֆրենսիս Քրիքի կողմից մոլեկուլային կենսաբանության կենտրոնական դոգմայի ձևավորումը. գենետիկ տեղեկատվության փոխանցումը գնում է ԴՆԹ → ՌՆԹ → սպիտակուցի ուղղությամբ:
Դոգմայի էությունն այն է, որ բջիջներում առկա է ԴՆԹ-ից տեղեկատվության որոշակի ուղղորդված հոսք, որն, իր հերթին, բնօրինակ գենետիկ տեքստ է, որը բաղկացած է չորս տառերից՝ A, T, G և C: Այն գրված է ԴՆԹ-ում: կրկնակի խխունջ այս տառերի հաջորդականության տեսքով՝ նուկլեոտիդներ:
Այս տեքստը արտագրվում է: Եվ գործընթացը կոչվում է արտագրում. Այս գործընթացի ընթացքում սինթեզվում է ՌՆԹ, որը նույնական է գենետիկական տեքստին, բայց մի տարբերությամբ՝ ՌՆԹ-ում T-ի փոխարեն կա U (ուրացիլ)։
Այս ՌՆԹ-ն կոչվում է սուրհանդակ ՌՆԹ (mRNA), կամ մատրիցա (mRNA). Հեռարձակում mRNA-ն իրականացվում է՝ օգտագործելով գենետիկ կոդը՝ նուկլեոտիդների եռակի հաջորդականությունների տեսքով: Այս գործընթացի ընթացքում ԴՆԹ-ի և ՌՆԹ-ի նուկլեինաթթուների տեքստը չորս տառից բաղկացած տեքստից վերածվում է ամինաթթուների քսան տառանոց տեքստի:
Կան ընդամենը քսան բնական ամինաթթուներ, իսկ նուկլեինաթթուների տեքստում կա չորս տառ: Դրա պատճառով գենետիկ կոդի միջոցով չորս տառանոց այբուբենից թարգմանվում է քսանտառ, որտեղ յուրաքանչյուր երեք նուկլեոտիդը համապատասխանում է ամինաթթվի: Այսպիսով, դուք կարող եք չորս տառից կատարել 64 ամբողջական եռատառ համակցություն, ընդ որում, կա 20 ամինաթթու: Սրանից հետևում է, որ գենետիկ կոդը պետք է անպայման ունենա այլասերվածության հատկություն: Սակայն այն ժամանակ գենետիկ կոդը հայտնի չէր, բացի այդ, այն չէր էլ սկսել վերծանվել, բայց Քրիկն արդեն ձևակերպել էր իր կենտրոնական դոգման։
Այնուամենայնիվ, կար որոշակիություն, որ օրենսգիրքը պետք է գոյություն ունենա։ Այդ ժամանակ արդեն ապացուցված էր, որ այս կոդը ուներ եռակի նիշ։ Սա նշանակում է, որ հատկապես երեք տառ նուկլեինաթթուներում ( կոդոններ) համապատասխանում է ցանկացած ամինաթթվի: Այս կոդոնները 64-ն են, դրանք ծածկագրում են 20 ամինաթթուներ: Սա նշանակում է, որ յուրաքանչյուր ամինաթթու համապատասխանում է միանգամից մի քանի կոդոնների։
Այսպիսով, մենք կարող ենք եզրակացնել, որ կենտրոնական դոգման պոստուլատ է, որն ասում է, որ բջջում տեղի է ունենում տեղեկատվության ուղղորդված հոսք՝ ԴՆԹ → ՌՆԹ → սպիտակուց: Կրիկը շեշտեց կենտրոնական դոգմայի հիմնական բովանդակությունը. տեղեկատվության հակառակ հոսք չի կարող առաջանալ, սպիտակուցը ի վիճակի չէ փոխել գենետիկական տեղեկատվությունը:
Սա է կենտրոնական դոգմայի հիմնական իմաստը՝ սպիտակուցն ի վիճակի չէ փոխել և վերափոխել տեղեկատվությունը ԴՆԹ-ի (կամ ՌՆԹ-ի), հոսքը միշտ գնում է միայն մեկ ուղղությամբ։
Սրանից որոշ ժամանակ անց հայտնաբերվեց նոր ֆերմենտ, որը հայտնի չէր կենտրոնական դոգմայի ձևավորման ժամանակ. հակադարձ տրանսկրիպտազորը սինթեզում է ԴՆԹ-ն ՌՆԹ-ից: Ֆերմենտը հայտնաբերվել է վիրուսների մեջ, որոնցում գենետիկական տեղեկատվությունը կոդավորված է ոչ թե ԴՆԹ, այլ ՌՆԹ-ում: Նման վիրուսները կոչվում են ռետրովիրուսներ: Նրանք ունեն վիրուսային պարկուճ, որի մեջ ընդգրկված է ՌՆԹ և հատուկ ֆերմենտ։ Ֆերմենտը հակադարձ տրանսկրիպտազ է, որը սինթեզում է ԴՆԹ-ն՝ ըստ այս վիրուսային ՌՆԹ-ի ձևանմուշի, և այդ ԴՆԹ-ն այնուհետև ծառայում է որպես գենետիկ նյութ՝ բջջում վիրուսի հետագա զարգացման համար:
Իհարկե, այս հայտնագործությունը մեծ ցնցում և մեծ հակասություններ առաջացրեց մոլեկուլային կենսաբանների շրջանում, քանի որ ենթադրվում էր, որ կենտրոնական դոգմայի հիման վրա դա չի կարող լինել: Այնուամենայնիվ, Կրիկը անմիջապես բացատրեց, որ երբեք չի ասել, որ դա անհնար է: Նա միայն ասաց, որ երբեք չի կարող լինել տեղեկատվության հոսք սպիտակուցից դեպի նուկլեինաթթուներ, և արդեն նուկլեինաթթուների ներսում հնարավոր են ցանկացած գործընթաց՝ ԴՆԹ-ի սինթեզ, ԴՆԹ-ի վրա, ՌՆԹ-ի ԴՆԹ-ի և ՌՆԹ-ի վրա ՌՆԹ-ի վրա:
Կենտրոնական դոգմայի ձևակերպումից հետո մի շարք հարցեր դեռ մնացին՝ ինչպե՞ս է չորս նուկլեոտիդների այբուբենը, որոնք կազմում են ԴՆԹ-ն (կամ ՌՆԹ-ն) կոդավորում է սպիտակուցները կազմող ամինաթթուների 20 տառանոց այբուբենը: Ո՞րն է գենետիկ կոդի էությունը:
Գենետիկ կոդի գոյության մասին առաջին գաղափարները ձևակերպվել են Ալեքսանդր Դաունսի կողմից ( 1952 դ.) և Գեորգի Գամովը ( 1954 Գ.): Գիտնականները ցույց են տվել, որ նուկլեոտիդների հաջորդականությունը պետք է ներառի առնվազն երեք օղակ։ Հետագայում ապացուցվեց, որ նման հաջորդականությունը բաղկացած է երեք նուկլեոտիդներից, որոնք կոչվում են կոդոն (եռյակ) Այնուամենայնիվ, հարցը, թե որ նուկլեոտիդներն են պատասխանատու սպիտակուցի մոլեկուլի մեջ որ ամինաթթվի ընդգրկման համար, բաց մնաց մինչև 1961 թվականը:
