Biokimia dhe biologjia molekulare - ku të studiojmë? Biologjia molekulare Biologët molekularë në kërkim dhe arsim

Biologji Molekulare

një shkencë që vendos si detyrë njohjen e natyrës së fenomeneve jetësore duke studiuar objektet dhe sistemet biologjike në një nivel që i afrohet nivelit molekular dhe në disa raste duke arritur këtë kufi. Qëllimi përfundimtar në këtë rast është të sqarohet se si dhe në çfarë mase manifestimet karakteristike të jetës, si trashëgimia, riprodhimi i llojit të vet, biosinteza e proteinave, ngacmueshmëria, rritja dhe zhvillimi, ruajtja dhe transmetimi i informacionit, transformimet e energjisë, lëvizshmëria, etj. etj., janë për shkak të strukturës, vetive dhe ndërveprimit të molekulave të substancave biologjikisht të rëndësishme, kryesisht dy klasave kryesore të biopolimerëve me peshë të lartë molekulare (Shih Biopolimerët) - proteinat dhe acidet nukleike. Një tipar dallues i M. b. - studimi i dukurive të jetës mbi sendet e pajetë ose ato që karakterizohen nga manifestimet më primitive të jetës. Këto janë formacione biologjike nga niveli qelizor dhe më poshtë: organele nënqelizore, si bërthamat e izoluara të qelizave, mitokondritë, ribozomet, kromozomet, membranat qelizore; më tej - sisteme që qëndrojnë në kufirin e natyrës së gjallë dhe të pajetë - viruset, duke përfshirë bakterofagët, dhe që mbarojnë me molekula komponentët kritikë materiet e gjalla - acidet nukleike (Shih Acidet nukleike) dhe proteinat (Shih Proteinat).

M. b. - një fushë e re e shkencës natyrore, e lidhur ngushtë me fusha kërkimore të krijuara prej kohësh, të cilat mbulohen nga biokimia (Shih Biokimia), biofizika (Shih Biofizika) dhe kimia bioorganike (Shih Kimi Bioorganike). Dallimi këtu është i mundur vetëm në bazë të marrjes parasysh të metodave të përdorura dhe natyrës themelore të qasjeve të përdorura.

Themeli mbi të cilin u zhvillua M. u hodh nga shkenca të tilla si gjenetika, biokimia, fiziologjia e proceseve elementare etj. Sipas origjinës së zhvillimit të saj, M. b. e lidhur pazgjidhshmërisht me gjenetikën molekulare (Shih Gjenetikën Molekulare) , e cila vazhdon të përbëjë një pjesë të rëndësishme të M. banking, megjithëse tashmë është formuar në një masë të madhe në një disiplinë të pavarur. izolimi i M. nga biokimia diktohet nga konsideratat e mëposhtme. Detyrat e biokimisë kufizohen kryesisht në konstatimin e pjesëmarrjes së substancave të caktuara kimike në funksione dhe procese të caktuara biologjike dhe në sqarimin e natyrës së transformimeve të tyre; roli kryesor i takon informacionit për reaktivitetin dhe për veçoritë kryesore të strukturës kimike, të shprehura nga e zakonshme formula kimike. Kështu, në thelb, vëmendja përqendrohet në transformimet që ndikojnë në lidhjet kimike kryesore-valente. Ndërkohë, siç theksohej nga L. Pauling , në sistemet biologjike dhe manifestimet e aktivitetit jetësor, rëndësia kryesore nuk duhet t'i kushtohet lidhjeve kryesore-valente që veprojnë brenda së njëjtës molekulë, por llojeve të ndryshme të lidhjeve që përcaktojnë ndërveprimet ndërmolekulare (elektrostatike, van der Waals, lidhjet hidrogjenore, etj.) .

Rezultati përfundimtar i një studimi biokimik mund të përfaqësohet në formën e një sistemi ekuacionesh kimike, zakonisht të shteruar plotësisht nga përfaqësimi i tyre në një plan, d.m.th., në dy dimensione. Një tipar dallues i M. b. është tredimensionaliteti i tij. Thelbi i M. b. M. Perutz e sheh atë në interpretimin e funksioneve biologjike në aspektin e strukturës molekulare. Mund të themi se nëse më parë, gjatë studimit të objekteve biologjike, ishte e nevojshme t'i përgjigjemi pyetjes "çfarë", domethënë, cilat substanca janë të pranishme dhe pyetjes "ku" - në cilat inde dhe organe, atëherë M. b. e bën detyrën e tij të marrë përgjigje për pyetjen "si", pasi ka mësuar thelbin e rolit dhe pjesëmarrjes së të gjithë strukturës së molekulës, dhe pyetjeve "pse" dhe "për çfarë", pasi ka zbuluar, mbi nga njëra anë, lidhjet midis vetive të molekulës (përsëri, kryesisht proteinat dhe acidet nukleike) dhe funksionet që ajo kryen dhe, nga ana tjetër, roli i funksioneve të tilla individuale në kompleksin e përgjithshëm të manifestimeve të aktivitetit jetësor.

Rregullimi i ndërsjellë i atomeve dhe grupimet e tyre në strukturën e përgjithshme të makromolekulës, marrëdhëniet e tyre hapësinore marrin një rol vendimtar. Kjo vlen si për përbërësit individualë, individualë, ashtu edhe për konfigurimin e përgjithshëm të molekulës në tërësi. Është si rezultat i shfaqjes së një strukture vëllimore të përcaktuar rreptësisht që molekulat e biopolimerit fitojnë ato veti, për shkak të të cilave ato janë në gjendje të shërbejnë si bazë materiale e funksioneve biologjike. Ky parim i qasjes në studimin e të gjallëve është tipari më karakteristik, tipik i M. b.

Referencë historike. Rëndësia e madhe e studimit të problemeve biologjike në nivelin molekular ishte parashikuar nga I. P. Pavlov , i cili foli për hapin e fundit në shkencën e jetës - fiziologjinë e molekulës së gjallë. Vetë termi "M. b." u përdor për herë të parë në anglisht. shkencëtarët W. Astbury në aplikimin për kërkime që lidhen me sqarimin e marrëdhënies midis strukturës molekulare dhe vetive fizike dhe biologjike të proteinave fibrilare (fibroze), të tilla si kolagjeni, fibrina e gjakut ose proteinat kontraktuese të muskujve. Përdorni gjerësisht termin "M. b." çeliku që nga fillimi i viteve 1950. Shekulli 20

Shfaqja e M. si shkencë e pjekur, është zakon t'i referohemi vitit 1953, kur J. Watson dhe F. Crick në Kembrixh (Britania e Madhe) zbuluan strukturën tredimensionale të acidit deoksiribonukleik (ADN). Kjo bëri të mundur që të flitet sesi detajet e kësaj strukture përcaktojnë funksionet biologjike të ADN-së si një bartës material i informacionit trashëgues. Në parim, ky rol i ADN-së u bë i njohur disi më herët (1944) si rezultat i punës së gjenetistit amerikan O. T. Avery dhe kolegëve të tij (shih Gjenetika Molekulare), por nuk dihej se në çfarë mase ky funksion varet nga struktura molekulare e ADN. Kjo u bë e mundur vetëm pasi laboratorët e W. L. Bragg, J. Bernal dhe të tjerë zhvilluan parime të reja të analizës së difraksionit me rreze X, të cilat siguruan përdorimin e kësaj metode për një njohuri të hollësishme të strukturës hapësinore të makromolekulave të proteinave dhe acideve nukleike.

