Молекулярлық биология және молекулалық биотехнология әдістері. Биохимия және молекулалық биология – қайда оқу керек? Бейнедегі мамандық

(Молекулярлық биолог/-биология)

Түр
Оқуды бітіргеннен кейінгі мамандық
Жалақы
Айына 3667-5623 €

Молекулалық биологтар барлық тіршілік процестерінің негізі ретінде молекулалық процестерді зерттейді. Алынған нәтижелерге сүйене отырып, олар биохимиялық процестерді, мысалы, медициналық зерттеулер мен диагностикада немесе биотехнологияда пайдалану тұжырымдамаларын әзірлейді. Бұған қоса, олар фармацевтикалық өнімді өндіруге, өнімді әзірлеуге, сапаны қамтамасыз етуге немесе фармацевтикалық кеңес беруге қатысуы мүмкін.

Молекулалық биологтың міндеттері

Молекулярлық биологтар әртүрлі салаларда жұмыс істей алады. Мысалы, олар гендік инженерия, ақуыз химиясы немесе фармакология (дәрілік заттарды ашу) сияқты салаларда өндіріс үшін зерттеу нәтижелерін пайдалануға қатысты. Химия және фармацевтика өнеркәсібінде олар жаңадан әзірленген өнімдерді зерттеулерден өндіріске, өнімді маркетингке және пайдаланушыларға кеңес беруге көшіруді жеңілдетеді.

Ғылыми зерттеулерде молекулалық биологтар органикалық қосылыстардың химиялық-физикалық қасиеттерін, сонымен қатар тірі ағзалардағы химиялық процестерді (жасушалық зат алмасу саласында) зерттеп, зерттеу нәтижелерін жариялайды. Жоғарыда оқу орындарыолар студенттерге сабақ береді, лекциялар мен семинарларға дайындалады, жазба жұмыстарын тексереді және емтихандарды жүргізеді. Дербес ғылыми қызмет тек магистратура мен докторантураны алғаннан кейін мүмкін болады.

Молекулалық биологтар қайда жұмыс істейді?

Молекулярлық биологтар жұмыс табады, мысалы

ғылыми-зерттеу институттарында, мысалы, ғылым және медицина салаларында
жоғары оқу орындарында
химия-фармацевтика өнеркәсібінде
қоршаған ортаны қорғау бөлімдерінде

Молекулярлық биологтың жалақысы

Германиядағы молекулярлық биологтар алатын жалақы деңгейі

айына 3667€-дан 5623€-ға дейін

(Германиядағы әртүрлі статистикалық кеңселер мен жұмыспен қамту қызметтерінің мәліметтері бойынша)

Егжей-тегжейлі молекулалық биологтың міндеттері мен жауапкершілігі

Молекулалық биолог мамандығының мәні неде

Молекулалық биологтар барлық тіршілік процестерінің негізі ретінде молекулалық процестерді зерттейді. Алынған нәтижелерге сүйене отырып, олар биохимиялық процестерді, мысалы, медициналық зерттеулер мен диагностикада немесе биотехнологияда пайдалану тұжырымдамаларын әзірлейді. Бұған қоса, олар фармацевтикалық өнімді өндіруге, өнімді әзірлеуге, сапаны қамтамасыз етуге немесе фармацевтикалық кеңес беруге қатысуы мүмкін.

Мамандығы молекулярлық биология

Молекулалық биологиянемесе молекулалық генетика нуклеин қышқылдарының құрылымы мен биосинтезін және осы ақпаратты белоктар түрінде беру және жүзеге асыруға байланысты процестерді зерттеумен айналысады. Бұл осы функциялардың ауыр бұзылыстарын түсінуге және мүмкін оларды гендік терапия көмегімен емдеуге мүмкіндік береді. Бактериялар мен ашытқылар сияқты қарапайым организмдер мақсатты мутациялар арқылы өнеркәсіптік ауқымда фармакологиялық немесе коммерциялық қызығушылық тудыратын заттарды қол жетімді ету үшін биотехнология және гендік инженерия үшін интерфейстер бар.

Молекулалық биологияның теориясы мен тәжірибесі

Химия-фармацевтика өнеркәсібі молекулярлық биологтар үшін көптеген жұмыс бағыттарын ұсынады. Өнеркәсіптік жағдайларда олар биотрансформация процестерін талдайды немесе белсенді ингредиенттер мен фармацевтикалық аралық өнімдерді микробиологиялық өндіру процестерін әзірлейді және жетілдіреді. Сонымен қатар, олар жаңадан әзірленген өнімдерді зерттеуден өндіріске көшіруге қатысады. Тексеру тапсырмаларын орындау арқылы олар өндіріс орындарының, жабдықтардың, аналитикалық әдістердің және фармацевтикалық препараттар сияқты сезімтал өнімдерді өндірудегі барлық қадамдардың әрқашан талап етілетін сапа стандарттарына сәйкес келуін қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, молекулалық биологтар пайдаланушыларға жаңа өнімдерді пайдалану туралы кеңес береді.

Басқару лауазымдары көбінесе магистрлік бағдарламаны қажет етеді.

Зерттеу және білім берудегі молекулалық биологтар

Ғылым мен зерттеу саласында молекулалық биологтар жасушадағы белоктарды тану, тасымалдау, қатпарлау және кодификациялау сияқты тақырыптармен айналысады. Әртүрлі салаларда практикалық қолдану үшін негіз болып табылатын зерттеу нәтижелері жарияланады және осылайша басқа ғалымдар мен студенттерге қолжетімді болады. Конференциялар мен конгрестерде ғылыми қызмет нәтижелерін талқылап, таныстырады. Молекулярлық биологтар дәрістер мен семинарлар оқиды, жетекшілік етеді ғылыми жұмысжәне емтихан тапсырады.

Дербес ғылыми қызмет магистратура мен докторантураны қажет етеді.

1. Кіріспе.

Молекулярлық биология және генетика пәні, міндеттері және әдістері. Молекулярлық биология мен гендік инженерияның дамуындағы «классикалық» генетика мен микроорганизмдер генетикасының маңызы. «Классикалық» және молекулалық генетикадағы ген туралы түсінік, оның эволюциясы. Молекулярлық генетиканың дамуына гендік инженерия әдістемесінің қосқан үлесі. Биотехнология үшін гендік инженерияның қолданбалы мәні.

2. Тұқым қуалаушылықтың молекулалық негіздері.

Жасуша туралы түсінік, оның жоғары молекулалық құрамы. Генетикалық материалдың табиғаты. ДНҚ-ның генетикалық функциясының дәлелдемелерінің тарихы.

2.1. Нуклеин қышқылдарының әртүрлі түрлері.Нуклеин қышқылдарының биологиялық қызметтері. Нуклеин қышқылдарының химиялық құрылысы, кеңістіктік құрылысы және физикалық қасиеттері. Про- және эукариоттардың генетикалық материалының құрылымдық ерекшеліктері. Қосымша Уотсон-Крик базалық жұптары. Генетикалық код. Генетикалық кодты ашу тарихы. Кодтың негізгі қасиеттері: үштік, үтірсіз код, дегенерация. Кодтық сөздіктің ерекшеліктері, кодондар отбасылары, семантикалық және «мағынасыз» кодондар. Дөңгелек ДНҚ молекулалары және ДНҚ супер орамдары туралы түсінік. ДНҚ топоизомерлері және олардың түрлері. Топоизомеразалардың әсер ету механизмдері. Бактериялық ДНҚ гиразасы.

2.2. ДНҚ транскрипциясы.Прокариоттық РНҚ-полимераза, оның суббірлігі және үш өлшемді құрылымдары. Сигма факторларының әртүрлілігі. Прокариот генінің промоторы, оның құрылымдық элементтері. Транскрипция циклінің кезеңдері. Транскрипцияның инициациясы, түзілуі, «ашық комплекс», ұзаруы және аяқталуы. транскрипцияның әлсіреуі. Триптофан оперонының экспрессиясының реттелуі. «Рибосқосқыштар». Транскрипцияны тоқтату механизмдері. Транскрипцияның теріс және оң реттелуі. лактоза опероны. Ламбда фагтарының дамуындағы транскрипциялық реттеу. Реттеуші белоктар арқылы ДНҚ тану принциптері (CAP ақуызы және ламбда фагының репрессоры). Эукариоттардағы транскрипцияның ерекшеліктері. Эукариоттарда РНҚ өңдеу. Транскрипттерді жабу, сплайсинг және полиаденилдеу. біріктіру механизмдері. Ұсақ ядролық РНҚ және белок факторларының рөлі. Альтернативті сплайсинг, мысалдар.