Եվ մեջ 1961 Մարշալ Նիրենբերգը Հենրիխ Մատտեի հետ միասին օգտագործել է համակարգը հեռարձակման համար արհեստական պայմաններում. Որպես կաղապար օգտագործվել է օլիգոնուկլեոտիդ։ Այն պարունակում էր միայն ուրացիլի մնացորդներ, իսկ դրանից սինթեզված պեպտիդը ներառում էր միայն ամինաթթու ֆենիլալանինը։ Այսպիսով, առաջին անգամ հաստատվեց կոդոնի իմաստը. UUU կոդոնը կոդավորում է ֆենիլալանինը: Ավելի ուշ Հար Ղուրանը պարզեց, որ UCUCUCUCUCUC նուկլեոտիդային հաջորդականությունը կոդավորում է սերին-լեյցին-սերին-լեյցին ամինաթթուների մի շարք: Մեծ հաշվով, Նիրենբերգի և Ղուրանի գործերի շնորհիվ, դեպի 1965 տարի, գենետիկ կոդը ամբողջությամբ բացահայտվեց: Պարզվեց, որ յուրաքանչյուր եռյակ կոդավորում է կոնկրետ ամինաթթու։ Իսկ կոդոնների հերթականությունը որոշում է սպիտակուցի ամինաթթուների կարգը։
Սպիտակուցների և նուկլեինաթթուների գործունեության հիմնական սկզբունքները ձևակերպվել են 70-ականների սկզբին։ Պարզվել է, որ սպիտակուցների և նուկլեինաթթուների սինթեզն իրականացվում է մատրիցային մեխանիզմի համաձայն։ Կաղապարի մոլեկուլը կրում է կոդավորված տեղեկատվություն ամինաթթուների կամ նուկլեոտիդների հաջորդականության մասին։ Կրկնօրինակման կամ տրանսկրիպցիայի ժամանակ կաղապարը ԴՆԹ է, իսկ թարգմանության և հակադարձ տրանսկրիպցիայի ժամանակ՝ mRNA։
Այսպիսով, ստեղծվեցին մոլեկուլային կենսաբանության, այդ թվում՝ գենետիկական ինժեներիայի ոլորտների ձևավորման նախադրյալները։ Իսկ 1972 թվականին Փոլ Բերգը և նրա գործընկերները մշակեցին մոլեկուլային կլոնավորման տեխնոլոգիան։ Գիտնականները ստացել են առաջին ռեկոմբինանտ ԴՆԹ-ն արհեստական պայմաններում. Այս ակնառու հայտնագործությունները հիմք հանդիսացան մոլեկուլային կենսաբանության նոր ուղղության և 1972 Այդ ժամանակվանից տարին համարվում է գենետիկական ինժեներիայի ծննդյան ամսաթիվ:
3. Մոլեկուլային կենսաբանության մեթոդներ
Նուկլեինաթթուների, ԴՆԹ-ի կառուցվածքի և սպիտակուցների կենսասինթեզի ուսումնասիրության հսկայական առաջընթացը հանգեցրել է բժշկության մեջ մեծ նշանակություն ունեցող մի շարք մեթոդների ստեղծմանը, գյուղատնտեսությունև ընդհանրապես գիտությունը։
Գենետիկ կոդը և ժառանգական տեղեկատվության պահպանման, փոխանցման և ներդրման հիմնական սկզբունքները ուսումնասիրելուց հետո մոլեկուլային կենսաբանության հետագա զարգացման համար անհրաժեշտ են դարձել հատուկ մեթոդներ։ Այս մեթոդները թույլ կտան գեների մանիպուլյացիայի ենթարկել, փոփոխել և մեկուսացնել:
Նման մեթոդների ի հայտ գալը տեղի է ունեցել 1970-1980-ական թվականներին: Սա հսկայական խթան հաղորդեց մոլեկուլային կենսաբանության զարգացմանը: Այս մեթոդներն առաջին հերթին անմիջականորեն կապված են գեների արտադրության և այլ օրգանիզմների բջիջներ ներմուծելու, ինչպես նաև գեներում նուկլեոտիդային հաջորդականության որոշման հնարավորության հետ։
3.1. ԴՆԹ էլեկտրոֆորեզ
ԴՆԹ էլեկտրոֆորեզԴՆԹ-ի հետ աշխատելու հիմնական մեթոդն է: ԴՆԹ էլեկտրոֆորեզը օգտագործվում է գրեթե բոլոր այլ մեթոդների հետ մեկուսացնելու համար ցանկալի մոլեկուլները և հետագա վերլուծության արդյունքները: Գելային էլեկտրոֆորեզի մեթոդն ինքնին օգտագործվում է ԴՆԹ-ի բեկորները երկարությամբ առանձնացնելու համար:
Էլեկտրաֆորեզից առաջ կամ հետո գելը մշակվում է ներկանյութերով, որոնք կարող են կապվել ԴՆԹ-ի հետ: Ներկանյութերը լյումինեսթանում են ուլտրամանուշակագույն լույսի ներքո, ինչը հանգեցնում է գելի շերտերի ձևավորմանը: ԴՆԹ-ի բեկորների երկարությունը որոշելու համար դրանք կարելի է համեմատել մարկերներ- ստանդարտ երկարությունների բեկորների հավաքածուներ, որոնք կիրառվում են նույն գելի վրա:
Լյումինեսցենտ սպիտակուցներ
Էուկարիոտիկ օրգանիզմներն ուսումնասիրելիս հարմար է օգտագործել լյումինեսցենտային սպիտակուցները որպես մարկերային գեներ։ Առաջին կանաչ լյումինեսցենտ սպիտակուցի գենը ( կանաչ լյումինեսցենտ սպիտակուց, GFP) մեկուսացված մեդուզաներից Aqeuorea victoriaև այնուհետև ներմուծվել տարբեր օրգանիզմների մեջ: Դրանից հետո մեկուսացվել են այլ գույների լյումինեսցենտ սպիտակուցների գեներ՝ կապույտ, դեղին, կարմիր։ Հետաքրքիր հատկություններով սպիտակուցներ ստանալու համար նման գեները արհեստականորեն փոփոխվել են։
Ընդհանուր առմամբ, ԴՆԹ-ի մոլեկուլի հետ աշխատելու ամենակարևոր գործիքները ֆերմենտներն են, որոնք բջիջներում իրականացնում են մի շարք ԴՆԹ փոխակերպումներ. ԴՆԹ պոլիմերազ, ԴՆԹ լիգազներԵվ սահմանափակումներ (սահմանափակող էնդոնուկլեազներ).