Nivelet e organizimit molekular. Në vitin 1957, J. Kendrew vendosi strukturën tredimensionale të Myoglobin a , dhe në vitet në vijim, kjo u bë nga M. Perutz në lidhje me Hemoglobinën a. U formuluan ide rreth niveleve të ndryshme të organizimit hapësinor të makromolekulave. Struktura primare është një sekuencë e njësive individuale (monomere) në zinxhirin e molekulës së polimerit që rezulton. Për proteinat, monomeret janë aminoacide. , për acidet nukleike - Nukleotidet. Një molekulë lineare, filamentoze e një biopolimeri, si rezultat i shfaqjes së lidhjeve hidrogjenore, ka aftësinë të përshtatet në hapësirë ​​në një mënyrë të caktuar, për shembull, në rastin e proteinave, siç tregohet nga L. Pauling, mund të marrë formën e një spiraleje. Kjo quhet një strukturë dytësore. Struktura terciare quhet kur një molekulë që ka një strukturë dytësore paloset më tej në një mënyrë ose në një tjetër, duke mbushur hapësirën tredimensionale. Së fundi, molekulat që kanë një strukturë tre-dimensionale mund të hyjnë në ndërveprim, të vendosura rregullisht në hapësirë ​​në raport me njëra-tjetrën dhe duke formuar atë që përcaktohet si një strukturë kuaternare; komponentët e tij individualë zakonisht quhen nënnjësi.

Shumica shembull i mirë Mënyra se si struktura tredimensionale molekulare përcakton funksionet biologjike të molekulës është ADN. Ajo ka strukturën e një spirale të dyfishtë: dy fije që kalojnë në drejtim të kundërt (antiparalel) janë të përdredhura njëra rreth tjetrës, duke formuar një spirale të dyfishtë me një rregullim reciprokisht plotësues të bazave, pra në mënyrë që kundrejt një baze të caktuar të një zinxhiri atje. është gjithmonë një themel i tillë, i cili menyra me e mire siguron formimin e lidhjeve hidrogjenore: adepina (A) formon një çift me timinën (T), guaninën (G) - me citozinën (C). Kjo strukturë krijon kushte optimale për funksionet më të rëndësishme biologjike të ADN-së: shumëzimi sasior i informacionit trashëgues në procesin e ndarjes qelizore duke ruajtur pandryshueshmërinë cilësore të kësaj fluksi informacioni gjenetik. Kur një qelizë ndahet, fijet e spirales së dyfishtë të ADN-së, e cila shërben si shabllon, hapen dhe në secilën prej tyre, nën veprimin e enzimave, sintetizohet një varg i ri plotësues. Si rezultat i kësaj, dy molekula bija plotësisht identike përftohen nga një molekulë e ADN-së mëmë (shih Qeliza, Mitoza).

Në mënyrë të ngjashme, në rastin e hemoglobinës, rezultoi se funksioni i saj biologjik - aftësia për të lidhur në mënyrë të kthyeshme oksigjenin në mushkëri dhe më pas për t'i dhënë inde - është i lidhur ngushtë me tiparet e strukturës tredimensionale të hemoglobinës dhe ndryshimet e saj në procesi i zbatimit të rolit të tij fiziologjik. Kur lidhni dhe shpërndani O 2, ndodhin ndryshime hapësinore në konformacionin e molekulës së hemoglobinës, duke çuar në një ndryshim në afinitetin e atomeve të hekurit që përmbahen në të për oksigjenin. Ndryshimet në përmasat e molekulës së hemoglobinës, që të kujtojnë ndryshimet në vëllimin e gjoksit gjatë frymëmarrjes, bënë të mundur që hemoglobina të quhet "mushkëri molekulare".

Një nga tiparet më të rëndësishme të objekteve të gjalla është aftësia e tyre për të rregulluar hollësisht të gjitha manifestimet e aktivitetit jetësor. Kontributi kryesor i M. Zbulimet shkencore duhet të konsiderohen si zbulimi i një mekanizmi rregullator të ri, të panjohur më parë, të referuar si efekti alosterik. Ajo qëndron në aftësinë e substancave me peshë të ulët molekulare - të ashtuquajturat. ligandët - për të modifikuar funksionet specifike biologjike të makromolekulave, kryesisht proteinat me veprim katalitik - enzimat, hemoglobinën, proteinat e receptorit të përfshirë në ndërtimin e membranave biologjike (Shih Membranat biologjike), në transmetimin sinaptik (shiko Synapset), etj.

Tre rrjedha biotike. Në dritën e ideve të M. tërësia e fenomeneve të jetës mund të konsiderohet si rezultat i një kombinimi të tre rrjedhave: rrjedhës së materies, e cila gjen shprehjen e saj në dukuritë e metabolizmit, d.m.th., asimilimi dhe disimilimi; rrjedha e energjisë, e cila është forca lëvizëse për të gjitha manifestimet e jetës; dhe rrjedhën e informacionit, duke depërtuar jo vetëm në të gjithë larminë e proceseve të zhvillimit dhe ekzistencës së çdo organizmi, por edhe në një seri të vazhdueshme brezash të njëpasnjëshëm. Është ideja e rrjedhës së informacionit, e futur në doktrinën e botës së gjallë nga zhvillimi i biomaterialeve, që lë gjurmën e saj specifike, unike në të.

Arritjet më të rëndësishme të biologjisë molekulare. Shpejtësia, shtrirja dhe thellësia e ndikimit të M. progresi në kuptimin e problemeve themelore të studimit të natyrës së gjallë krahasohet me të drejtë, për shembull, me ndikimin e teorisë kuantike në zhvillimin e fizikës atomike. Dy kushte të lidhura thelbësisht përcaktuan këtë ndikim revolucionar. Nga njëra anë, një rol vendimtar luajti zbulimi i mundësisë së studimit të manifestimeve më të rëndësishme të aktivitetit jetësor në kushtet më të thjeshta, duke iu afruar llojit të eksperimenteve kimike dhe fizike. Nga ana tjetër, si pasojë e kësaj rrethane, pati një përfshirje të shpejtë të një numri të konsiderueshëm përfaqësuesish të shkencave ekzakte – fizikanëve, kimistëve, kristalografëve dhe më pas matematikanëve – në zhvillimin e problemeve biologjike. Në tërësinë e tyre, këto rrethana përcaktuan ritmin jashtëzakonisht të shpejtë të zhvillimit të M. b., numrin dhe rëndësinë e sukseseve të tij, të arritura në vetëm dy dekada. Këtu është një listë jo e plotë e këtyre arritjeve: zbulimi i strukturës dhe mekanizmit të funksionit biologjik të ADN-së, të gjitha llojeve të ARN-së dhe ribozomeve (Shih Ribozomet) , zbulimi i kodit gjenetik (Shih kodin gjenetik) ; zbulimi i transkriptimit të kundërt (Shih transkriptimin) , dmth sinteza e ADN-së në një shabllon të ARN-së; studimi i mekanizmave të funksionimit të pigmenteve të frymëmarrjes; Zbulimi i një strukture tredimensionale dhe roli i saj funksional në veprimin e enzimave (Shih Enzimat) , parimi i sintezës së matricës dhe mekanizmat e biosintezës së proteinave; zbulimi i strukturës së viruseve (Shih Viruset) dhe mekanizmave të riprodhimit të tyre, strukturës primare dhe pjesërisht hapësinore të antitrupave; izolimi i gjeneve individuale , sinteza e gjeneve kimike dhe më pas biologjike (enzimatike), duke përfshirë njeriun, jashtë qelizës (in vitro); transferimi i gjeneve nga një organizëm në tjetrin, duke përfshirë në qelizat njerëzore; deshifrimi me përparim të shpejtë i strukturës kimike të një numri në rritje të proteinave individuale, kryesisht enzimave, si dhe acideve nukleike; zbulimi i dukurive të “vetëmontimit” të disa objekteve biologjike me kompleksitet gjithnjë e më të madh, duke filluar nga molekulat e acidit nukleik e duke kaluar në enzimat shumëkomponente, viruset, ribozomet etj.; sqarimi i parimeve alosterike dhe të tjera themelore të rregullimit të funksioneve dhe proceseve biologjike.