2.3. Хабар тарату, оның кезеңдері, рибосомалардың қызметі. Рибосомалардың жасушадағы орналасуы. Рибосомалардың прокариоттық және эукариоттық түрлері; 70S және 80S рибосомалары. Рибосомалардың морфологиясы. Бөлшектерге (бөлшектерге) бөлу. Элонгация цикліндегі аминоацил-тРНҚ-ның кодонға тәуелді байланысуы. Кодон-антикодондық әрекеттесу. Аминоацил-тРНҚ-ның рибосомамен байланысуына EF1 (EF-Tu) ұзарту факторының қатысуы. Элонгация коэффициенті EF1B (EF-Ts), оның қызметі, оның қатысуымен жүретін реакциялардың реттілігі. Аминоацил-тРНҚ-ның рибосомамен кодонға тәуелді байланысу сатысына әсер ететін антибиотиктер. Аминогликозидті антибиотиктер (стрептомицин, неомицин, канамицин, гентамицин және т.б.), олардың әсер ету механизмі. Тетрациклиндер рибосомамен аминоацил-тРНҚ байланысуының ингибиторлары ретінде. Трансляцияны бастау. Инициация процесінің негізгі кезеңдері. Прокариоттардағы трансляциялық инициация: инициация факторлары, инициатор кодондары, рибосомалық кіші суббірліктің РНҚ 3¢-соңы және мРНҚ-дағы Shine-Dalgarno тізбегі. Эукариоттардағы трансляция инициациясы: инициация факторлары, инициатор кодондары, 5¢-трансляцияланбаған аймақ және қақпаққа тәуелді терминал инициациясы. Эукариоттардағы «ішкі» қалпаққа тәуелсіз инициация. Транспептидация. Транспептидация ингибиторлары: левомицетин, линкомицин, амицетин, стрептограминдер, анизомицин. Транслокация. Ұзарту факторы EF2 (EF-G) және GTP қатысуы. Транслокация тежегіштері: фузид қышқылы, виомицин, олардың әсер ету механизмдері. Аударманы тоқтату. Терминация кодондары. Прокариоттар мен эукариоттардың ақуызды тоқтату факторлары; тоқтату факторларының екі класы және олардың әсер ету механизмдері. Прокариоттарда трансляцияның реттелуі.

2.4. ДНҚ репликациясыжәне оның генетикалық бақылауы. Репликацияға қатысатын полимеразалар, олардың ферментативті белсенділігінің сипаттамасы. ДНҚ адалдығы. Репликация кезіндегі ДНҚ негізі жұптары арасындағы стерикалық әсерлесулердің рөлі. E. coli полимеразалары I, II және III. Полимераз III суббірліктер. Репликация шанышқысы, репликация кезінде «жетекші» және «артта қалған» ағындар. Оказаки фрагменттері. Репликация шанышқысындағы белоктар кешені. E. coli-де репликация инициациясының реттелуі. Бактерияларда репликацияның аяқталуы. Плазмидтердің репликациясының реттелу ерекшеліктері. Екі бағытты және айналмалы сақинаның репликациясы.

2.5. Рекомбинация, оның түрлері мен үлгілері. Жалпы немесе гомологиялық рекомбинация. ДНҚ-да рекомбинацияны бастайтын қос тізбекті үзілістер. Қос тізбекті үзілістерді репликациядан кейінгі жөндеудегі рекомбинацияның рөлі. Рекомбинация моделіндегі Холлидей құрылымы. E. coli-дегі жалпы рекомбинацияның энзимологиясы. RecBCD кешені. Река протеині. Рекомбинацияның репликацияны үзетін ДНҚ зақымдануында ДНҚ синтезін қамтамасыз етудегі рөлі. эукариоттардағы рекомбинация. Эукариоттардағы рекомбинация ферменттері. Сайтқа тән рекомбинация. Жалпы және спецификалық рекомбинацияның молекулалық механизмдеріндегі айырмашылықтар. Рекомбиназалардың классификациясы. Орындық рекомбинация кезінде жүзеге асырылатын хромосомалық қайта құрылымдау түрлері. Бактериялардағы учаскеге тән рекомбинацияның реттеуші рөлі. Сайтқа тән фаг рекомбинация жүйесін пайдалана отырып, көп жасушалы эукариоттық хромосомалардың құрылысы.

2.6. ДНҚ жөндеу.Репарация түрлерінің классификациясы. Тимин димерлері мен метилденген гуанинді тікелей жөндеу. Негіздерді кесу. Гликозилазалар. Жұпталмаған нуклеотидтердің репарация механизмі (сәйкессіздікті жөндеу). Репарацияланатын ДНҚ тізбегін таңдау. SOS жөндеу. Прокариоттар мен эукариоттардағы SOS репарациясына қатысатын ДНҚ-полимеразалардың қасиеттері. Бактериялардағы «бейімделу мутациялары» туралы түсінік. Қос тізбекті үзілістерді жөндеу: гомологты пострепликативті рекомбинация және ДНҚ молекуласының гомологты емес ұштарының ассоциациясы. Репликация, рекомбинация және репарация процестерінің арасындағы байланыс.

3. Мутация процесі.

Бір ген – бір фермент теориясын құрудағы биохимиялық мутанттардың рөлі. Мутация классификациясы. Нүктелік мутациялар және хромосомалық қайта құрулар, олардың түзілу механизмі. Спонтанды және индукциялық мутагенез. Мутагендердің классификациясы. Мутагенездің молекулалық механизмі. Мутагенез мен репарацияның байланысы. Мутанттарды анықтау және таңдау. Супрессия: интрагендік, интергендік және фенотиптік.

4. Хромосомадан тыс генетикалық элементтер.

Плазмидалар, олардың құрылысы және классификациясы. Жыныс факторы F, оның құрылымы және өміршеңдік кезең. Хромосоманың тасымалдануын мобилизациялаудағы F факторының рөлі. Hfr және F донорларының түзілуі.Конъюгация механизмі.Бактериофагтар, олардың құрылысы және тіршілік циклі.Вирулентті және қалыпты бактериофагтар.Лизогенез және трансдукция.Жалпы және арнайы трансдукция.Миграциялық генетикалық элементтер: транспозондар мен ИС тізбектері, олардың генетикалық метаболизмдегі рөлі.ДНҚ - прокариоттар мен эукариоттардың геномдарындағы транспозондар IS-бактериялар тізбегі, олардың құрылымы конъюгация кезінде генетикалық материалды тасымалдау мүмкіндігін анықтайтын бактериялардың F-факторының құрамдас бөлігі ретінде IS-тізбектері Бактериялар мен эукариоттардың транспозондары Тікелей репликативті емес және транспозициялардың репликативті механизмдері Көлденең транспозонды тасымалдау түсінігі және олардың құрылымдық қайта құрулардағы (эктопиялық рекомбинация) және геном эволюциясындағы рөлі.

5. Геннің құрылысы мен қызметін зерттеу.

Генетикалық талдаудың элементтері. Cis-trans комплементация сынағы. Конъюгация, трансдукция және трансформация көмегімен генетикалық карта жасау. Генетикалық карталарды құру. Жақсы генетикалық карта жасау. Гендік құрылымды физикалық талдау. гетеродуплексті талдау. Шектеу талдауы. Тізбектеу әдістері. полимеразды тізбекті реакция. Геннің қызметін ашу.