տրանսգենեզ
տրանսգենեզԱյն կոչվում է գեների փոխանցում մի օրգանիզմից մյուսը։ Այդպիսի օրգանիզմները կոչվում են տրանսգենիկ.
Ռեկոմբինանտ սպիտակուցային պատրաստուկները պարզապես ստացվում են միկրոօրգանիզմների բջիջներ գեները փոխանցելու միջոցով: Այս սպիտակուցների մեծ մասն են ինտերֆերոններ, ինսուլին, որոշ սպիտակուցային հորմոններ, ինչպես նաև մի շարք պատվաստանյութերի արտադրության համար նախատեսված սպիտակուցներ։
Մյուս դեպքերում օգտագործվում են էուկարիոտների կամ տրանսգենային կենդանիների, հիմնականում անասունների բջիջների կուլտուրաները, որոնք անհրաժեշտ սպիտակուցներ են արտազատում կաթի մեջ։ Այս կերպ ստացվում են հակամարմիններ, արյան մակարդման գործոններ և այլ սպիտակուցներ։ Տրանսգենեզի մեթոդն օգտագործվում է վնասատուների և թունաքիմիկատների նկատմամբ կայուն մշակաբույսեր ստանալու համար, իսկ կեղտաջրերը մաքրվում են տրանսգեն միկրոօրգանիզմների օգնությամբ։
Բացի վերը նշված բոլորից, տրանսգենային տեխնոլոգիաները գիտական հետազոտություններում անփոխարինելի են, քանի որ կենսաբանության զարգացումն ավելի արագ է ընթանում գենային մոդիֆիկացիայի և փոխանցման մեթոդների կիրառմամբ:
Սահմանափակումներ
Սահմանափակող ֆերմենտների կողմից ճանաչված հաջորդականությունները սիմետրիկ են, ուստի ցանկացած տեսակի ընդմիջումներ կարող են առաջանալ կա՛մ նման հաջորդականության մեջտեղում, կա՛մ ԴՆԹ-ի մոլեկուլի մեկ կամ երկու շղթաների տեղաշարժով:
Ցանկացած ԴՆԹ սահմանափակող ֆերմենտով պառակտելիս բեկորների ծայրերի հաջորդականությունը նույնն է լինելու։ Նրանք կկարողանան նորից միանալ, քանի որ նրանք ունեն լրացուցիչ կայքեր:
Դուք կարող եք ստանալ մեկ մոլեկուլ՝ կարելով այս հաջորդականությունը՝ օգտագործելով ԴՆԹ լիգազներ. Դրա շնորհիվ հնարավոր է լինում միավորել երկու տարբեր ԴՆԹ-ի բեկորներ և ստանալ ռեկոմբինանտ ԴՆԹ։
3.2. ՊՇՌ
Մեթոդը հիմնված է ԴՆԹ-ի պոլիմերազների ունակության վրա՝ լրացնելու ԴՆԹ-ի երկրորդ շարանը կոմպլեմենտար շղթայի երկայնքով այնպես, ինչպես բջջում ԴՆԹ-ի վերարտադրության գործընթացում:
3.3. ԴՆԹ-ի հաջորդականություն
Հերթականացման մեթոդի արագ զարգացումը հնարավորություն է տալիս արդյունավետորեն որոշել ուսումնասիրվող օրգանիզմի բնութագրերը նրա գենոմի մակարդակով։ Նման գենոմային և հետգենոմային տեխնոլոգիաների հիմնական առավելությունը հետազոտության և ուսումնասիրության հնարավորությունների մեծացումն է։ գենետիկ բնույթմարդու հիվանդությունները, որպեսզի նախապես վերցնել անհրաժեշտ միջոցներև խուսափել հիվանդությունից:
Լայնածավալ հետազոտությունների միջոցով հնարավոր է ստանալ անհրաժեշտ տվյալներ մարդկանց տարբեր խմբերի գենետիկական բնութագրերի վերաբերյալ՝ դրանով իսկ զարգացնելով բժշկության մեթոդները։ Դրա պատճառով այսօր շատ տարածված է տարբեր հիվանդությունների նկատմամբ գենետիկ նախատրամադրվածության բացահայտումը:
Նմանատիպ մեթոդները լայնորեն կիրառելի են գործնականում ամբողջ աշխարհում, այդ թվում՝ Ռուսաստանում։ Գիտական առաջընթացի շնորհիվ նման մեթոդները ներդրվում են բժշկական հետազոտությունների մեջ և բժշկական պրակտիկաընդհանրապես.
4. Կենսատեխնոլոգիա
Կենսատեխնոլոգիա- դիսցիպլին, որն ուսումնասիրում է կենդանի օրգանիզմների կամ դրանց համակարգերի օգտագործման հնարավորությունները տեխնոլոգիական խնդիրների լուծման համար, ինչպես նաև կենդանի օրգանիզմներ ստեղծելու համար. ցանկալի հատկություններգենետիկ ինժեներիայի միջոցով: Կենսատեխնոլոգիան կիրառում է քիմիայի, մանրէաբանության, կենսաքիմիայի և, իհարկե, մոլեկուլային կենսաբանության մեթոդները։
Կենսատեխնոլոգիայի զարգացման հիմնական ուղղությունները (կենսատեխնոլոգիական գործընթացների սկզբունքները ներդրվում են բոլոր ճյուղերի արտադրության մեջ).
- Սննդամթերքի և կենդանիների նոր տեսակների ստեղծում և արտադրություն.
- Միկրոօրգանիզմների նոր շտամների ձեռքբերում և ուսումնասիրություն:
- Բույսերի նոր սորտերի բուծում, ինչպես նաև հիվանդություններից և վնասատուներից բույսերը պաշտպանելու միջոցների ստեղծում.