Reduktimi dhe integrimi. M. b. është faza përfundimtare e këtij drejtimi në studimin e objekteve të gjalla, e cila përcaktohet si "reduksionizëm", d.m.th., dëshira për të reduktuar funksionet komplekse të jetës në fenomene që ndodhin në nivelin molekular dhe për këtë arsye të arritshme për t'u studiuar me metodat e fizikës dhe kimisë. . Arriti M. b. sukseset dëshmojnë për efektivitetin e kësaj qasjeje. Në të njëjtën kohë, duhet pasur parasysh se në kushte natyrore në një qelizë, ind, organ dhe në të gjithë organizmin kemi të bëjmë me sisteme me kompleksitet në rritje. Sisteme të tilla formohen nga komponentë të nivelit më të ulët përmes integrimit të tyre të rregullt në tërësi, duke marrë një organizim strukturor dhe funksional dhe duke zotëruar veti të reja. Prandaj, meqenëse njohuria e modeleve të disponueshme për zbulim në nivelet molekulare dhe ngjitur është e detajuar, përpara M. b. lind detyra e të kuptuarit të mekanizmave të integrimit si një linjë zhvillimi të mëtejshëm në studimin e dukurive të jetës. Pika e fillimit këtu është studimi i forcave të ndërveprimeve ndërmolekulare - lidhjet hidrogjenore, van der Waals, forcat elektrostatike, etj. Nga kombinimi i tyre dhe rregullimi hapësinor, ato formojnë atë që mund të cilësohet si "informacion integrues". Duhet të konsiderohet si një nga pjesët kryesore të rrjedhës së përmendur tashmë të informacionit. Në zonën e M. shembuj të integrimit mund të jenë dukuritë e vetë-montimit të formacioneve komplekse nga një përzierje e pjesëve përbërëse të tyre. Kjo përfshin, për shembull, formimin e proteinave shumëkomponente nga nënnjësitë e tyre, formimin e viruseve nga pjesët e tyre përbërëse - proteinat dhe acidet nukleike, rivendosjen e strukturës origjinale të ribozomeve pas ndarjes së proteinave dhe përbërësve të tyre nukleikë, etj. Studimi i këtyre fenomeneve lidhet drejtpërdrejt me njohjen e fenomeneve kryesore "njohja" e molekulave të biopolimerit. Çështja është të zbuloni se cilat kombinime të aminoacideve - në molekulat e proteinave ose nukleotidet - në acidet nukleike ndërveprojnë me njëri-tjetrin gjatë proceseve të lidhjes së molekulave individuale me formimin e komplekseve të një përbërjeje dhe strukture rreptësisht specifike, të paracaktuar. Këto përfshijnë proceset e formimit të proteinave komplekse nga nënnjësitë e tyre; më tej, ndërveprimi selektiv midis molekulave të acidit nukleik, për shembull, transporti dhe matrica (në këtë rast, zbulimi i kodit gjenetik ka zgjeruar ndjeshëm informacionin tonë); më në fund, ky është formimi i shumë llojeve të strukturave (për shembull, ribozome, viruse, kromozome), në të cilat marrin pjesë si proteinat ashtu edhe acidet nukleike. Zbulimi i ligjeve përkatëse, njohja e "gjuhës" që qëndron në themel të këtyre ndërveprimeve, është një nga fushat më të rëndësishme të gjuhësisë matematikore, e cila është ende në pritje të zhvillimit. Kjo zonë konsiderohet si pjesë e numrit të problemeve themelore për të gjithë biosferën.

Problemet e biologjisë molekulare. Së bashku me detyrat e rëndësishme të specifikuara, M. do. (njohja e ligjeve të "njohjes", vetë-montimit dhe integrimit) drejtimi aktual i kërkimit shkencor për të ardhmen e afërt është zhvillimi i metodave që lejojnë deshifrimin e strukturës, dhe më pas organizimin tredimensional, hapësinor të molekularëve të lartë. acidet nukleike. Kjo tani është arritur në lidhje me planin e përgjithshëm të strukturës tre-dimensionale të ADN-së (spiralja e dyfishtë), por pa njohuri të saktë të strukturës së saj parësore. Progresi i shpejtë në zhvillimin e metodave analitike na lejon të presim me besim arritjen e këtyre qëllimeve gjatë viteve të ardhshme. Këtu, sigurisht, kontributet kryesore vijnë nga përfaqësues të shkencave të lidhura, kryesisht fizikës dhe kimisë. Të gjitha metodat më të rëndësishme, përdorimi i të cilave siguroi shfaqjen dhe suksesin e M. b., u propozuan dhe u zhvilluan nga fizikanët (ultracentrifugimi, analiza e difraksionit me rreze X, mikroskopi elektronik, rezonanca magnetike bërthamore, etj.). Pothuajse të gjitha qasjet e reja eksperimentale fizike (për shembull, përdorimi i kompjuterëve, synchrotron, ose bremsstrahlung, rrezatimi, teknologjia lazer dhe të tjera) hapin mundësi të reja për një studim të thelluar të problemeve të M. b. Ndër detyrat më të rëndësishme të natyrës praktike, përgjigja e të cilave pritet nga M. b., në radhë të parë është problemi i bazës molekulare të rritjes malinje, pastaj - mënyrat për të parandaluar, dhe ndoshta për të kapërcyer sëmundjet trashëgimore - ". sëmundjet molekulare" (Shih sëmundjet molekulare). Me rëndësi të madhe do të jetë sqarimi i bazës molekulare të katalizës biologjike, dmth. veprimit të enzimave. Ndër më të rëndësishmet trendet moderne M. b. duhet të përfshijë dëshirën për të deshifruar mekanizmat molekularë të veprimit të hormoneve (Shih Hormonet) , substanca toksike dhe medicinale, si dhe për të zbuluar detajet e strukturës molekulare dhe funksionimin e strukturave të tilla qelizore si membranat biologjike të përfshira në rregullimin e proceseve të depërtimit dhe transportit të substancave. Qëllime më të largëta M. b. - njohja e natyrës së proceseve nervore, mekanizmave të kujtesës (Shih Kujtesa), etj. Një nga seksionet e rëndësishme në zhvillim të M. b. - të ashtuquajturat. inxhinieri gjenetike, e cila vendos si detyrë funksionimin e qëllimshëm të aparatit gjenetik (Genome) të organizmave të gjallë, duke filluar nga mikrobet dhe më të ulëtat (njëqelizore) dhe duke përfunduar me njerëzit (në rastin e fundit, kryesisht për qëllime të trajtimit radikal të sëmundjet trashëgimore (Shih. Sëmundjet trashëgimore) dhe korrigjimi i defekteve gjenetike). Ndërhyrjet më të gjera në bazën gjenetike njerëzore mund të diskutohen vetëm në një të ardhme pak a shumë të largët, pasi në këtë rast lindin pengesa serioze, teknike dhe themelore. Në lidhje me mikrobet, bimët, dhe është e mundur, dhe faqe - x. Për kafshët, perspektiva të tilla janë shumë inkurajuese (për shembull, marrja e varieteteve të bimëve të kultivuara që kanë një aparat për fiksimin e azotit nga ajri dhe nuk kanë nevojë për plehra). Ato bazohen në sukseset e arritura tashmë: izolimi dhe sinteza e gjeneve, transferimi i gjeneve nga një organizëm në tjetrin, përdorimi i kulturave masive të qelizave si prodhues të substancave të rëndësishme ekonomike ose mjekësore.