6. Гендердің экспрессиясының реттелуі. Оперон және регулон туралы түсініктер. Транскрипцияны бастау деңгейінде бақылау. Промотор, оператор және реттеуші белоктар. Ген экспрессиясының оң және теріс бақылауы. Транскрипцияның аяқталу деңгейінде бақылау. Катаболитпен басқарылатын оперондар: лактоза, галактоза, арабиноза және мальтоза оперондарының үлгілері. Аттенюатормен басқарылатын оперондар: триптофан оперонының үлгісі. Гендердің экспрессиясының көпвалентті реттелуі. Жаһандық реттеу жүйелері. Стресске реттеуші жауап. посттранскрипциялық бақылау. сигнал беру. РНҚ арқылы реттеу: кіші РНҚ, сенсорлық РНҚ.

7. Гендік инженерия негіздері. Рестрикциялық ферменттер және модификациялар. Гендерді оқшаулау және клондау. Молекулярлық клондауға арналған векторлар. Рекомбинантты ДНҚ құрылысының принциптері және оларды реципиент жасушаларына енгізу. Гендік инженерияның қолданбалы аспектілері.

A). Негізгі әдебиеттер:

1. Уотсон Дж., Туз Дж., рекомбинантты ДНҚ: қысқаша курс. – М.: Мир, 1986 ж.

2. Гендер. – М.: Мир. 1987 жыл.

3. Молекулалық биология: нуклеин қышқылдарының құрылысы және биосинтезі. / Ред. . - Жоғары мектеп М. 1990 жыл.

4., - Молекулярлық биотехнология. М. 2002 ж.

5. Спирин рибосомалары және ақуыз биосинтезі. - М .: Жоғары мектеп, 1986 ж.

б). Қосымша әдебиеттер:

1. Геномның гезині. – М.: Ғылым. 1984 жыл.

2. Гендік инженерияның Рыбхины. - Санкт-Петербург: Санкт-Петербург мемлекеттік техникалық университеті. 1999.

3. Патрушев гендері. – М.: Наука, 2000 ж.

4. Қазіргі микробиология. Прокариоттар (2 томда). – М.: Мир, 2005 ж.

5. М.Сингер, П.Берг. Гендер мен геномдар. – М.: Мир, 1998 ж.

6. Щелкунов инженериясы. - Новосибирск: Сиб. Университет, 2004 ж.

7. Степанов биологиясы. Белоктардың құрылысы мен қызметі. - М.: В.Ш., 1996 ж.

Молекулярлық биолог – миссиясы адамзатты қауіпті аурулардан құтқарудан кем емес медициналық зерттеуші. Мұндай аурулардың ішінде, мысалы, бүгінде әлемдегі өлімнің негізгі себептерінің біріне айналған онкология көшбасшыдан сәл ғана төмен - жүрек-тамыр аурулары. Онкологияны ерте диагностикалаудың жаңа әдістері, онкологиялық аурулардың алдын алу және емдеу – басым бағыт заманауи медицина. Онкология саласындағы молекулярлық биологтар организмге ерте диагностикалау немесе мақсатты дәрі-дәрмек жеткізу үшін антиденелер мен рекомбинантты (гендік-инженерлік) ақуыздарды жасайды. Бұл сала мамандары ғылым мен техниканың соңғы жетістіктерін жаңа организмдер мен органикалық заттарды жасау үшін пайдаланады. әрі қарай пайдалануғылыми-зерттеу және клиникалық қызметте. Молекулалық биологтар қолданатын әдістердің қатарында клондау, трансфекция, инфекция, полимеразды тізбекті реакция, гендердің секвенирленуі және т.б. Ресейдегі молекулярлық биологтарға қызығушылық танытқан компаниялардың бірі - PrimeBioMed LLC. Ұйым диагностика үшін антидене-реагенттерді өндірумен айналысады онкологиялық аурулар. Мұндай антиденелер негізінен ісіктің түрін, оның шығу тегі мен қатерлі ісігін, яғни метастаз беру қабілетін (дененің басқа бөліктеріне таралуын) анықтау үшін қолданылады. Антиденелер зерттелген тіннің жұқа бөліктеріне қолданылады, содан кейін олар жасушаларда белгілі бір ақуыздармен - ісік жасушаларында болатын маркерлермен байланысады, бірақ сау адамдарда жоқ және керісінше. Зерттеу нәтижелеріне байланысты одан әрі емдеу тағайындалады. PrimeBioMed клиенттеріне тек медициналық ғана емес, ғылыми мекемелер де кіреді, өйткені антиденелерді зерттеу мәселелерін шешу үшін де қолдануға болады. Мұндай жағдайларда зерттелетін ақуызды байланыстыруға қабілетті бірегей антиденелер арнайы тапсырыс бойынша белгілі бір тапсырма үшін шығарылуы мүмкін. Кәсіпорынның зерттеулерінің тағы бір перспективті бағыты – дәрілік заттарды ағзаға мақсатты (мақсатты) жеткізу. Бұл жағдайда антиденелер көлік ретінде пайдаланылады: олардың көмегімен дәрі-дәрмектер тікелей зардап шеккен органдарға жеткізіледі. Осылайша, емдеу тиімдірек болады және, мысалы, рак клеткаларына ғана емес, басқа жасушаларға да әсер ететін химиотерапияға қарағанда, денеге теріс салдары аз болады. Таяу онжылдықтарда молекулярлық биолог мамандығы сұранысқа ие болады деп күтілуде: адамның орташа өмір сүру ұзақтығының ұлғаюымен онкологиялық аурулардың саны артады. Ісіктерді ерте анықтау және молекулярлық биологтар алған заттардың көмегімен емдеудің инновациялық әдістері көптеген адамдардың өмірін сақтап, оның сапасын жақсартады.

Негізгі кәсіптік білім

Пайыздар еңбек нарығында белгілі бір білім деңгейі бар мамандардың бөлінуін көрсетеді. Мамандықты меңгеруге арналған негізгі мамандықтар жасыл түспен белгіленген.

Қабілет пен дағды

Реагенттермен, үлгілермен жұмыс істей білу, шағын заттармен жұмыс істей білу керек
Үлкен көлемдегі ақпаратпен жұмыс істеу мүмкіндігі
Қолмен жұмыс істей білу

Қызығушылықтар мен артықшылықтар

Жаңа нәрсені үйренуге деген құштарлық
Көп тапсырма режимінде жұмыс істеу мүмкіндігі (бір уақытта бірнеше реакциялар мен процестердің барысын бақылау қажет)
Дәлдік
Жауапкершілік (сіз жұмысты «ертеңге» қалдыра алмайсыз, өйткені үлгілер зақымдалуы мүмкін)
ұқыптылық
еңбекқорлық
Зейінділік (микропроцесстерді бақылау қажет)

Бейнедегі мамандық

Мария Шитова

Дарья Самойлова

Алексей Грачев

Онкология саласындағы молекулярлық биология келешегі зор кәсіби сала болып табылады, өйткені қатерлі ісікке қарсы күрес әлемдік медицинаның басым міндеттерінің бірі болып табылады.

Молекулярлық биологтар ғылымның, биотехнологиялық және инновациялық кәсіпорындардың белсенді дамуына байланысты көптеген салаларда сұранысқа ие. Бүгінгі таңда мамандардың, әсіресе, өз мамандығы бойынша біршама тәжірибесі бар мамандардың аздап тапшылығы байқалады. Осы уақытқа дейін түлектердің едәуір бөлігі шетелге жұмыс істеуді жалғастыруда. Мүмкіндіктер пайда бола бастады тиімді жұмысРесейдегі биотехнология саласында, бірақ бұқаралық сипат туралы айту әлі ерте.

Молекулярлық биологтың жұмысы маманның ғылыми қызметке белсенді қатысуын көздейді, бұл мансаптық өсу механизміне айналады. Мамандықтың дамуы ғылыми жобалар мен конференцияларға қатысу арқылы мүмкін, мүмкін білімнің сабақтас салаларын дамыту арқылы. Сондай-ақ болашақта академиялық даму кіші ғылыми қызметкерден аға ғылыми қызметкер арқылы жетекші ғылыми қызметкерге, профессорға және/немесе кафедра/зертхана меңгерушісіне дейін мүмкін болады.