- Կենսատեխնոլոգիայի մեթոդների կիրառում էկոլոգիայի կարիքների համար. Նման կենսատեխնոլոգիական մեթոդներն օգտագործվում են թափոնների վերամշակման, կեղտաջրերի մաքրման, արտանետվող օդի և հողի սանիտարական մաքրման համար:
- Բժշկության կարիքների համար վիտամինների, հորմոնների, ֆերմենտների, շիճուկների արտադրություն։ Կենսատեխնոլոգիաները զարգանում են կատարելագործված դեղերնախկինում համարվում էր անբուժելի:
Կենսատեխնոլոգիայի հիմնական ձեռքբերումը գենետիկական ճարտարագիտությունն է:
Գենային ինժեներիան- տեխնոլոգիաների և մեթոդների մի շարք ռեկոմբինանտ ՌՆԹ և ԴՆԹ մոլեկուլներ ստանալու, առանձին գեները բջիջներից մեկուսացնելու, գեների մանիպուլյացիայի և այլ օրգանիզմների (բակտերիաներ, խմորիչներ, կաթնասուններ) ներմուծման համար: Նման օրգանիզմները կարողանում են վերջնական արտադրանք արտադրել ցանկալի, փոփոխված հատկություններով։
Գենային ինժեներիայի մեթոդներն ուղղված են բնության մեջ գեների նոր, նախկինում գոյություն չունեցող համակցությունների կառուցմանը:
Խոսելով գենետիկական ինժեներիայի ձեռքբերումների մասին՝ անհնար է չանդրադառնալ կլոնավորման թեմային։ Կլոնավորումբիոտեխնոլոգիայի մեթոդներից մեկն է, որն օգտագործվում է անսեռ բազմացման միջոցով տարբեր օրգանիզմների նույնական սերունդ ստանալու համար։
Այլ կերպ ասած, կլոնավորումը կարելի է համարել որպես օրգանիզմի կամ բջջի գենետիկորեն նույնական պատճենների ստեղծման գործընթաց: Իսկ կլոնավորված օրգանիզմները նման են կամ լիովին նույնական են ոչ միայն արտաքին հատկանիշներով, այլեւ գենետիկ բովանդակությամբ։
Տխրահռչակ ոչխար Դոլլին 1966 թվականին դարձավ առաջին կլոնավորված կաթնասունը: Այն ստացվել է ձվի ցիտոպլազմայի մեջ սոմատիկ բջջի միջուկը փոխպատվաստելով։ Դոլին միջուկի դոնոր ոչխարի գենետիկ պատճենն էր: Բնական պայմաններում անհատը ձևավորվում է մեկ բեղմնավորված ձվից՝ գենետիկական նյութի կեսը ստանալով երկու ծնողներից։ Սակայն կլոնավորման ժամանակ գենետիկական նյութը վերցվել է մեկ անհատի բջիջից։ Նախ, միջուկը, որը պարունակում է հենց ԴՆԹ-ն, հեռացվեց զիգոտից: Այնուհետև նրանք հանել են միջուկը հասուն ոչխարի բջիջից և այն պատվաստել առանց միջուկի այդ զիգոտի մեջ, այնուհետև այն փոխպատվաստել են հասուն մարդու արգանդի մեջ և թույլ են տվել աճել ու զարգանալ:
Այնուամենայնիվ, կլոնավորման ոչ բոլոր փորձերն են հաջողվել: Դոլլիի կլոնավորմանը զուգահեռ ԴՆԹ-ի փոխարինման փորձ է իրականացվել 273 այլ ձվաբջիջների վրա։ Բայց միայն մեկ դեպքում կենդանի չափահաս կենդանին կարող էր լիովին զարգանալ և աճել: Դոլլիից հետո գիտնականները փորձեցին կլոնավորել այլ տեսակի կաթնասուններ։
Գենային ինժեներիայի տեսակներից է գենոմի խմբագրում.
CRISPR/Cas գործիքը հիմնված է բակտերիաների իմունային պաշտպանության համակարգի տարրի վրա, որը գիտնականները հարմարեցրել են կենդանիների կամ բույսերի ԴՆԹ-ում ցանկացած փոփոխություն մտցնելու համար:
CRISPR/Cas-ը բջիջներում առանձին գեների մանիպուլյացիայի բիոտեխնոլոգիական մեթոդներից մեկն է: Այս տեխնոլոգիայի համար շատ հավելվածներ կան: CRISPR/Cas-ը թույլ է տալիս հետազոտողներին պարզել տարբեր գեների գործառույթը: Դա անելու համար պարզապես անհրաժեշտ է ԴՆԹ-ից կտրել ուսումնասիրվող գենը և ուսումնասիրել, թե մարմնի որ գործառույթներն են ազդել:
Համակարգի որոշ գործնական կիրառումներ.
- Գյուղատնտեսություն. CRISPR/Cas համակարգերի միջոցով մշակաբույսերը կարող են բարելավվել: Մասնավորապես՝ դրանք ավելի համեղ և սննդարար, ինչպես նաև շոգին դիմացկուն դարձնելու համար։ Բույսերին կարելի է օժտել այլ հատկություններով. օրինակ՝ ընկույզից (գետնանուշ կամ պնդուկ) կտրել ալերգենի գենը:
- Բժշկություն, ժառանգական հիվանդություններ.Գիտնականները նպատակ ունեն օգտագործել CRISPR/Cas-ը մարդու գենոմից մուտացիաները հեռացնելու համար, որոնք կարող են առաջացնել հիվանդություններ, ինչպիսիք են մանգաղ բջջային անեմիան և այլն: Տեսականորեն, CRISPR/Cas-ը կարող է կանգնեցնել ՄԻԱՎ-ի զարգացումը:
- Գենային շարժիչ. CRISPR/Cas-ը կարող է փոխել ոչ միայն առանձին կենդանու կամ բույսի գենոմը, այլև տեսակի գենոֆոնդը: Այս հայեցակարգը հայտնի է որպես «գենային շարժիչ». Յուրաքանչյուր կենդանի օրգանիզմ իր գեների կեսը փոխանցում է իր սերունդներին: Սակայն CRISPR/Cas-ի օգտագործումը կարող է մեծացնել գեների փոխանցման հնարավորությունը մինչև 100%-ով: Սա կարևոր է, որպեսզի ցանկալի հատկանիշն ավելի արագ տարածվի ամբողջ պոպուլյացիայի մեջ։
Շվեյցարացի գիտնականները զգալիորեն կատարելագործել և արդիականացրել են CRISPR/Cas գենոմի խմբագրման մեթոդը՝ դրանով իսկ ընդլայնելով դրա հնարավորությունները։ Այնուամենայնիվ, գիտնականները կարող էին միաժամանակ փոփոխել միայն մեկ գեն՝ օգտագործելով CRISPR/Cas համակարգը: Սակայն այժմ Ցյուրիխի ETH-ի հետազոտողները մշակել են մի մեթոդ, որը կարող է միաժամանակ փոփոխել 25 գենը բջջում:
Վերջին տեխնիկայի համար մասնագետներն օգտագործել են Cas12a ֆերմենտը: Գենետիկները պատմության մեջ առաջին անգամ հաջողությամբ կլոնավորել են կապիկներին։ «Հանրաճանաչ մեխանիկա»;
31.2
Ընկերների համար!