Organizimi i kërkimeve në biologjinë molekulare. Zhvillimi i shpejtë i M. çoi në shfaqjen e një numri të madh qendrash të specializuara kërkimore. Numri i tyre po rritet me shpejtësi. Më i madhi: në MB - Laboratori i Biologjisë Molekulare në Kembrixh, Instituti Mbretëror në Londër; në Francë - institutet e biologjisë molekulare në Paris, Marsejë, Strasburg, Instituti Pasteur; në SHBA - departamentet M. b. në universitete dhe institute në Boston (Universiteti i Harvardit, Instituti i Teknologjisë i Masaçusetsit), San Francisko (Berkeley), Los Anxhelos (Instituti i Teknologjisë në Kaliforni), Nju Jork (Universiteti Rockefeller), institutet shëndetësore në Bethesda, etj.; në Gjermani - institutet Max Planck, universitetet në Göttingen dhe Mynih; në Suedi, Instituti Karolinska në Stokholm; në RDGJ - Instituti Qendror i Biologjisë Molekulare në Berlin, institutet në Jena dhe Halle; në Hungari - Qendra Biologjike në Szeged. Në BRSS do të ishte instituti i parë i specializuar M. u krijua në Moskë në 1957 në sistemin e Akademisë së Shkencave të BRSS (shih. ); më pas u formuan: Instituti i Kimisë Bioorganike të Akademisë së Shkencave të BRSS në Moskë, Instituti i Proteinave në Pushchino, Departamenti Biologjik në Institutin e Energjisë Atomike (Moskë) dhe departamentet e M. b. në institutet e Degës Siberiane të Akademisë së Shkencave në Novosibirsk, në Laboratorin Ndërdepartamental të Kimisë Bioorganike të Universitetit Shtetëror të Moskës, në Sektorin (më vonë Instituti) i Biologjisë Molekulare dhe Gjenetikës të Akademisë së Shkencave të SSR të Ukrainës në Kiev ; punë domethënëse për M. b. kryhet në Institutin e Komponimeve Makromolekulare në Leningrad, në një numër departamentesh dhe laboratorësh të Akademisë së Shkencave të BRSS dhe departamenteve të tjera.

Së bashku me qendrat kërkimore individuale, u ngritën organizata të një shkalle më të gjerë. Në Evropën Perëndimore u ngrit Organizata Evropiane për M. (EMBO), në të cilin marrin pjesë më shumë se 10 vende. Në BRSS, në vitin 1966, në Institutin e Biologjisë Molekulare, u krijua Këshilli Shkencor për M. B., i cili është qendra koordinuese dhe organizuese në këtë fushë të dijes. Ai botoi një seri të gjerë monografish mbi seksionet më të rëndësishme të M. B., organizohen rregullisht “shkolla dimërore” për M. B., mbahen konferenca dhe simpoziume në çështje aktuale M. b. Në të ardhmen, këshillat shkencore për M. u krijuan në Akademinë e Shkencave Mjekësore të BRSS dhe në shumë Akademi republikane të Shkencave. Revista Molecular Biology botohet që nga viti 1966 (6 numra në vit).

Për një periudhë mjaft të shkurtër në BRSS është rritur grupi i konsiderueshëm i studiuesve në fushën e M.; këta janë shkencëtarë të brezit të vjetër, të cilët pjesërisht i kanë ndërruar interesat e tyre nga fusha të tjera; në pjesën më të madhe ata janë studiues të rinj të shumtë. Nga shkencëtarët kryesorë që morën pjesë aktive në formimin dhe zhvillimin e M. b. në BRSS mund të emërtohen si A. A. Baev, A. N. Belozersky, A. E. Braunshtein, Yu. A. Ovchinnikov, A. S. Spirin, M. M. Shemyakin, V. A. Engelgardt. Arritjet e reja të M. dhe gjenetika molekulare do të promovohet me rezolutën e Komitetit Qendror të CPSU dhe të Këshillit të Ministrave të BRSS (maj 1974) "Për masat për përshpejtimin e zhvillimit të biologjisë molekulare dhe gjenetikës molekulare dhe përdorimin e arritjeve të tyre në kombëtare. ekonomisë”.

Lit.: Wagner R., Mitchell G., Gjenetika dhe metabolizmi, trans. nga anglishtja, M., 1958; Szent-Gyorgy dhe A., Bioenergetics, trans. nga anglishtja, M., 1960; Anfinsen K., Baza molekulare e evolucionit, përkth. nga anglishtja, M., 1962; Stanley W., Valens E., Viruset dhe natyra e jetës, përkth. nga anglishtja, M., 1963; Gjenetika molekulare, trans. Me. anglisht, pjesa 1, M., 1964; Volkenstein M.V., Molekulat dhe jeta. Hyrje në biofizikën molekulare, M., 1965; Gaurowitz F., Kimia dhe funksionet e proteinave, trans. nga anglishtja, M., 1965; Bresler S. E., Introduction to molecular biology, 3rd ed., M. - L., 1973; Ingram V., Biosynthesis of macromolecules, trans. nga anglishtja, M., 1966; Engelhardt V. A., Biologjia molekulare, në librin: Zhvillimi i biologjisë në BRSS, M., 1967; Hyrje në biologjinë molekulare, trans. nga anglishtja, M., 1967; Watson, J., Biology Molecular of the Gene, përkth. nga anglishtja, M., 1967; Finean J., Ultrastruktura biologjike, trans. nga anglishtja, M., 1970; Bendoll, J., Muscles, Molecules, and Movement, trans. nga anglishtja, M., 1970; Ichas M., Kodi biologjik, përkth. nga anglishtja, M., 1971; Biologjia molekulare e viruseve, M., 1971; Bazat molekulare të biosintezës së proteinave, M., 1971; Bernhard S., Struktura dhe funksioni i enzimave, trans. nga anglishtja, M., 1971; Spirin A. S., Gavrilova L. P., Ribosome, 2nd ed., M., 1971; Frenkel-Konrat H., Kimia dhe biologjia e viruseve, trans. nga anglishtja, M., 1972; Smith C., Hanewalt F., Fotobiologjia Molekulare. Proceset e inaktivizimit dhe rikuperimit, trans. nga anglishtja, M., 1972; Harris G., Bazat e gjenetikës biokimike njerëzore, përkth. nga anglishtja, M., 1973.

V. A. Engelhardt.

Enciklopedia e Madhe Sovjetike. - M.: Enciklopedia Sovjetike. 1969-1978 .

Libër komik për konkursin "bio/mol/tekst": Sot, biologu molekular Test Tube do t'ju udhëheqë nëpër botën e shkencës mahnitëse - biologjinë molekulare! Do të fillojmë me një ekskursion historik nëpër fazat e zhvillimit të tij, do të përshkruajmë zbulimet dhe eksperimentet kryesore që nga viti 1933. Dhe ne gjithashtu do të përshkruajmë qartë metodat kryesore të biologjisë molekulare, të cilat bënë të mundur manipulimin e gjeneve, ndryshimin dhe izolimin e tyre. Shfaqja e këtyre metodave shërbeu si një shtysë e fortë për zhvillimin e biologjisë molekulare. Dhe le të kujtojmë gjithashtu rolin e bioteknologjisë dhe të prekim një nga temat më të njohura në këtë fushë - redaktimi i gjenomit duke përdorur sistemet CRISPR/Cas.

Sponsor i përgjithshëm i konkursit dhe partner i nominimit Skoltech është .