сұхбат

Пирогов Сергей – 2012 жылы «Піл мен Жираф» ұйымдастырған биология пәнінен олимпиадаға дайындыққа қатысушы.
Биологиядан Халықаралық Универсиаданың жеңімпазы
Ломоносов» олимпиадасының жеңімпазы
2012 жылы биологиядан Бүкілресейлік олимпиаданың облыстық кезеңінің жеңімпазы
Мәскеу мемлекеттік университетінде оқиды. М.В. Ломоносов атындағы биология факультетінде: молекулалық биология кафедрасы, 6 курс студенті. Молекулалық генетика институтының Жануарлардың биохимиялық генетикасы зертханасында жұмыс істейді.

– Серёжа, оқырмандардың сұрақтары болса, сізге қоя алады ма?

Иә, әрине, сіз бірден сұрақ қоя аласыз. Бұл салада:

Сұрақ қою үшін осы жерді басыңыз.

– Әңгімені мектептен бастайық, сізде керемет мектеп болған жоқ па?

Мен Мәскеудің өте әлсіз мектебінде, сондай орташа орта мектепте оқыдым. Рас, бізде Мәскеу көркем театрында тамаша мұғалім болды, соның арқасында бізде мектептің негізінен номиналды «өнер тарихы» бағыты болды.

-Биология ше?

Біздің биология пәнінің мұғалімі өте егде тартқан, керең, өткір әйел болатын, бәрі одан қорқады. Бірақ оның пәніне деген сүйіспеншілік қосылмады. Мен бала кезімнен, бес жасымнан биологияға құмар болдым. Мен барлығын өзім оқыдым, негізінен анатомия мен зоология пәндерімен айналыстым. Сондықтан мектептегі пәндер менің қызығушылығыммен қатар өмір сүрді. Олимпиада барлығын өзгертті.

- Ол туралы көбірек айтып берші.

7-сыныпта мен муниципалды кезеңге алғаш рет қатыстым (әрине, бірден барлық пәндер бойынша, өйткені мен мұғалімдердің жіберуіне негіз болған жалғыз оқушы болдым). Және ол биологиядан жеңіске жетті. Содан кейін мектеп мұны күлкілі, бірақ өте қызықты емес факт ретінде қарастырды.

- Бұл сізге мектепте көмектесті ме?

Жақсы оқығаныма қарамастан, мен биология пәнінің мұғалімінен «пияз кесіндісінің сызбасында тамыры сұр емес, қоңыр түске боялу керек» деген сияқты ұқыптылықпен жиі алғаным есімде. Мұның бәрі өте көңілсіз болды. 8-сыныпта тағы да олимпиадаға бардым, бірақ қандай да бір себептермен мені биологиядан жібермеді. Бірақ басқа пәндерден жеңімпаз және жүлдегер атанды.

-9-сыныпта не болды?

9-сыныпта аудандық кезеңге өткен жоқпын. Дәл сол жерде мен күтпеген жерден әлсіз, шекаралық ұпай жинадым, бірақ ол облыстық кезеңге өтті. Оның күшті ынталандырушы күші болды - мен қаншалықты білмейтінімді және мұның барлығын қанша адам білетінін түсіну (ұлттық масштабта қанша адам бар екенін елестетуден қорықтым).

- Қалай дайындалғаныңызды айтыңыз.

Қарқынды өз бетінше оқу, кітап дүкендеріне бару және өткен жылғы мыңдаған тапсырмалар емдік әсер етті. Мен теория бойынша ең жоғары ұпайлардың бірін жинадым (бұл мен үшін де күтпеген жағдай болды), келесіге өттім. практикалық кезең...және ол сәтсіз болды. Ол кезде практикалық кезеңнің барын да білмедім.

– Олимпиада сізге әсер етті ме?

Менің өмірім түбегейлі өзгерді. Мен көптеген басқа олимпиадалар туралы білдім, әсіресе мен СБО-ға ғашық болдым. Кейіннен ол көпте жақсы нәтиже көрсетті, кейбіреулерін жеңіп алды, Ломоносовскаяның арқасында емтихансыз түсу құқығын алды. Сонымен бірге мен әлі күнге дейін біркелкі емес тыныс алатын өнер тарихынан олимпиадаларды жеңдім. Рас, ол практикалық турлармен дос болмады. 11-сыныпта мен әлі де жеттім соңғы кезең, бірақ Fortune қолайлы болмады және бұл жолы теориялық кезеңнің жауап матрицасын толтыруға уақыт болмады. Бірақ бұл практикалық туралы тым көп алаңдамауға мүмкіндік берді.

- Сіз көптеген олимпиадаларды кездестірдіңіз бе?

Иә, менің ой-өрісім кеңейген құрдастарымның ортасында жолым болды деп әлі де ойлаймын. Олимпиаданың екінші жағы пәнді үйлесімді оқуға ынталандырумен қатар, олимпиадалармен танысу болды. Қазірдің өзінде сол кезде мен көлденең байланыс кейде тік байланысқа қарағанда пайдалырақ екенін байқадым - оқу лагеріндегі мұғалімдермен.

– Университетке қалай түстіңіз? Сіз факультетті таңдадыңыз ба?

11-сыныптан кейін Мәскеу мемлекеттік университетінің биология факультетіне оқуға түстім. Менің сол кездегі жолдастарымның көпшілігі ФББ пайдасына таңдау жасады, бірақ бұл жерде менің Бүкілресейлік жеңімпаз атанбағаным басты рөл атқарды. Сондықтан мен математикадан ішкі емтихан тапсыруым керек еді, және онда, әсіресе мектепте - мен жоғарыға ғашық болдым - мен күшті емес едім. Мектепте дайындық өте нашар болды (тіпті С бөліміне түгелдей дерлік дайын болмадық). Қызығушылықтар бойынша, сол кездің өзінде мен, сайып келгенде, қабылдау орнына қарамастан, кез келген нәтижеге жетуге болатынын болжадым. Кейінірек, негізінен ылғалды биологияға ауысқан көптеген FBB түлектері бар екені белгілі болды және керісінше - көптеген жақсы биоинформатиктер әуесқой ретінде басталды. Осы кезде маған биология факультетіндегі контингент ФББшныйға ұқсамайтындай көрінді. Бұл жерде мен, әрине, қателестім.

Сіз білдіңіз бе?

Қызықты

Сіз білдіңіз бе?

Қызықты

«Піл мен Жираф» лагерінде биохимия және молекулалық биология пәндері бойынша ауысымдар өткізіледі, мұнда мектеп оқушылары Мәскеу мемлекеттік университетінің тәжірибелі оқытушыларымен бірге тәжірибелер жасап, олимпиадаларға дайындалады.

© Сұхбаттасқан Решетов Денис. Фотосуреттерді Сергей Пирогов сыйлады.

Молекулярлық биология жансыз құрылымдардағы немесе тіршілік әрекетінің элементарлы белгілері бар жүйелердегі тіршілік көріністерін зерттейді (бұл жеке биологиялық макромолекулалар, олардың кешендері немесе органеллалары болуы мүмкін), тірі материяны сипаттайтын негізгі процестердің қалай жүзеге асатынын зерттейді деп айтуға болады. химиялық әрекеттесулержәне түрлендірулер.

Молекулалық биологияның биохимиядан дербес ғылым саласына бөлінуі оның негізгі міндеті әртүрлі процестерге қатысатын биологиялық макромолекулалардың құрылымы мен қасиеттерін зерттеу, олардың өзара әрекеттесу механизмдерін түсіндіру болып табылатындығымен түсіндіріледі. Ал биохимия тіршілік әрекетінің нақты процестерін, олардың тірі организмдегі жүру заңдылықтарын және осы процестермен бірге жүретін молекулалардың түрленуін зерттеумен айналысады. Сайып келгенде, молекулалық биология сол немесе басқа процесс неліктен жүреді деген сұраққа жауап беруге тырысса, биохимия химия тұрғысынан қарастырылатын процесс қайда және қалай жүреді деген сұрақтарға жауап береді.