Հղում
Մոլեկուլային կենսաբանությունը առաջացել է կենսաքիմիայից 1953 թվականի ապրիլին։ Դրա տեսքը կապված է ԴՆԹ-ի մոլեկուլի կառուցվածքը հայտնաբերած Ջեյմս Ուոթսոնի և Ֆրենսիս Քրիքի անունների հետ։ Բացահայտումը հնարավոր է դարձել գենետիկայի, բակտերիաների և վիրուսների կենսաքիմիայի ուսումնասիրության շնորհիվ: Մոլեկուլային կենսաբանի մասնագիտությունը տարածված չէ, սակայն այսօր նրա դերը ժամանակակից հասարակության մեջ շատ մեծ է։ Մեծ թվով հիվանդություններ, այդ թվում՝ գենետիկ մակարդակով դրսևորված, գիտնականներից պահանջում են լուծումներ գտնել այս խնդրին։
Գործունեության նկարագրությունը
Վիրուսներն ու բակտերիաները մշտապես մուտացիայի են ենթարկվում, ինչը նշանակում է, որ դեղամիջոցներն այլևս չեն օգնում մարդուն, և հիվանդությունները դառնում են անբուժելի։ Մոլեկուլային կենսաբանության խնդիրն է առաջ անցնել այս գործընթացից և հիվանդությունների դեմ նոր դեղամիջոց մշակել: Գիտնականներն աշխատում են հաստատված սխեմայով` արգելափակել հիվանդության պատճառը, վերացնել ժառանգականության մեխանիզմները և դրանով իսկ մեղմացնել հիվանդի վիճակը: Ամբողջ աշխարհում կան մի շարք կենտրոններ, կլինիկաներ և հիվանդանոցներ, որտեղ մոլեկուլային կենսաբանները նոր բուժումներ են մշակում հիվանդներին օգնելու համար:
Աշխատանքային պարտականություններ
Մոլեկուլային կենսաբանի պարտականությունները ներառում են բջջի ներսում պրոցեսների ուսումնասիրությունը (օրինակ՝ ԴՆԹ-ի փոփոխությունները ուռուցքների զարգացման ժամանակ)։ Նաև մասնագետներն ուսումնասիրում են ԴՆԹ-ի առանձնահատկությունները, դրանց ազդեցությունն ամբողջ օրգանիզմի և մեկ բջջի վրա։ Նման ուսումնասիրություններն իրականացվում են, օրինակ, PCR-ի հիման վրա (պոլիմերազային շղթայական ռեակցիա), որը թույլ է տալիս վերլուծել մարմինը վարակների, ժառանգական հիվանդությունների համար և որոշել կենսաբանական հարաբերությունները:
Կարիերայի աճի առանձնահատկությունները
Մոլեկուլային կենսաբանի մասնագիտությունը բավականին խոստումնալից է իր ոլորտում և արդեն այսօր հավակնում է լինել առաջինը ապագա բժշկական մասնագիտությունների վարկանիշում։ Ի դեպ, պարտադիր չէ, որ մոլեկուլային կենսաբանը մշտապես մնա այս ոլորտում։ Եթե կա ցանկություն փոխելու զբաղմունքը, նա կարող է վերապատրաստվել որպես լաբորատոր սարքավորումների վաճառքի մենեջեր, սկսել տարբեր հետազոտությունների համար գործիքներ մշակել կամ բացել սեփական բիզնեսը։
1. Ներածություն.
Մոլեկուլային կենսաբանության և գենետիկայի առարկան, առաջադրանքները և մեթոդները: «Դասական» գենետիկայի և միկրոօրգանիզմների գենետիկայի նշանակությունը մոլեկուլային կենսաբանության և գենետիկական ինժեներիայի զարգացման գործում: Գենի հասկացությունը «դասական» և մոլեկուլային գենետիկայի մեջ, դրա էվոլյուցիան. Գենային ինժեներիայի մեթոդոլոգիայի ներդրումը մոլեկուլային գենետիկայի զարգացման գործում: Գենային ճարտարագիտության կիրառական արժեքը կենսատեխնոլոգիայի համար.
2. Ժառանգականության մոլեկուլային հիմքերը.
Բջջի հասկացությունը, նրա մակրոմոլեկուլային կազմը: Գենետիկական նյութի բնույթը. ԴՆԹ-ի գենետիկական ֆունկցիայի ապացույցների պատմություն:
2.1. Տարբեր տեսակի նուկլեինաթթուներ.Նուկլեինաթթուների կենսաբանական գործառույթները. Քիմիական կառուցվածքը, տարածական կառուցվածքը և ֆիզիկական հատկություններնուկլեինաթթուներ. Պրո և էուկարիոտների գենետիկական նյութի կառուցվածքային առանձնահատկությունները. Լրացուցիչ Watson-Crick բազային զույգեր: Գենետիկ կոդը. Գենետիկ կոդի վերծանման պատմությունը. Կոդի հիմնական հատկությունները՝ եռյակ, ծածկագիր առանց ստորակետների, այլասերվածություն։ Կոդերի բառարանի առանձնահատկությունները, կոդոնների ընտանիքները, իմաստային և «անիմաստ» կոդոնները։ Շրջանաձև ԴՆԹ-ի մոլեկուլները և ԴՆԹ-ի գերոլորման հայեցակարգը: ԴՆԹ-ի տոպոիզոմերները և դրանց տեսակները. Տոպոիզոմերազների գործողության մեխանիզմները. Բակտերիալ ԴՆԹ գիրազա.
2.2. ԴՆԹ տառադարձում.Պրոկարիոտիկ ՌՆԹ պոլիմերազը, նրա ենթամիավորը և եռաչափ կառուցվածքները։ Սիգմա գործոնների բազմազանություն. Պրոկարիոտիկ գենի խթանիչ, նրա կառուցվածքային տարրեր: Տառադարձման ցիկլի փուլերը. «Բաց համալիրի» ստեղծում, ձևավորում, տառադարձման երկարացում և ավարտ: տառադարձման թուլացում. Տրիպտոֆանի օպերոնի արտահայտման կարգավորումը. «Riboswitches». Տառադարձման դադարեցման մեխանիզմներ. Տրանսկրիպցիայի բացասական և դրական կարգավորումը. կաթնաշաքար օպերոն: Տրանսկրիպցիոն կարգավորումը լամբդա ֆագերի զարգացման մեջ. ԴՆԹ-ի ճանաչման սկզբունքները կարգավորող սպիտակուցներով (CAP սպիտակուց և լամբդա ֆագային ռեպրեսոր): Տրանսկրիպցիայի առանձնահատկությունները էուկարիոտներում. ՌՆԹ-ի մշակումը էուկարիոտներում. Տրագրությունների փակում, միացում և պոլիադենիլացում: միացման մեխանիզմներ. Փոքր միջուկային ՌՆԹ-ի և սպիտակուցային գործոնների դերը. Այլընտրանքային միացում, օրինակներ.