Sponsor i konkursit është kompania Diaem: furnizuesi më i madh i pajisjeve, reagentëve dhe materialeve harxhuese për kërkimin dhe prodhimin biologjik.

Kompania sponsorizoi Çmimin e Zgjedhjes së Publikut.

"Libri" sponsor i konkursit - "Alpina non-fiction"

1. Hyrje. Thelbi i biologjisë molekulare

Ai studion bazat e aktivitetit jetësor të organizmave në nivelin e makromolekulave. Qëllimi i biologjisë molekulare është të përcaktojë rolin dhe mekanizmat e funksionimit të këtyre makromolekulave në bazë të njohurive për strukturat dhe vetitë e tyre.

Historikisht, biologjia molekulare u formua gjatë zhvillimit të fushave të biokimisë që studiojnë acidet nukleike dhe proteinat. Ndërsa biokimia është studimi i metabolizmit, përbërje kimike qelizat e gjalla, organizmat dhe proceset kimike që kryhen në to, biologjia molekulare fokusohet në studimin e mekanizmave të transmetimit, riprodhimit dhe ruajtjes së informacionit gjenetik.

Dhe objekti i studimit të biologjisë molekulare janë vetë acidet nukleike - deoksiribonukleike (ADN), ribonukleike (ARN) - dhe proteinat, si dhe komplekset e tyre makromolekulare - kromozomet, ribozomet, sistemet multienzimë që sigurojnë biosintezën e proteinave dhe acideve nukleike. Biologjia molekulare kufizohet gjithashtu me objektet e studimit dhe pjesërisht përkon me gjenetikën molekulare, virologjinë, biokiminë dhe një sërë shkencash të tjera të lidhura biologjike.

2. Ekskursion historik nëpër fazat e zhvillimit të biologjisë molekulare

Si një fushë e veçantë e biokimisë, biologjia molekulare filloi të zhvillohet në vitet '30 të shekullit të kaluar. Edhe atëherë, u bë e nevojshme të kuptohet fenomeni i jetës në nivel molekular për të studiuar proceset e transmetimit dhe ruajtjes së informacionit gjenetik. Pikërisht në atë kohë, detyra e biologjisë molekulare u krijua në studimin e vetive, strukturës dhe ndërveprimit të proteinave dhe acideve nukleike.

Termi "biologji molekulare" u përdor për herë të parë në 1933 viti William Astbury gjatë studimit të proteinave fibrilare (kolagjenit, fibrinës së gjakut, proteinave të muskujve kontraktues). Astbury studioi marrëdhënien midis strukturës molekulare dhe karakteristikave biologjike, fizike të këtyre proteinave. Në fillim të shfaqjes së biologjisë molekulare, ARN konsiderohej të ishte një përbërës vetëm i bimëve dhe kërpudhave, dhe ADN - vetëm kafshëve. Dhe ne 1935 Zbulimi i ADN-së së bizeles nga Andrei Belozersky çoi në vendosjen e faktit se ADN-ja gjendet në çdo qelizë të gjallë.

NË 1940 Një arritje kolosale ishte vendosja nga George Beadle dhe Edward Tatham e një marrëdhënieje shkakësore midis gjeneve dhe proteinave. Hipoteza e shkencëtarëve "Një gjen - një enzimë" formoi bazën për konceptin se struktura specifike e një proteine ​​rregullohet nga gjenet. Besohet se informacioni gjenetik është i koduar nga një sekuencë e veçantë e nukleotideve në ADN që rregullon strukturën parësore të proteinave. Më vonë u vërtetua se shumë proteina kanë një strukturë kuaternare. Në formimin e strukturave të tilla marrin pjesë zinxhirë të ndryshëm peptidikë. Bazuar në këtë, dispozita për marrëdhëniet midis një gjeni dhe një enzimë është transformuar disi, dhe tani tingëllon si "Një gjen - një polipeptid".

NË 1944 Në vitin 1999, biologu amerikan Oswald Avery dhe kolegët e tij (Colin McLeod dhe McLean McCarthy) vërtetuan se substanca që shkakton transformimin e baktereve është ADN-ja, jo proteinat. Eksperimenti shërbeu si provë e rolit të ADN-së në transmetimin e informacionit trashëgues, duke tejkaluar njohuritë e vjetruara rreth natyrës proteinike të gjeneve.

Në fillim të viteve 1950, Frederick Sanger tregoi se një zinxhir proteinash është një sekuencë unike e mbetjeve të aminoacideve. NË 1951 Dhe 1952 vjet, shkencëtari përcaktoi sekuencën e plotë të dy zinxhirëve polipeptidë - insulinës së gjedhit NË(30 mbetje aminoacide) dhe A(21 mbetje aminoacide respektivisht).

Rreth të njëjtën kohë, në 1951–1953 Erwin Chargaff formuloi rregullat për raportin e bazave azotike në ADN. Sipas rregullit, pavarësisht nga dallimet e specieve të organizmave të gjallë në ADN-në e tyre, sasia e adeninës (A) është e barabartë me sasinë e timinës (T), dhe sasia e guaninës (G) është e barabartë me sasinë e citozinës. (C).

NË 1953 vërtetoi rolin gjenetik të ADN-së. James Watson dhe Francis Crick, bazuar në rrezet X të ADN-së të marra nga Rosalind Franklin dhe Maurice Wilkins, krijuan strukturën hapësinore të ADN-së dhe parashtruan një supozim të konfirmuar më vonë në lidhje me mekanizmin e riprodhimit të saj (dyfishimit), i cili qëndron në themel të trashëgimisë.

1958 viti - formimi i dogmës qendrore të biologjisë molekulare nga Francis Crick: transferimi i informacionit gjenetik shkon në drejtimin e ADN → ARN → proteina.

Thelbi i dogmës është se në qeliza ekziston një rrjedhë e caktuar e drejtuar informacioni nga ADN-ja, e cila, nga ana tjetër, është teksti origjinal gjenetik, i përbërë nga katër shkronja: A, T, G dhe C. Është shkruar në ADN. spirale e dyfishtë në formë sekuencash të këtyre shkronjave - nukleotide.

Ky tekst është duke u transkriptuar. Dhe procesi quhet transkriptimi. Gjatë këtij procesi sintetizohet ARN, e cila është identike me tekstin gjenetik, por me një ndryshim: në ARN, në vend të T, ka U (uracil).

Kjo ARN quhet ARN lajmëtare (mARN), ose matricë (mARN). Transmetimi mRNA kryhet duke përdorur kodin gjenetik në formën e sekuencave të trefishta të nukleotideve. Gjatë këtij procesi, teksti i acideve nukleike të ADN-së dhe ARN-së përkthehet nga një tekst me katër shkronja në një tekst me njëzet shkronja të aminoacideve.

Ekzistojnë vetëm njëzet aminoacide natyrore, dhe ka katër shkronja në tekstin e acideve nukleike. Për shkak të kësaj, ekziston një përkthim nga alfabeti me katër shkronja në alfabetin me njëzet shkronja përmes kodit gjenetik, në të cilin çdo tre nukleotide korrespondon me një aminoacid. Pra, mund të bëni 64 kombinime të plota me tre shkronja nga katër shkronja, për më tepër, janë 20 aminoacide. Nga kjo rrjedh se kodi gjenetik duhet të ketë domosdoshmërisht vetinë e degjenerimit. Sidoqoftë, në atë kohë kodi gjenetik nuk dihej, përveç kësaj, ai as që kishte filluar të deshifrohej, por Crick kishte formuluar tashmë dogmën e tij qendrore.