Оқиға

Молекулалық биология биохимияның жеке саласы ретінде 1930 жылдары қалыптаса бастады. Тіршілік құбылысын тереңірек түсіну үшін тірі ағзалардағы тұқым қуалайтын ақпаратты сақтау және беру процестерін молекулалық деңгейде мақсатты түрде зерттеу қажеттілігі сол кезде туындады. Содан кейін нуклеин қышқылдары мен белоктардың құрылымын, қасиеттерін және өзара әрекеттесуін зерттеуде молекулалық биологияның міндеті анықталды. «Молекулярлық биология» терминін алғаш рет ағылшын ғалымы Уильям Астбери молекулалық құрылым мен физикалық және физикалық арасындағы байланысты анықтауға байланысты зерттеулер контекстінде қолданған. биологиялық қасиеттеріколлаген, қан фибрині немесе бұлшықеттің жиырылғыш ақуыздары сияқты фибриллярлық ақуыздар.

Молекулалық биологияның алғашқы күндерінде РНҚ өсімдіктер мен саңырауқұлақтардың құрамдас бөлігі болып саналса, ДНҚ жануарлар жасушаларының типтік компоненті ретінде қарастырылды. ДНҚ-ның өсімдіктерде кездесетінін алғаш дәлелдеген зерттеуші 1935 жылы бұршақ ДНҚ-сын бөліп алған Андрей Николаевич Белозерский болды. Бұл жаңалық ДНҚ-ның өсімдіктер мен жануарлар жасушаларында болатын әмбебап нуклеин қышқылы екенін дәлелдеді.

Джордж Бидл мен Эдвард Татумның гендер мен белоктар арасындағы тікелей себептік байланысты орнатуы басты жетістік болды. Өз тәжірибелерінде олар нейроспора жасушаларын ( Нейроспораcrassa) Мутацияларды тудырған рентгендік әсер. Алынған нәтижелер бұл ерекше ферменттердің қасиеттерінің өзгеруіне әкелетінін көрсетті.

1940 жылы Альберт Клод жануарлар жасушаларының цитоплазмасынан митохондриялардан кіші цитоплазмалық РНҚ бар түйіршіктерді бөліп алды. Ол оларды микросомалар деп атады. Кейіннен оқшауланған бөлшектердің құрылымы мен қасиеттерін зерттеуде олардың ақуыз биосинтезі процесіндегі іргелі рөлі анықталды. 1958 жылы осы бөлшектерге арналған бірінші симпозиумда бұл бөлшектерді рибосомалар деп атау туралы шешім қабылданды.

Молекулярлық биологияның дамуындағы тағы бір маңызды қадам 1944 жылы Освальд Эвери, Колин Маклеод және Маклин Маккарти тәжірибесінің жарияланған мәліметтері болды, бұл ДНҚ бактериялық трансформацияның себебі болып табылатынын көрсетті. Бұл гендердің ақуыздық табиғаты туралы бұрынғы идеяны жоққа шығаратын, тұқым қуалайтын ақпаратты берудегі ДНҚ рөлінің алғашқы эксперименталды дәлелі болды.

1950 жылдардың басында Фредерик Сэнгер белок тізбегі аминқышқылдары қалдықтарының бірегей тізбегі екенін көрсетті. 1950 жылдардың соңында Макс Перутц пен Джон Кендру алғашқы белоктардың кеңістіктік құрылымын ашты. 2000 жылдың өзінде-ақ жүздеген мың табиғи аминқышқылдарының тізбегі және белоктардың мыңдаған кеңістіктік құрылымдары белгілі болды.

Шамамен сол уақытта Эрвин Чаргаффтың зерттеулері ДНҚ-дағы азотты негіздердің арақатынасын сипаттайтын ережелерді тұжырымдауға мүмкіндік берді (ережелерде ДНҚ-дағы түрлердің айырмашылығына қарамастан, гуанин мөлшері цитозин мөлшеріне, ал аденин мөлшеріне тең болады) мин мөлшеріне тең), бұл кейіннен молекулалық биологиядағы ең үлкен серпіліс жасауға және жалпы биологиядағы ең үлкен жаңалықтардың бірі болуға көмектесті.

Бұл оқиға 1953 жылы Джеймс Уотсон мен Фрэнсис Крик Розалинд Франклин мен Морис Уилкинстің жұмысына негізделген кезде орын алды. Рентгендік дифракциялық талдауДНҚ, ДНҚ молекуласының қос тізбекті құрылымын белгіледі. Бұл жаңалық тұқым қуалайтын ақпаратты тасымалдаушының өздігінен көбею қабілеті туралы іргелі сұраққа жауап беруге және мұндай ақпаратты беру механизмін түсінуге мүмкіндік берді. Сол ғалымдар азотты негіздердің комплементарлылық принципін тұжырымдады, бұл супрамолекулалық құрылымдардың қалыптасу механизмін түсіну үшін шешуші мәнге ие. Қазіргі кезде барлық молекулалық кешендерді сипаттау үшін қолданылатын бұл принцип екіншілік, үшіншілік және т.б. түзілу мүмкіндігін анықтайтын әлсіз (валентті емес) молекулааралық әрекеттесулердің пайда болу шарттарын сипаттауға және болжауға мүмкіндік береді. макромолекулалардың құрылымдары, молекулалық құрылымдардың осындай алуан түрлілігін және олардың функционалдық жиынтықтарын анықтайтын супрамолекулалық биологиялық жүйелердің өздігінен жиналуы. Содан кейін, 1953 жылы Molecular Biology журналы ғылыми журналы пайда болды. Оны Джон Кендру басқарды, оның ғылыми қызығушылық саласы глобулярлық ақуыздардың құрылымын зерттеу болды (1962 жылы Макс Перуцпен бірге Нобель сыйлығы). «Молекулалық биология» деп аталатын орыс тіліндегі ұқсас журналды КСРО-да 1966 жылы В.А.Энгельгардт құрды.

1958 жылы Фрэнсис Крик деп аталатын тұжырымды тұжырымдады. молекулярлық биологияның орталық догмасы: ДНҚ → ДНҚ (репликация, ДНҚ көшірмесін жасау), ДНҚ → РНҚ (транскрипция, гендерді көшіру), РНҚ → ақуыз (трансляция, белоктардың құрылымы туралы ақпаратты декодтау). Бұл догма 1970 жылы жинақталған білімді ескере отырып біршама түзетілді, өйткені кері транскрипция құбылысын Ховард Темин және Дэвид Балтимор дербес ашқан болатын: кері транскрипцияны жүзеге асыруға жауап беретін кері транскриптаза ферменті ашылды. онкогенді вирустарда кездесетін бір тізбекті РНҚ шаблонында қос тізбекті ДНҚ түзілуі. Нуклеин қышқылдарынан белоктарға генетикалық ақпарат ағынының қатаң қажеттілігі әлі де молекулалық биологияның негізі болып қала беретінін атап өткен жөн.

1957 жылы Александр Сергеевич Спирин Андрей Николаевич Белозерскиймен бірге ДНҚ-ның нуклеотидтік құрамындағы айтарлықтай айырмашылықтарға қарамастан әртүрлі организмдер, жалпы РНҚ құрамы ұқсас. Осы деректерге сүйене отырып, олар жасушаның жалпы РНҚ ДНҚ-дан белоктарға дейін генетикалық ақпаратты тасымалдаушы ретінде әрекет ете алмайды, өйткені ол оның құрамы бойынша оған сәйкес келмейді деген сенсациялық қорытындыға келді. Сонымен бірге олар нуклеотидтік құрамы бойынша ДНҚ-ға толық сәйкес келетін және ДНҚ-дан белоктарға генетикалық ақпараттың шынайы тасымалдаушысы бола алатын РНҚ-ның аздаған бөлігі бар екенін байқады. Нәтижесінде олар ДНҚ-ның жеке бөлімдеріне құрылымы жағынан ұқсас және ДНҚ құрамындағы генетикалық ақпаратты рибосомаға беруде делдал қызметін атқаратын салыстырмалы түрде шағын РНҚ молекулаларының болуын болжаған, бұл ақпараттың көмегімен ақуыз молекулалары синтезделеді. 1961 жылы (С. Бреннер, Ф. Джейкоб, М. Месельсон бір жағынан және Ф. Грос, Франсуа Якоб және Жак Монод алғаш рет мұндай молекулалардың – ақпараттық (матрицалық) РНҚ-ның бар екенін тәжірибе жүзінде растады. Сонымен бірге. олар ДНҚ-ның функционалдық бірліктері – оперонның тұжырымдамасы мен моделін жасады, бұл прокариоттарда гендердің экспрессиясының реттелуі қалай жүзеге асатынын нақты түсіндіруге мүмкіндік берді.Белок биосинтезінің механизмдерін және құрылымдық ұйымдасу принциптерін зерттеу және молекулалық машиналар – рибосомалардың жұмысы молекулалық биологияның орталық догмасы деп аталатын генетикалық ақпараттың қозғалысын сипаттайтын постулатты тұжырымдауға мүмкіндік берді: ДНҚ – мРНҚ – белок.