2.3. Հեռարձակում, նրա փուլերը, ռիբոսոմների ֆունկցիան։ Ռիբոսոմների գտնվելու վայրը բջջում. Ռիբոսոմների պրոկարիոտ և էուկարիոտ տեսակներ; 70S և 80S ռիբոսոմներ։ Ռիբոսոմների մորֆոլոգիա. Բաժանում ենթամասնիկների (ենթամիավորների): Ամինացիլ-tRNA-ի կոդոն-կախյալ կապը երկարացման ցիկլում: Կոդոն-հակակոդոն փոխազդեցություն. EF1 (EF-Tu) երկարացման գործոնի մասնակցությունը aminoacyl-tRNA-ի ռիբոսոմին կապելուն: Երկարացման գործակիցը EF1B (EF-Ts), նրա ֆունկցիան, իր մասնակցությամբ ռեակցիաների հաջորդականությունը։ Հակաբիոտիկներ, որոնք ազդում են aminoacyl-tRNA-ի կոդոնից կախված ռիբոսոմին կապելու փուլի վրա: Ամինոգլիկոզիդային հակաբիոտիկներ (streptomycin, neomycin, kanamycin, gentamicin և այլն), դրանց գործողության մեխանիզմը. Տետրացիկլինները՝ որպես ռիբոսոմի հետ կապող ամինոացիլ-tRNA-ի ինհիբիտորներ: Հեռարձակման նախաձեռնություն. Նախաձեռնման գործընթացի հիմնական փուլերը. Թարգմանության մեկնարկը պրոկարիոտներում. մեկնարկային գործոններ, նախաձեռնող կոդոններ, փոքր ռիբոսոմային ենթամիավորի ՌՆԹ 3¢-վերջ, և Շայն-Դալգարնո հաջորդականությունը mRNA-ում: Թարգմանության մեկնարկը էուկարիոտներում. մեկնարկային գործոններ, նախաձեռնող կոդոններ, 5¢-չթարգմանված շրջան և գլխարկից կախված տերմինալ մեկնարկ: «Ներքին» գլխարկից անկախ մեկնարկում էուկարիոտներում. Տրանսպեպտիդացիա. Տրանսպեպտիդացման ինհիբիտորներ՝ քլորամֆենիկոլ, լինկոմիցին, ամիցետին, ստրեպտոգրամիններ, անիսոմիցին: Տեղափոխում. Երկարացման գործոնի EF2 (EF-G) և GTP ներգրավվածությունը: Տրանսլոկացիայի խանգարողներ՝ ֆուզիդաթթու, վիոմիցին, դրանց գործողության մեխանիզմները: Թարգմանության դադարեցում. Վերջնական կոդոններ. Պրոկարիոտների և էուկարիոտների սպիտակուցի դադարեցման գործոնները. դադարեցման գործոնների երկու դաս և դրանց գործողության մեխանիզմները: Թարգմանության կարգավորումը պրոկարիոտներում.
2.4. ԴՆԹ-ի վերարտադրությունև դրա գենետիկական վերահսկողությունը: Վերարտադրության մեջ ներգրավված պոլիմերազները, դրանց ֆերմենտային գործունեության բնութագրերը: ԴՆԹ-ի հավատարմություն. ԴՆԹ-ի հիմքերի զույգերի միջև ստերիկ փոխազդեցությունների դերը վերարտադրության ընթացքում: E. coli պոլիմերազներ I, II և III: Պոլիմերազ III ենթամիավորներ. Կրկնօրինակման պատառաքաղ, «առաջատար» և «հետամնաց» թելեր վերարտադրության ժամանակ։ Օկազակիի բեկորներ. Սպիտակուցների համալիր վերարտադրության պատառաքաղում: E. coli-ում կրկնօրինակման մեկնարկի կարգավորումը: Բակտերիաներում վերարտադրության դադարեցում. Պլազմիդային վերարտադրության կարգավորման առանձնահատկությունները. Երկկողմանի և պտտվող օղակի կրկնօրինակում:
2.5. Ռեկոմբինացիա, դրա տեսակներն ու մոդելները։ Ընդհանուր կամ հոմոլոգ ռեկոմբինացիա: ԴՆԹ-ում կրկնակի շղթայական ճեղքեր, որոնք առաջացնում են վերահամակցում: Ռեկոմբինացիայի դերը կրկնակի շղթայի ընդմիջումների հետկրկնօրինակման վերանորոգման գործում. Հոլիդեյի կառուցվածքը ռեկոմբինացիոն մոդելում. E. coli-ում ընդհանուր ռեկոմբինացիայի ֆերմենտաբանություն. RecBCD համալիր. Reca սպիտակուցը. Ռեկոմբինացիայի դերը ԴՆԹ-ի սինթեզի ապահովման գործում ընդհատող վերարտադրությունը ԴՆԹ-ի վնասում: էուկարիոտներում վերահամակցում. Էուկարիոտներում ռեկոմբինացիոն ֆերմենտներ. Կայքին հատուկ ռեկոմբինացիա: Տարբերությունները ընդհանուր և տեղամասային ռեկոմբինացիայի մոլեկուլային մեխանիզմներում: Ռեկոմբինազների դասակարգում. Քրոմոսոմային վերադասավորումների տեսակները, որոնք իրականացվել են տեղանքի հատուկ ռեկոմբինացիայի ժամանակ: Կայքին հատուկ ռեկոմբինացիայի կարգավորիչ դերը բակտերիաներում: Բազմաբջջային էուկարիոտիկ քրոմոսոմների կառուցում` օգտագործելով տեղային հատուկ ֆագերի ռեկոմբինացիայի համակարգը:
2.6. ԴՆԹ վերականգնում.Փոխհատուցման տեսակների դասակարգում. Տիմին դիմերների և մեթիլացված գուանինի ուղղակի վերականգնում։ Հիմքերի կտրում: Գլիկոզիլազներ. Չզույգված նուկլեոտիդների վերականգնման մեխանիզմը (անհամապատասխանության վերականգնում): Վերականգնվող ԴՆԹ-ի շղթայի ընտրություն: SOS վերանորոգում. ԴՆԹ պոլիմերազների հատկությունները, որոնք մասնակցում են SOS-ի վերականգնմանը պրոկարիոտների և էուկարիոտների մոտ: Բակտերիաներում «ադապտիվ մուտացիաների» հասկացությունը. Կրկնակի շղթաների ճեղքվածքների վերականգնում. ԴՆԹ-ի մոլեկուլի ոչ հոմոլոգ ծայրերի հոմոլոգ հետվերարտադրողական ռեկոմբինացիա և միավորում: Կրկնօրինակման, վերահամակցման և փոխհատուցման գործընթացների փոխհարաբերությունները:
3. Մուտացիայի գործընթաց.