Megjithatë, ekzistonte një siguri se kodi duhet të ekzistonte. Deri në atë kohë, ishte vërtetuar se ky kod kishte një karakter treshe. Kjo do të thotë se konkretisht tre shkronja në acidet nukleike ( kodonet) korrespondojnë me çdo aminoacid. Janë 64 nga këto kodone, ato kodojnë për 20 aminoacide. Kjo do të thotë se çdo aminoacid korrespondon me disa kodone në të njëjtën kohë.

Kështu, mund të konkludojmë se dogma qendrore është një postulat që thotë se një rrjedhë e drejtuar informacioni ndodh në qelizë: ADN → ARN → proteina. Crick theksoi përmbajtjen kryesore të dogmës qendrore: një rrjedhë e kundërt e informacionit nuk mund të ndodhë, një proteinë nuk është e aftë të ndryshojë informacionin gjenetik.

Ky është kuptimi kryesor i dogmës qendrore: një proteinë nuk është në gjendje të ndryshojë dhe transformojë informacionin në ADN (ose ARN), rrjedha gjithmonë shkon vetëm në një drejtim.

Disa kohë pas kësaj, u zbulua një enzimë e re, e cila nuk ishte e njohur në kohën e formulimit të dogmës qendrore, - transkriptaza e kundërt që sintetizon ADN-në nga ARN. Enzima u zbulua në viruse, në të cilat informacioni gjenetik është i koduar në ARN, jo në ADN. Viruse të tilla quhen retroviruse. Ata kanë një kapsulë virale me ARN të mbyllur në të dhe një enzimë të veçantë. Enzima është një transkriptazë e kundërt që sintetizon ADN-në sipas shabllonit të kësaj ARN virale, dhe kjo ADN më pas shërben si material gjenetik për zhvillimin e mëtejshëm të virusit në qelizë.

Sigurisht, ky zbulim shkaktoi tronditje të madhe dhe shumë polemika midis biologëve molekularë, pasi besohej se, bazuar në dogmat qendrore, kjo nuk mund të ishte. Megjithatë, Crick shpjegoi menjëherë se ai kurrë nuk tha se ishte e pamundur. Ai vetëm tha se nuk mund të ketë kurrë një rrjedhë informacioni nga proteina në acidet nukleike, dhe tashmë brenda acideve nukleike çdo lloj procesi është mjaft i mundshëm: sinteza e ADN-së në ADN, ADN-së në ARN, ARN-së në ADN dhe ARN-së në ARN.

Pas formulimit të dogmës qendrore, një numër pyetjesh mbetën ende: si alfabeti i katër nukleotideve që përbëjnë ADN-në (ose ARN) kodojnë alfabetin prej 20 shkronjash të aminoacideve që përbëjnë proteinat? Cili është thelbi i kodit gjenetik?

Idetë e para për ekzistencën e kodit gjenetik u formuluan nga Alexander Downes ( 1952 d.) dhe Georgy Gamov ( 1954 G.). Shkencëtarët kanë treguar se sekuenca e nukleotideve duhet të përfshijë të paktën tre lidhje. Më vonë u vërtetua se një sekuencë e tillë përbëhet nga tre nukleotide, të quajtura kodoni (treshe). Sidoqoftë, pyetja se cilat nukleotide janë përgjegjëse për përfshirjen e cilit aminoacid në një molekulë proteine ​​mbeti e hapur deri në vitin 1961.

Dhe ne 1961 Marshall Nirenberg, së bashku me Heinrich Mattei, përdorën sistemin për të transmetuar in vitro. Një oligonukleotid u përdor si shabllon. Ai përmbante vetëm mbetje uracil, dhe peptidi i sintetizuar prej tij përfshinte vetëm aminoacidin fenilalaninë. Kështu, kuptimi i kodonit u vendos fillimisht: kodoni UUU kodon për fenilalaninën. Më vonë, Har Kur'ani zbuloi se sekuenca nukleotide UCUCUCUCUCUC kodon një grup aminoacidesh serinë-leucinë-serinë-leucinë. Në përgjithësi, falë veprave të Nirenbergut dhe Kuranit, të 1965 vit, kodi gjenetik u zbulua plotësisht. Doli se çdo treshe kodon një aminoacid specifik. Dhe rendi i kodoneve përcakton rendin e aminoacideve në proteinë.

Parimet kryesore të funksionimit të proteinave dhe acideve nukleike u formuluan nga fillimi i viteve '70. U zbulua se sinteza e proteinave dhe acideve nukleike kryhet sipas mekanizmit të matricës. Molekula e shabllonit mbart informacion të koduar në lidhje me sekuencën e aminoacideve ose nukleotideve. Gjatë replikimit ose transkriptimit, shablloni është ADN, dhe gjatë përkthimit dhe transkriptimit të kundërt, është mARN.

Kështu, u krijuan parakushtet për formimin e fushave të biologjisë molekulare, përfshirë inxhinierinë gjenetike. Dhe në vitin 1972, Paul Berg dhe kolegët zhvilluan teknologjinë e klonimit molekular. Shkencëtarët kanë marrë ADN-në e parë rekombinante in vitro. Këto zbulime të jashtëzakonshme formuan bazën e një drejtimi të ri në biologjinë molekulare dhe 1972 viti është konsideruar që atëherë si data e lindjes së inxhinierisë gjenetike.

3. Metodat e biologjisë molekulare

Përparimet e mëdha në studimin e acideve nukleike, strukturën e ADN-së dhe biosintezën e proteinave kanë çuar në krijimin e një sërë metodash me rëndësi të madhe në mjekësi, bujqësi dhe shkencë në përgjithësi.

Pas studimit të kodit gjenetik dhe parimeve bazë të ruajtjes, transmetimit dhe zbatimit të informacionit trashëgues, u bënë të nevojshme metoda të veçanta për zhvillimin e mëtejshëm të biologjisë molekulare. Këto metoda do të lejonin që gjenet të manipulohen, ndryshohen dhe izolohen.

Shfaqja e metodave të tilla ndodhi në vitet 1970 dhe 1980. Kjo i dha një shtysë të madhe zhvillimit të biologjisë molekulare. Para së gjithash, këto metoda lidhen drejtpërdrejt me prodhimin e gjeneve dhe futjen e tyre në qelizat e organizmave të tjerë, si dhe mundësinë e përcaktimit të sekuencës nukleotide në gjene.

3.1. Elektroforeza e ADN-së

Elektroforeza e ADN-sëështë metoda bazë e punës me ADN-në. Elektroforeza e ADN-së përdoret së bashku me pothuajse të gjitha metodat e tjera për të izoluar molekulat e dëshiruara dhe për të analizuar më tej rezultatet. Vetë metoda e elektroforezës me xhel përdoret për të ndarë fragmentet e ADN-së sipas gjatësisë.

Para ose pas elektroforezës, xheli trajtohet me ngjyra që mund të lidhen me ADN-në. Ngjyrat fluoreshenojnë në dritën ultravjollcë, duke rezultuar në një model brezash në xhel. Për të përcaktuar gjatësinë e fragmenteve të ADN-së, ato mund të krahasohen me shënues- grupe fragmentesh me gjatësi standarde, të cilat aplikohen në të njëjtin xhel.

Proteinat fluoreshente

Gjatë studimit të organizmave eukariote, është e përshtatshme të përdoren proteinat fluoreshente si gjene shënues. Gjeni për proteinën e parë fluoreshente të gjelbër ( proteina fluoreshente jeshile, GFP) të izoluara nga kandil deti Aqeuorea Victoria dhe më pas futet në organizma të ndryshëm. Pas kësaj, gjenet për proteinat fluoreshente të ngjyrave të tjera u izoluan: blu, e verdhë, e kuqe. Për të marrë proteina me veti me interes, gjene të tilla janë modifikuar artificialisht.