1961 жылы және одан кейінгі бірнеше жылда Генрих Маттей мен Маршалл Ниренберг, одан кейін Хар Корана мен Роберт Холли генетикалық кодты ашу бойынша бірнеше жұмыс жүргізді, нәтижесінде ДНҚ құрылымы мен синтезделген ақуыздар арасында тікелей байланыс орнатылды. және ақуыздағы аминқышқылдарының жиынтығын анықтайтын нуклеотидтер тізбегі. Генетикалық кодтың әмбебаптығы туралы деректер де алынды. Жаңалықтар белгіленді нобель сыйлығы 1968.

РНҚ функциялары туралы заманауи идеяларды дамыту үшін Александр Сергеевич Спириннің 1958 жылы Андрей Николаевич Белозерскиймен, Чарльз Бреннер бірлескен авторлармен және Саулмен бірге жұмысының нәтижелері негізінде жасалған кодталмаған РНҚ-ны ашу үшін. Шпигельман 1961 жылы шешуші болды. РНҚ-ның бұл түрі жасушалық РНҚ-ның негізгі бөлігін құрайды. Рибосомалық РНҚ негізінен кодталмайды.

Жануарлар жасушаларын өсіру және будандастыру әдістері айтарлықтай дамыды. 1963 жылы Франсуа Джейкоб пен Сидней Бреннер репликон идеясын тұжырымдады, бұл гендердің репликациясын реттеудің маңызды аспектілерін түсіндіретін туа біткен репликацияланатын гендердің тізбегі.

1967 жылы А.С.Спириннің зертханасында рибосомалық бөлшектің морфологиясын ықшам бүктелген РНҚ пішіні анықтайтыны алғаш рет көрсетілді.

1968 жылы маңызды іргелі жаңалық жасалды. Оказаки репликация процесін зерттеуде артта қалған тізбектің ДНҚ фрагменттерін тауып, оның атымен Оказаки фрагменттерін атады, ДНҚ репликациясының механизмін түсіндірді.

1970 жылы Ховард Темин мен Дэвид Балтимор дербес маңызды жаңалық ашты: фермент – кері транскриптазаны жүзеге асыруға жауап беретін кері транскриптаза – бір тізбекті РНҚ шаблонында қос тізбекті ДНҚ түзілуі, ол ашылды. құрамында РНҚ бар онкогенді вирустар.

Молекулалық биологияның тағы бір маңызды жетістігі мутация механизмін молекулалық деңгейде түсіндіру болды. Бірқатар зерттеулер нәтижесінде мутацияның негізгі түрлері анықталды: дубликация, инверсия, делеция, транслокация және транспозиция. Бұл эволюциялық өзгерістерді гендік процестер тұрғысынан қарастыруға мүмкіндік берді және филогенезде қолданылатын молекулалық сағаттар теориясын жасауға мүмкіндік берді.

1970 жылдардың басында тірі ағзадағы нуклеин қышқылдары мен белоктардың қызмет етуінің негізгі принциптері тұжырымдалған болатын. Организмдегі белоктар мен нуклеин қышқылдары матрицалық механизм бойынша синтезделетіні, матрица молекуласы аминқышқылдарының (ақуыздағы) немесе нуклеотидтердің (нуклеин қышқылында) орналасу реті туралы шифрланған ақпаратты тасымалдайтыны анықталды. Репликация (ДНҚ екі еселенуі) немесе транскрипция (мРНҚ синтезі) кезінде ДНҚ осындай шаблон қызметін атқарады, трансляция кезінде (ақуыз синтезі) немесе кері транскрипция – мРНҚ.

Осылайша, молекулалық биологияның қолданбалы салаларын, атап айтқанда, гендік инженерияны дамыту үшін теориялық алғышарттар жасалды. 1972 жылы Пол Берг, Герберт Бауэр және Стэнли Коэн молекулалық клондау технологиясын жасады. Содан кейін олар бірінші болып in vitro рекомбинантты ДНҚ алды. Бұл көрнекті эксперименттер гендік инженерияның негізін қалады және биылғы жыл осы ғылыми бағыттың туған күні болып саналады.

1977 жылы Фредерик Сэнгер және дербес Аллан Максум мен Уолтер Гилберт әзірледі. әртүрлі әдістерДНҚ-ның бастапқы құрылымын (секвенирлеуін) анықтау. Сэнгер әдісі, тізбекті тоқтату әдісі деп аталатын, қазіргі секвенирлеу әдісінің негізі болып табылады. Тізбектілік принципі циклдік реттілік реакциясында терминатор ретінде әрекет ететін таңбаланған негіздерді пайдалануға негізделген. Бұл әдіс талдауды жылдам жүргізу мүмкіндігіне байланысты кең тарады.

1976 - Фредерик. Сэнгер ұзындығы 5375 жұп нуклеотидтік φΧ174 фагының ДНҚ нуклеотидтер тізбегін ашты.

1981 - Орақ жасушалы анемия ДНҚ сынағы арқылы диагноз қойылған алғашқы генетикалық ауру болды.

1982-1983 жж. Т.Чек пен С.Алтманның американдық зертханаларында РНҚ-ның каталитикалық функциясының ашылуы белоктардың ерекше рөлі туралы бұрыннан бар идеяларды өзгертті. Каталитикалық белоктарға – ферменттерге ұқсастық бойынша каталитикалық РНҚ рибозимдер деп аталды.

1987 Кери Муллес полимеразды тізбекті реакцияны ашты, оның арқасында әрі қарай жұмыс істеу үшін ерітіндідегі ДНҚ молекулаларының санын жасанды түрде айтарлықтай арттыруға болады. Қазіргі уақытта ол тұқым қуалайтын және вирустық ауруларды зерттеуде, гендерді зерттеуде және генетикалық сәйкестендіру мен туыстық қатынаста және т.б. қолданылатын молекулалық биологияның маңызды әдістерінің бірі болып табылады.

1990 жылы бір мезгілде ғалымдардың үш тобы зертханалық жағдайда синтетикалық функционалдық белсенді РНҚ-ны тез алуға мүмкіндік беретін әдісті жариялады (жасанды рибозимдер немесе әртүрлі лигандтармен әрекеттесетін молекулалар - аптамерлер). Бұл әдіс «эволюция in vitro» деп аталады. Ал содан кейін көп ұзамай 1991-1993 жылдары зертханада А.Б. Четверинаға қатты ортада колониялар түріндегі РНҚ молекулаларының болуы, өсуі және күшею мүмкіндігі эксперименталды түрде көрсетілді.

1998 жылы дерлік бір мезгілде Крейг Мелло мен Эндрю Файр бактериялар мен гүлдермен гендік тәжірибелерде бұрын байқалған механизмді сипаттады. РНҚ интерференциясы, онда шағын екі тізбекті РНҚ молекуласы ген экспрессиясының белгілі бір басылуына әкеледі.

РНҚ интерференциясының механизмін ашудың қазіргі молекулалық биология үшін үлкен практикалық маңызы бар. Бұл құбылыс ғылыми тәжірибелерде «өшіру» құралы ретінде кеңінен қолданылады, яғни жеке гендердің экспрессиясын басу. Бұл әдіс зерттелетін гендердің белсенділігін қайтымды (уақытша) басуға мүмкіндік беретіні ерекше қызығушылық тудырады. Бұл құбылысты вирустық, ісік, дегенеративті және метаболикалық ауруларды емдеуге қолдану бойынша зерттеулер жүргізілуде. Айта кету керек, 2002 жылы полиомиелит вирустарының мутанттары табылды, олар РНҚ-ның кедергісін болдырмайды, сондықтан шын мәнінде полиомиелит вирусын дамыту үшін көп еңбек қажет. тиімді әдістеросы құбылысқа негізделген емдеу.