Կենսաքիմիական մուտանտների դերը մեկ գենի` մեկ ֆերմենտի տեսության ձևավորման գործում. Մուտացիաների դասակարգում. Կետային մուտացիաներ և քրոմոսոմային վերադասավորումներ, դրանց ձևավորման մեխանիզմը. Ինքնաբուխ և առաջացած մուտագենեզ: Մուտագենների դասակարգում. Մուտագենեզի մոլեկուլային մեխանիզմ. Մուտագենեզի և վերականգնման միջև կապը: Մուտանտների նույնականացում և ընտրություն: Զսպումը՝ ներգենային, միջգենային և ֆենոտիպիկ:
4. Էքստրաքրոմոսոմային գենետիկական տարրեր.
Պլազմիդները, դրանց կառուցվածքը և դասակարգումը. Սեռական գործոն F, նրա կառուցվածքը և կյանքի ցիկլը. F գործոնի դերը քրոմոսոմային փոխանցման մոբիլիզացման գործում. Hfr և F դոնորների ձևավորում Կոնյուգացիայի մեխանիզմ Բակտերիոֆագներ, դրանց կառուցվածքը և կյանքի ցիկլը Վիրուսային և չափավոր բակտերիոֆագներ Լիզոգենիա և փոխադրում Ընդհանուր և հատուկ փոխակերպում Միգրացիոն գենետիկ տարրեր. տրանսպոզոններ և IS հաջորդականություններ, նրանց դերը գենետիկ նյութափոխանակության մեջ ԴՆԹ - տրանսպոզոններ պրոկարիոտների և էուկարիոտների գենոմներում IS- բակտերիաների հաջորդականություններ, դրանց կառուցվածքը IS- հաջորդականություններ՝ որպես բակտերիաների F-գործոնի բաղադրիչ, որը որոշում է գենետիկ նյութը կոնյուգացիայի ժամանակ փոխանցելու ունակությունը Բակտերիաների և էուկարիոտ օրգանիզմների տրանսպոզոններ Ուղիղ ոչ վերարտադրվող և տրանսպոզիցիաների վերարտադրող մեխանիզմներ Հորիզոնական տրանսպոզոնների փոխանցման հայեցակարգը և դրանց դերը կառուցվածքային վերադասավորումներում (արտարգանդային ռեկոմբինացիա) և գենոմի էվոլյուցիայում:
5. Գենի կառուցվածքի և ֆունկցիայի ուսումնասիրություն.
Գենետիկական վերլուծության տարրեր. Cis-trans լրացման թեստ. Գենետիկական քարտեզագրում՝ օգտագործելով խոնարհումը, փոխակերպումը և փոխակերպումը: Գենետիկական քարտեզների կառուցում. Նուրբ գենետիկ քարտեզագրում. Գենի կառուցվածքի ֆիզիկական վերլուծություն. հետերոդուպլեքս վերլուծություն. Սահմանափակման վերլուծություն. Հերթականության մեթոդներ. պոլիմերազային շղթայական ռեակցիա. Գենի ֆունկցիայի բացահայտում.
6. Գենի էքսպրեսիայի կարգավորում. Օպերոնի և ռեգուլոնի հասկացությունները. Վերահսկում տառադարձման մեկնարկի մակարդակում: Խթանիչ, օպերատոր և կարգավորող սպիտակուցներ: Գենի արտահայտման դրական և բացասական վերահսկողություն: Վերահսկում տառադարձման դադարեցման մակարդակում: Կատաբոլիտով կառավարվող օպերոններ՝ լակտոզայի, գալակտոզայի, արաբինոզայի և մալտոզայի օպերոնների մոդելներ։ Թուլացնողով կառավարվող օպերոններ. տրիպտոֆան օպերոնի մոդել: Գենի էքսպրեսիայի բազմավալենտ կարգավորումը. Կարգավորման գլոբալ համակարգեր. Կարգավորող արձագանք սթրեսին. հետտրանսկրիպցիոն հսկողություն: ազդանշանի փոխանցում. ՌՆԹ միջնորդավորված կարգավորում՝ փոքր ՌՆԹ, սենսորային ՌՆԹ:
7. Գենետիկական ինժեներիայի հիմունքներ. Սահմանափակող ֆերմենտներ և փոփոխություններ: Գենների մեկուսացում և կլոնավորում: Մոլեկուլային կլոնավորման վեկտորներ. Ռեկոմբինանտ ԴՆԹ-ի կառուցման և ընդունող բջիջներում դրանց ներմուծման սկզբունքները. Գենետիկական ճարտարագիտության կիրառական ասպեկտները.
Ա). Հիմնական գրականություն.
1. Watson J., Tooze J., Recombinant DNA: A Brief Course. - Մ.: Միր, 1986:
2. Գեներ. - Մ.: Միր. 1987 թ.
3. Մոլեկուլային կենսաբանություն՝ նուկլեինաթթուների կառուցվածքը և կենսասինթեզը: / Էդ. . - Մ. Բարձրագույն դպրոց. 1990 թ.
4. , – Մոլեկուլային կենսատեխնոլոգիա. M. 2002 թ.
5. Սպիրինի ռիբոսոմներ և սպիտակուցի կենսասինթեզ: - Մ .: Բարձրագույն դպրոց, 1986 թ.
բ). Լրացուցիչ գրականություն.
1. Գենոմի հեսին. - Մ.: Գիտություն: 1984 թ.
2. Գենային ինժեներիայի Ռիբչին. - Սանկտ Պետերբուրգ՝ Սանկտ Պետերբուրգի պետական տեխնիկական համալսարան: 1999 թ.
3. Պատրուշեւի գեները. - Մ.: Նաուկա, 2000 թ.
4. Ժամանակակից մանրէաբանություն. Պրոկարիոտներ (2 հատորով): - Մ.: Միր, 2005:
5. Մ.Սինգեր, Պ.Բերգ. Գեներ և գենոմներ. - Մ.: Միր, 1998:
6. Շչելկունովի ճարտարագիտություն. - Նովոսիբիրսկ: Սիբից: Համալսարան, 2004 թ.