Në përgjithësi, mjetet më të rëndësishme për të punuar me molekulën e ADN-së janë enzimat që kryejnë një numër transformimesh të ADN-së në qeliza: ADN polimeraza, Ligazat e ADN-së Dhe kufizon (endonukleazat e kufizimit).

transgjeneza

transgjeneza Quhet transferimi i gjeneve nga një organizëm në tjetrin. Organizma të tillë quhen transgjenike.

Preparatet e proteinave rekombinante fitohen vetëm duke transferuar gjenet në qelizat e mikroorganizmave. Shumica e këtyre proteinave janë interferonet, insulinë, disa hormone proteinike, si dhe proteina për prodhimin e një numri vaksinash.

Në raste të tjera, përdoren kultura qelizore të eukariotëve ose kafshëve transgjenike, kryesisht blegtorale, të cilat sekretojnë proteinat e nevojshme në qumësht. Në këtë mënyrë fitohen antitrupa, faktorë të koagulimit të gjakut dhe proteina të tjera. Metoda e transgjenezës përdoret për të marrë kultura rezistente ndaj dëmtuesve dhe herbicideve, dhe ujërat e zeza trajtohen me ndihmën e mikroorganizmave transgjenikë.

Përveç të gjitha sa më sipër, teknologjitë transgjenike janë të domosdoshme në kërkimin shkencor, sepse zhvillimi i biologjisë është më i shpejtë me përdorimin e metodave të modifikimit dhe transferimit të gjeneve.

Kufizon

Sekuencat e njohura nga enzimat kufizuese janë simetrike, kështu që çdo lloj thyerjeje mund të ndodhë ose në mes të një sekuence të tillë, ose me një zhvendosje në një ose të dy vargjet e molekulës së ADN-së.

Kur ndahet çdo ADN me një enzimë kufizuese, sekuencat në skajet e fragmenteve do të jenë të njëjta. Ata do të jenë në gjendje të lidhen përsëri sepse kanë sajte plotësuese.

Ju mund të merrni një molekulë të vetme duke qepur këto sekuenca duke përdorur Ligazat e ADN-së. Për shkak të kësaj, është e mundur të kombinohen fragmente të dy ADN-së të ndryshme dhe të merret ADN-ja rekombinante.

3.2. PCR

Metoda bazohet në aftësinë e polimerazave të ADN-së për të kompletuar vargun e dytë të ADN-së përgjatë vargut plotësues në të njëjtën mënyrë si në procesin e replikimit të ADN-së në një qelizë.

3.3. Sekuenca e ADN-së

Zhvillimi i shpejtë i metodës së sekuencës bën të mundur përcaktimin efektiv të karakteristikave të organizmit në studim në nivelin e gjenomit të tij. Avantazhi kryesor i teknologjive të tilla gjenomike dhe postgjenomike është rritja e mundësive kërkimore dhe studimore. natyra gjenetike sëmundjet e njeriut, në mënyrë që të para-merrni masat e nevojshme dhe shmangni sëmundjet.

Nëpërmjet kërkimeve në shkallë të gjerë, është e mundur të merren të dhënat e nevojshme për karakteristikat e ndryshme gjenetike të grupeve të ndryshme të njerëzve, duke zhvilluar kështu metodat e mjekësisë. Për shkak të kësaj, identifikimi i një predispozicioni gjenetik ndaj sëmundjeve të ndryshme është shumë i popullarizuar sot.

Metoda të ngjashme janë gjerësisht të zbatueshme praktikisht në të gjithë botën, përfshirë Rusinë. Për shkak të përparimit shkencor, ka një futje të metodave të tilla në kërkimin mjekësor dhe praktikën mjekësore në përgjithësi.

4. Bioteknologji

Bioteknologjia- një disiplinë që studion mundësitë e përdorimit të organizmave të gjallë ose sistemeve të tyre për zgjidhjen e problemeve teknologjike, si dhe krijimin e organizmave të gjallë me vetitë e dëshiruara nëpërmjet inxhinierisë gjenetike. Bioteknologjia zbaton metodat e kimisë, mikrobiologjisë, biokimisë dhe, natyrisht, biologjisë molekulare.

Drejtimet kryesore të zhvillimit të bioteknologjisë (parimet e proceseve bioteknologjike po futen në prodhimin e të gjitha industrive):

1. Krijimi dhe prodhimi i llojeve të reja të ushqimit dhe ushqimit të kafshëve.
2. Marrja dhe studimi i llojeve të reja të mikroorganizmave.
3. Mbarështimi i varieteteve të reja të bimëve, si dhe krijimi i mjeteve për mbrojtjen e bimëve nga sëmundjet dhe dëmtuesit.
4. Aplikimi i metodave bioteknologjike për nevojat e ekologjisë. Metoda të tilla bioteknologjike përdoren për riciklimin e mbetjeve, trajtimin e ujërave të zeza, ajrin e shkarkimit dhe kanalizimin e tokës.
5. Prodhimi i vitaminave, hormoneve, enzimave, serumeve për nevojat e mjekësisë. Bioteknologët po zhvillojnë ilaçe të përmirësuara që më parë konsideroheshin të pashërueshme.

Një arritje e madhe në bioteknologji është inxhinieria gjenetike.

Inxhinieri gjenetike- një grup teknologjish dhe metodash për marrjen e molekulave të ARN-së dhe ADN-së rekombinante, izolimin e gjeneve individuale nga qelizat, manipulimin e gjeneve dhe futjen e tyre në organizma të tjerë (baktere, maja, gjitarë). Organizma të tillë janë në gjendje të prodhojnë produkte përfundimtare me vetitë e dëshiruara, të modifikuara.

Metodat e inxhinierisë gjenetike kanë për qëllim ndërtimin e kombinimeve të reja, jo-ekzistuese të gjeneve në natyrë.

Duke folur për arritjet e inxhinierisë gjenetike, është e pamundur të mos prekësh temën e klonimit. Klonimiështë një nga metodat e bioteknologjisë që përdoret për të marrë pasardhës identikë të organizmave të ndryshëm nëpërmjet riprodhimit aseksual.

Me fjalë të tjera, klonimi mund të konsiderohet si procesi i krijimit të kopjeve gjenetikisht identike të një organizmi ose qelize. Dhe organizmat e klonuar janë të ngjashëm ose plotësisht identikë jo vetëm në tiparet e jashtme, por edhe në përmbajtjen gjenetike.

Delja famëkeqe Dolly në vitin 1966 u bë gjitari i parë i klonuar. Ajo u përftua duke transplantuar bërthamën e një qelize somatike në citoplazmën e vezës. Dolly ishte një kopje gjenetike e deleve donatore të bërthamës. Në kushte natyrore, një individ formohet nga një vezë e fekonduar, pasi ka marrë gjysmën e materialit gjenetik nga dy prindër. Megjithatë, gjatë klonimit, materiali gjenetik është marrë nga qeliza e një individi. Së pari, bërthama, e cila përmban vetë ADN-në, u hoq nga zigota. Pastaj ata hoqën bërthamën nga qeliza e rritur e deleve dhe e ngulitën në atë zigotë pa bërthamë, dhe më pas u transplantua në mitrën e një të rrituri dhe u la të rritet dhe të zhvillohet.

Megjithatë, jo të gjitha përpjekjet e klonimit kanë qenë të suksesshme. Paralelisht me klonimin e Dolly, u krye një eksperiment i zëvendësimit të ADN-së në 273 vezë të tjera. Por vetëm në një rast një kafshë e gjallë e rritur mund të zhvillohet dhe të rritet plotësisht. Pas Dolly, shkencëtarët u përpoqën të klononin lloje të tjera gjitarësh.

Një nga llojet e inxhinierisë gjenetike është redaktimi i gjenomit.