1999-2001 жылдары зерттеушілердің бірнеше тобы 5,5-тен 2,4 ангстромға дейінгі рұқсатпен бактериялық рибосоманың құрылымын анықтады.

Элемент

Молекулярлық биологияның тірі табиғатты танудағы жетістіктерін асыра бағалау мүмкін емес. Табысты зерттеу тұжырымдамасының арқасында үлкен жетістікке қол жеткізілді: күрделі биологиялық процестер жеке молекулалық жүйелер тұрғысынан қарастырылады, бұл нақты физика-химиялық зерттеу әдістерін қолдануға мүмкіндік береді. Ол сонымен қатар ғылымның осы саласына жақын салалардан: химия, физика, цитология, вирусология сияқты көптеген ұлы ойларды тартты, бұл да осы саладағы ғылыми білімнің ауқымы мен даму жылдамдығына пайдалы әсер етті. ДНҚ құрылымын анықтау, генетикалық кодты ашу, геномның жасанды бағытталған модификациясы сияқты маңызды жаңалықтар организмдердің даму процестерінің ерекшеліктерін әлдеқайда тереңірек түсінуге және көптеген маңызды іргелі және маңызды мәселелерді сәтті шешуге мүмкіндік берді. көп ұзамай шешімін таппаған қолданбалы ғылыми, медициналық және әлеуметтік мәселелер.

Молекулалық биологияның зерттеу пәні негізінен белоктар, нуклеин қышқылдары және олардың негізіндегі молекулалық комплекстер (молекулалық машиналар) және олар қатысатын процестер.

Нуклеин қышқылдары – фосфат топтарының күрделі эфирлік байланысымен өзара байланысқан нуклеотидтік бірліктерден (циклдің бесінші атомында фосфат тобы бар бес мүшелі қанттың қосылыстары және төрт азотты негіздердің бірі) түзілген сызықты полимерлер. Осылайша, нуклеин қышқылы жанама алмастырғыштар ретінде азотты негіздер бар пентозофосфатты полимер болып табылады. Химиялық құрамыРНҚ тізбегінің ДНҚ-дан айырмашылығы біріншісі бес мүшелі рибоза көмірсу циклінен, ал екіншісі дегидроксилденген рибоза туындысы – дезоксирибозадан тұрады. Сонымен бірге бұл молекулалар кеңістікте айтарлықтай ерекшеленеді, өйткені РНҚ икемді бір тізбекті молекула, ал ДНҚ қос тізбекті молекула.

Белоктар – сызықты полимерлер, олар пептидтік байланыс арқылы өзара байланысқан альфа-амин қышқылдарының тізбегі, сондықтан олардың екінші атауы – полипептидтер. Табиғи ақуыздардың құрамына көптеген әртүрлі аминқышқылдары кіреді - адамдарда 20-ға дейін - бұл молекулалардың көптеген функционалдық қасиеттерін анықтайды. Осы немесе басқа белоктар ағзадағы барлық дерлік процестерге қатысады және көптеген міндеттерді орындайды: олар жасушалық құрылыс материалының рөлін атқарады, заттар мен иондардың тасымалдануын қамтамасыз етеді, катализдейді. химиялық реакциялар, бұл тізім өте ұзақ. Белоктар ұйымдастырудың әртүрлі деңгейлерінің тұрақты молекулалық конформациясын (екінші және үшінші реттік құрылымдар) және молекулалық кешендерді құрайды, бұл олардың функционалдығын одан әрі кеңейтеді. Бұл молекулалар күрделі кеңістіктік глобулярлық құрылымның қалыптасуына байланысты белгілі бір міндеттерді орындау үшін жоғары ерекшелікке ие болуы мүмкін. Ақуыздардың алуан түрлілігі ғалымдардың молекулалардың осы түріне тұрақты қызығушылығын қамтамасыз етеді.

Молекулалық биология пәні туралы қазіргі заманғы идеялар молекулалық биологияның орталық догмасы ретінде алғаш рет 1958 жылы Фрэнсис Крик ұсынған жалпылама тұжырымға негізделген. Оның мәні тірі ағзалардағы генетикалық ақпарат жүзеге асырудың қатаң белгіленген кезеңдерден өтеді: тұқым қуалаушылықтың кіре берісінде ДНҚ-дан ДНҚ-ға, ДНҚ-дан РНҚ-ға, содан кейін РНҚ-дан ақуызға көшіріледі, ал кері өту мүмкін емес деген тұжырым болды. Бұл мәлімдеме ішінара ғана шындық болды, сондықтан кейіннен орталық догма жаңадан ашылған деректерге назар аудара отырып түзетілді.

Қазіргі уақытта генетикалық ақпараттың болуының үш түрін: ДНҚ, РНҚ және ақуызды жүзеге асыру үшін әртүрлі реттілігін білдіретін генетикалық материалды жүзеге асырудың бірнеше жолы бар. Жүзеге асырудың тоғыз ықтимал тәсілі бойынша үш топ бөлінеді: бұл тірі организмдердің көпшілігінде қалыпты түрде жүзеге асырылатын үш жалпы түрлендіру (жалпы); кейбір вирустарда немесе арнайы зертханалық жағдайларда жүргізілетін үш арнайы трансформация (арнайы); жүзеге асыру мүмкін емес деп саналатын үш белгісіз түрлендіру (белгісіз).

Жалпы түрлендірулерге генетикалық кодты жүзеге асырудың келесі тәсілдері жатады: ДНҚ→ДНҚ (репликация), ДНҚ→РНҚ (транскрипция), РНҚ→ақуыз (трансляция).

Тұқым қуалайтын белгілердің берілуін жүзеге асыру үшін ата-аналар өздерінің ұрпақтарына толыққанды ДНҚ молекуласын беруі керек. Бастапқы ДНҚ-ның дәл көшірмесін синтездеуге, демек, генетикалық материалды тасымалдауға болатын процесс репликация деп аталады. Ол молекуланы ашатын (оның кесіндісін түзететін), қос спиралды босататын және ДНҚ-полимеразаның көмегімен бастапқы ДНҚ молекуласының дәл көшірмесін жасайтын арнайы ақуыздар арқылы жүзеге асырылады.

Жасушаның өмір сүруін қамтамасыз ету үшін ол ДНҚ қос спираліне енгізілген генетикалық кодқа үнемі сілтеме жасауы керек. Дегенмен, бұл молекула тым үлкен және ебедейсіз, үздіксіз ақуыз синтезі үшін генетикалық материалдың тікелей көзі ретінде пайдалану үшін. Сондықтан ДНҚ-ға енгізілген ақпаратты жүзеге асыру барысында аралық кезең жүреді: белгілі бір ақуызды кодтайтын ДНҚ-ның белгілі бір сегментіне комплементарлы шағын бір тізбекті молекула болып табылатын мРНҚ синтезі. Транскрипция процесі РНҚ-полимераза және транскрипция факторларымен қамтамасыз етіледі. Содан кейін алынған молекула жасушаның ақуыз синтезіне жауапты бөлігіне - рибосомаға оңай жеткізілуі мүмкін.

РНҚ рибосомаға енгеннен кейін генетикалық ақпаратты жүзеге асырудың соңғы кезеңі басталады. Бұл жағдайда рибосома кодондар деп аталатын триплеттерде мРНҚ-дан генетикалық кодты оқиды және алынған ақпарат негізінде сәйкес ақуызды синтездейді.

Арнайы трансформациялар барысында генетикалық код РНҚ → РНҚ (репликация), РНҚ → ДНҚ (кері транскрипция), ДНҚ → ақуыз (тікелей трансляция) схемасы бойынша жүзеге асады. Бұл түрдің репликациясы көптеген вирустарда жүзеге асады, онда оны РНҚ-тәуелді РНҚ-полимераза ферменті жүзеге асырады. Ұқсас ферменттер эукариоттық жасушаларда да кездеседі, онда олар РНҚ-ның дыбыссыздану процесімен байланысты. Кері транскрипция ретровирустарда табылған, онда ол кері транскриптаза ферменті арқылы жүзеге асады, ал кейбір жағдайларда эукариоттық жасушаларда, мысалы, теломерлік синтез кезінде. Тірі берілу тек жасанды жағдайда жасушадан тыс оқшауланған жүйеде жүзеге асырылады.