7. Ստեփանովի կենսաբանություն. Սպիտակուցների կառուցվածքը և գործառույթները: - Մ.՝ Վ.Շ., 1996։
(Molekular biologe/-biologin)
-
Տիպ
Մասնագիտությունը ավարտելուց հետո
-
Աշխատավարձ
3667-5623 € ամսական
Մոլեկուլային կենսաբաններն ուսումնասիրում են մոլեկուլային գործընթացները՝ որպես կյանքի բոլոր գործընթացների հիմք։ Ստացված արդյունքների հիման վրա նրանք մշակում են կենսաքիմիական գործընթացների օգտագործման հայեցակարգեր, օրինակ՝ բժշկական հետազոտությունների և ախտորոշման կամ կենսատեխնոլոգիայի մեջ: Բացի այդ, նրանք կարող են ներգրավված լինել դեղագործական արտադրանքի արտադրության, արտադրանքի մշակման, որակի ապահովման կամ դեղագործական խորհրդատվության մեջ:
Մոլեկուլային կենսաբանի պարտականությունները
Մոլեկուլային կենսաբանները կարող են աշխատել տարբեր ոլորտներում: Օրինակ, դրանք վերաբերում են հետազոտությունների արդյունքների օգտագործմանը արտադրության համար այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են գենետիկական ճարտարագիտությունը, սպիտակուցների քիմիան կամ դեղաբանությունը (դեղերի հայտնաբերում): Քիմիական և դեղագործական արդյունաբերություններում դրանք հեշտացնում են նոր մշակված արտադրանքի փոխանցումը հետազոտությունից դեպի արտադրություն, արտադրանքի շուկայավարում և օգտագործողների խորհրդատվություն:
Գիտական հետազոտություններում մոլեկուլային կենսաբանները ուսումնասիրում են օրգանական միացությունների քիմիական-ֆիզիկական հատկությունները, ինչպես նաև քիմիական գործընթացները (բջջային նյութափոխանակության ոլորտում) կենդանի օրգանիզմներում և հրապարակում հետազոտության արդյունքները։ Ավելի բարձր ուսումնական հաստատություններնրանք դասավանդում են ուսանողներին, պատրաստվում են դասախոսությունների և սեմինարների, ստուգում են գրավոր աշխատանքը և անցկացնում քննություններ։ Անկախ գիտական գործունեությունը հնարավոր է միայն մագիստրոսի և դոկտորականի կոչում ստանալուց հետո։
Որտե՞ղ են աշխատում մոլեկուլային կենսաբանները:
Մոլեկուլային կենսաբանները աշխատանք են գտնում, օրինակ
- գիտահետազոտական ինստիտուտներում, օրինակ՝ գիտության և բժշկության ոլորտներում
- բարձրագույն ուսումնական հաստատություններում
- քիմիական-դեղագործական արդյունաբերության մեջ
- շրջակա միջավայրի պահպանության վարչություններում
Մոլեկուլային կենսաբանի աշխատավարձ
Գերմանիայում մոլեկուլյար կենսաբանների ստացած աշխատավարձի մակարդակը կազմում է
- ամսական 3667 եվրոյից մինչև 5623 եվրո
(ըստ Գերմանիայի տարբեր վիճակագրական գրասենյակների և զբաղվածության ծառայությունների)
Մոլեկուլային կենսաբանի առաջադրանքներն ու պարտականությունները մանրամասն
Ո՞րն է մոլեկուլային կենսաբան մասնագիտության էությունը
Մոլեկուլային կենսաբաններն ուսումնասիրում են մոլեկուլային գործընթացները՝ որպես կյանքի բոլոր գործընթացների հիմք։ Ստացված արդյունքների հիման վրա նրանք մշակում են կենսաքիմիական գործընթացների օգտագործման հայեցակարգեր, օրինակ՝ բժշկական հետազոտությունների և ախտորոշման կամ կենսատեխնոլոգիայի մեջ: Բացի այդ, նրանք կարող են ներգրավված լինել դեղագործական արտադրանքի արտադրության, արտադրանքի մշակման, որակի ապահովման կամ դեղագործական խորհրդատվության մեջ:
Մասնագիտություն Մոլեկուլային կենսաբանություն
Մոլեկուլային կենսաբանությունը կամ մոլեկուլային գենետիկան զբաղվում է նուկլեինաթթուների կառուցվածքի և կենսասինթեզի ուսումնասիրությամբ, ինչպես նաև այն գործընթացներով, որոնք ներգրավված են սպիտակուցների տեսքով այդ տեղեկատվության փոխանցման և իրականացման մեջ: Սա հնարավորություն է տալիս հասկանալ այդ ֆունկցիաների ցավոտ խանգարումները և, հնարավոր է, բուժել դրանք գենային թերապիայի օգնությամբ։ Կենսատեխնոլոգիայի և գենետիկական ինժեներիայի համար կան միջերեսներ, որոնք ստեղծում են պարզ օրգանիզմներ, ինչպիսիք են բակտերիաները և խմորիչները, նպատակային մուտացիաների միջոցով արդյունաբերական մասշտաբով հասանելի դարձնելու դեղաբանական կամ առևտրային հետաքրքրություն ներկայացնող նյութերը։
Մոլեկուլային կենսաբանության տեսություն և պրակտիկա
Քիմիական-դեղագործական արդյունաբերությունը մոլեկուլային կենսաբանների համար առաջարկում է աշխատանքի բազմաթիվ ոլորտներ: Արդյունաբերական միջավայրերում նրանք վերլուծում են կենսատրանսֆորմացիոն գործընթացները կամ մշակում և բարելավում են ակտիվ բաղադրիչների և դեղագործական միջանկյալ նյութերի մանրէաբանական արտադրության գործընթացները: Բացի այդ, նրանք ներգրավված են նոր մշակված արտադրանքի անցումային հետազոտությունից դեպի արտադրություն: Կատարելով տեսչական առաջադրանքներ՝ նրանք ապահովում են, որ արտադրական օբյեկտները, սարքավորումները, վերլուծական մեթոդները և զգայուն արտադրանքի արտադրության բոլոր քայլերը, ինչպիսիք են դեղագործությունը, միշտ համապատասխանում են պահանջվող որակի չափանիշներին: Բացի այդ, մոլեկուլային կենսաբանները օգտատերերին խորհուրդ են տալիս օգտագործել նոր արտադրանք:
Կառավարման պաշտոնները հաճախ պահանջում են մագիստրոսական ծրագիր:
Մոլեկուլային կենսաբանները հետազոտության և կրթության ոլորտում
Գիտության և հետազոտության ոլորտում մոլեկուլային կենսաբանները զբաղվում են այնպիսի թեմաներով, ինչպիսիք են բջջում սպիտակուցների ճանաչումը, փոխադրումը, ծալումը և կոդավորումը: Հետազոտության արդյունքները, որոնք հիմք են հանդիսանում տարբեր ոլորտներում գործնական կիրառման համար, հրապարակվում են և այդպիսով հասանելի են դառնում այլ գիտնականների և ուսանողների համար: Գիտաժողովներում և կոնգրեսներում քննարկում և ներկայացնում են գիտական գործունեության արդյունքները։ Մոլեկուլային կենսաբանները դասախոսություններ և սեմինարներ են կարդում, վերահսկում գիտական աշխատանքը և անցկացնում քննություններ։
Անկախ գիտական գործունեության համար անհրաժեշտ է մագիստրոսի կոչում և դոկտորի աստիճան։