Генетикалық ақпараттың белоктан ақуызға, РНҚ немесе ДНҚ-ға ауысуы мүмкін үш мүмкін емес деп саналады. Нәтижесінде ұқсас прион түзілетін протеиндерге приондардың әсер ету жағдайын шартты түрде генетикалық ақпарат протеин → ақуыздың жүзеге асу түріне жатқызуға болады. Алайда, формальды түрде бұл ондай емес, өйткені ол ақуыздағы аминқышқылдарының тізбегіне әсер етпейді.

«Орталық догма» терминінің пайда болу тарихы қызықты. Догма сөзі негізінен күмән тудырмайтын тұжырымды білдіретіндіктен және бұл сөздің өзі нақты діни коннотацияға ие болғандықтан, оны ғылыми фактіні сипаттау ретінде таңдау толығымен заңды емес. Фрэнсис Криктің айтуынша, бұл оның қателігі. Ол алға қойылған теорияға көбірек мән беруді, оны басқа теориялар мен гипотезалардың астарынан ажыратуды; Неліктен ол бұл ұлылықты, оның ойынша, оның шынайы мағынасын түсінбей, қолдануды шешті. Алайда, аты өшіп қалды.

Қазіргі кездегі молекулалық биология

Молекулярлық биологияның қарқынды дамуы, қоғамның осы саладағы жетістіктерге үнемі қызығушылық танытуы және зерттеудің объективті маңыздылығының пайда болуына әкелді. үлкен сандүние жүзіндегі молекулалық биологияның ірі зерттеу орталықтары. Ең ірілерінің ішінде мыналарды атап өткен жөн: Кембридждегі молекулалық биология зертханасы, Лондондағы Корольдік институт – Ұлыбританияда; Париждегі, Марсельдегі және Страсбургтегі молекулалық биология институттары, Пастер институты – Францияда; Гарвард университетінде және Массачусетс технологиялық институтында, Беркли университетінде, Калифорния технологиялық институтында, Рокфеллер университетінде, Бетезда қоғамдық денсаулық сақтау институтында – АҚШ-та молекулалық биология кафедралары; Макс Планк институттары, Геттинген және Мюнхен университеттері, Берлиндегі Орталық молекулалық биология институты, Йена және Галле институттары – Германияда; Стокгольмдегі Каролинская институты, Швеция.

Ресейде бұл саладағы жетекші орталықтар Молекулярлық биология институты болып табылады. РҒА Молекулярлық генетика институты, РҒА гендік биология институты, В.А. атындағы Физико-химиялық биология институты. Белозерский атындағы Мәскеу мемлекеттік университеті. М.В.Ломоносов атындағы биохимия институты. А.Н.Бах РҒА және Пущинодағы РҒА ақуыз институты.

Бүгінгі таңда молекулярлық биологтардың қызығушылық саласы іргелі ғылыми мәселелердің кең ауқымын қамтиды. Бұрынғыдай нуклеин қышқылдарының құрылымын және ақуыз биосинтезін зерттеу, әртүрлі жасушаішілік құрылымдар мен жасуша беттерінің құрылымы мен қызметін зерттеу жетекші рөл атқарады. Сондай-ақ сигналдарды қабылдау және беру механизмдерін, қосылыстардың жасуша ішінде, сондай-ақ жасушадан сыртқы ортаға және кері тасымалдануының молекулалық механизмдерін зерттеу зерттеудің маңызды бағыттары болып табылады. Қолданбалы молекулярлық биология саласындағы ғылыми зерттеулердің негізгі бағыттарының ішінде ісіктердің пайда болуы мен дамуы проблемасы ең басымдылықтардың бірі болып табылады. Сондай-ақ молекулярлық биология – молекулярлық генетика бөлімі зерттейтін өте маңызды бағыт – тұқым қуалайтын аурулардың және вирустық аурулардың, мысалы, ЖИТС-тің пайда болуының молекулалық негіздерін зерттеу, сондай-ақ оларды жою әдістерін жасау. алдын алу және, мүмкін, гендік деңгейде емдеу. Сот медицинасындағы молекулярлық биологтардың ашқан жаңалықтары мен әзірлемелері кең қолданыс тапты. Тұлғаны сәйкестендіру саласындағы нағыз революцияны 80-ші жылдары Ресей, АҚШ және Ұлыбритания ғалымдары «геномдық саусақ ізі» әдісін әзірлеу және енгізу - күнделікті тәжірибеде ДНҚ сәйкестендіру арқасында жасады. Бұл бағыттағы зерттеулер күні бүгінге дейін жалғасуда. заманауи әдістерпайыздың миллиардтан бір бөлігіндегі қателік ықтималдығы бар адамды анықтауға мүмкіндік береді. Қазірдің өзінде генетикалық төлқұжат жобасы белсенді түрде әзірленуде, ол күткендей қылмыс деңгейін айтарлықтай төмендетеді.

Әдістеме

Бүгінгі таңда молекулярлық биологияда ең озық және ең шешуші әдістердің кең арсеналы бар қиын тапсырмаларғалымдардың алдында тұр.

Молекулалық биологиядағы кең тараған әдістердің бірі гельдік электрофорез болып табылады, ол макромолекулалар қоспасын өлшемі немесе заряды бойынша бөлу мәселесін шешеді. Әрқашан дерлік, гельдегі макромолекулаларды бөліп алғаннан кейін, олармен әрі қарай жұмыс істеуге, атап айтқанда будандастыруға ыңғайлы болу үшін макромолекулаларды гельден ( сорб) мембрана бетіне тасымалдауға мүмкіндік беретін әдіс қолданылады. Гибридизация – табиғаты әртүрлі екі тізбектен гибридті ДНҚ түзілуі – маңызды рөл атқаратын әдіс. іргелі зерттеулер. анықтау үшін қолданылады толықтырушыәртүрлі ДНҚ-дағы сегменттер (ДНҚ әртүрлі түрлері), оның көмегімен жаңа гендер ізделеді, оның көмегімен РНҚ интерференциясы ашылды және оның принципі геномдық саусақ ізін алудың негізін құрады.

Молекулярлық биологиялық зерттеулердің қазіргі тәжірибесінде маңызды рөлді секвенирлеу әдісі – нуклеин қышқылдарындағы нуклеотидтердің және белоктардағы аминқышқылдарының ретін анықтау болып табылады.

Қазіргі молекулалық биологияны полимеразды тізбекті реакция (ПТР) әдісінсіз елестету мүмкін емес. Осы әдістің арқасында белгілі бір ДНҚ тізбегінің көшірмелерінің санын көбейту (күшейту) бір молекуладан онымен әрі қарай жұмыс істеу үшін заттың жеткілікті мөлшерін алу үшін жүзеге асырылады. Ұқсас нәтижеге молекулалық клондау технологиясы арқылы қол жеткізіледі, онда қажетті нуклеотидтер тізбегі бактериялардың ДНҚ-сына (тірі жүйелер) енгізіледі, содан кейін бактериялардың көбеюі қажетті нәтижеге әкеледі. Бұл тәсіл техникалық жағынан әлдеқайда күрделі, бірақ ол бір уақытта зерттелетін нуклеотидтер тізбегінің өрнек нәтижесін алуға мүмкіндік береді.

Сондай-ақ ультрацентрифугалау әдістері молекулалық биологиялық зерттеулерде (макромолекулаларды бөлу үшін) кеңінен қолданылады. үлкен мөлшерлер), жасушалар, органеллалар), электронды және флуоресценттік микроскопия әдістері, спектрофотометриялық әдістер, рентгендік дифракциялық талдау, авторрадиография және т.б.

Техникалық прогрестің арқасында және ғылыми зерттеулерхимия, физика, биология және информатика саласында заманауи жабдықтар жеке гендерді және олар қатысатын процестерді оқшаулауға, зерттеуге және өзгертуге мүмкіндік береді.