Mjeti CRISPR/Cas bazohet në një element të sistemit mbrojtës imunitar të baktereve, të cilin shkencëtarët e kanë përshtatur për të futur çdo ndryshim në ADN-në e kafshëve ose bimëve.

CRISPR/Cas është një nga metodat bioteknologjike për manipulimin e gjeneve individuale në qeliza. Ka shumë aplikime për këtë teknologji. CRISPR/Cas i lejon studiuesit të kuptojnë funksionin e gjeneve të ndryshme. Për ta bërë këtë, ju vetëm duhet të hiqni gjenin në studim nga ADN-ja dhe të studioni se cilat funksione të trupit janë prekur.

Disa aplikime praktike të sistemit:

1. Bujqësia. Nëpërmjet sistemeve CRISPR/Cas, të korrat mund të përmirësohen. Domethënë, për t'i bërë ato më të shijshme dhe ushqyese, si dhe rezistente ndaj nxehtësisë. Është e mundur t'i pajisni bimët me veti të tjera: për shembull, hiqni një gjen alergjen nga arrat (kikirikët ose lajthitë).
2. Mjekësi, sëmundje trashëgimore. Shkencëtarët kanë një qëllim që të përdorin CRISPR/Cas për të hequr mutacionet nga gjenomi i njeriut që mund të shkaktojnë sëmundje, të tilla si anemia drapërocitare, etj. Në teori, CRISPR/Cas mund të ndalojë zhvillimin e HIV.
3. Drejtimi i gjeneve. CRISPR/Cas mund të ndryshojë jo vetëm gjenomin e një kafshe ose bime individuale, por edhe grupin e gjeneve të një specieje. Ky koncept njihet si "ngasja e gjeneve". Çdo organizëm i gjallë kalon gjysmën e gjeneve të tij tek pasardhësit e tij. Por përdorimi i CRISPR/Cas mund të rrisë mundësinë e transferimit të gjeneve deri në 100%. Kjo është e rëndësishme në mënyrë që tipari i dëshiruar të përhapet më shpejt në të gjithë popullatën.

Shkencëtarët zviceranë kanë përmirësuar dhe modernizuar ndjeshëm metodën e redaktimit të gjenomit CRISPR/Cas, duke zgjeruar kështu aftësitë e saj. Megjithatë, shkencëtarët mund të modifikonin vetëm një gjen në një kohë duke përdorur sistemin CRISPR/Cas. Por tani studiuesit në ETH Cyrih kanë zhvilluar një metodë që mund të modifikojë njëkohësisht 25 gjene në një qelizë.

Për teknikën më të fundit, ekspertët përdorën enzimën Cas12a. Gjenetikët kanë klonuar me sukses majmunët për herë të parë në histori. "Mekanika popullore";

Nikolenko S. (2012). Gjenomika: Paraqitja e problemit dhe metodat e renditjes. "Past-shkencë".

31.2

Për miqtë!

Referenca

Biologjia molekulare u rrit nga biokimia në prill 1953. Pamja e saj lidhet me emrat e James Watson dhe Francis Crick, të cilët zbuluan strukturën e molekulës së ADN-së. Zbulimi u bë i mundur përmes studimit të gjenetikës, baktereve dhe biokimisë së viruseve. Profesioni i biologut molekular nuk është i përhapur, por sot roli i tij në shoqërinë moderne është shumë i madh. Një numër i madh sëmundjesh, përfshirë ato të manifestuara në nivel gjenetik, kërkojnë që shkencëtarët të gjejnë zgjidhje për këtë problem.

Përshkrimi i aktivitetit

Viruset dhe bakteret po ndryshojnë vazhdimisht, që do të thotë se ilaçet nuk e ndihmojnë më një person dhe sëmundjet bëhen të pazgjidhshme. Detyra e biologjisë molekulare është të përparojë këtë proces dhe të zhvillojë një kurë të re për sëmundjet. Shkencëtarët punojnë sipas një skeme të mirëpërcaktuar: bllokimi i shkakut të sëmundjes, eliminimi i mekanizmave të trashëgimisë dhe në këtë mënyrë zbutja e gjendjes së pacientit. Ka një sërë qendrash, klinikash dhe spitalesh në mbarë botën ku biologët molekularë po zhvillojnë trajtime të reja për të ndihmuar pacientët.

Përgjegjësitë e punës

Përgjegjësitë e një biologu molekular përfshijnë studimin e proceseve brenda qelizës (për shembull, ndryshimet në ADN gjatë zhvillimit të tumoreve). Gjithashtu, ekspertët studiojnë veçoritë e ADN-së, efektin e tyre në të gjithë organizmin dhe një qelizë të vetme. Studime të tilla kryhen, për shembull, në bazë të PCR (reaksion zinxhir polimerazë), i cili ju lejon të analizoni trupin për infeksione, sëmundje trashëgimore dhe të përcaktoni marrëdhëniet biologjike.

Karakteristikat e rritjes së karrierës

Profesioni i biologut molekular është mjaft premtues në fushën e tij dhe tashmë sot pretendon të jetë i pari në renditjen e profesioneve mjekësore të së ardhmes. Nga rruga, një biolog molekular nuk duhet të qëndrojë në këtë fushë gjatë gjithë kohës. Nëse ka dëshirë për të ndryshuar profesionin, ai mund të rikualifikohet si menaxher shitjesh për pajisjet laboratorike, të fillojë të zhvillojë instrumente për studime të ndryshme ose të hapë biznesin e tij.

1. Hyrje.

Lënda, detyrat dhe metodat e biologjisë molekulare dhe gjenetikës. Rëndësia e gjenetikës "klasike" dhe gjenetikës së mikroorganizmave në zhvillimin e biologjisë molekulare dhe inxhinierisë gjenetike. Koncepti i një gjeni në gjenetikën "klasike" dhe molekulare, evolucioni i tij. Kontributi i metodologjisë së inxhinierisë gjenetike në zhvillimin e gjenetikës molekulare. Vlera e aplikuar e inxhinierisë gjenetike për bioteknologji.

2. Bazat molekulare të trashëgimisë.

Koncepti i një qelize, përbërja e saj makromolekulare. Natyra e materialit gjenetik. Historia e provave për funksionin gjenetik të ADN-së.

2.1. Lloje të ndryshme të acideve nukleike. Funksionet biologjike të acideve nukleike. Struktura kimike, struktura hapësinore dhe vetitë fizike acidet nukleike. Karakteristikat strukturore të materialit gjenetik të pro- dhe eukarioteve. Çiftet e bazave plotësuese Watson-Crick. Kodi gjenetik. Historia e deshifrimit të kodit gjenetik. Karakteristikat kryesore të kodit: treshe, kod pa presje, degjenerim. Veçoritë e fjalorit të kodeve, familjet e kodoneve, kodonet semantike dhe "të pakuptimta". Molekulat rrethore të ADN-së dhe koncepti i mbimbështjelljes së ADN-së. Topoizomerët e ADN-së dhe llojet e tyre. Mekanizmat e veprimit të topoizomerazave. Giraza e ADN-së bakteriale.

2.2. Transkriptimi i ADN-së. ARN polimeraza prokariotike, nënnjësia e saj dhe strukturat tredimensionale. Shumëllojshmëri faktorësh sigma. Promotori i gjenit prokariotik, elementët strukturorë të tij. Fazat e ciklit të transkriptimit. Fillimi, formimi i një "kompleksi të hapur", zgjatja dhe përfundimi i transkriptimit. zbutja e transkriptimit. Rregullimi i shprehjes së operonit të triptofanit. "Ribosçelsat". Mekanizmat e përfundimit të transkriptimit. Rregullimi negativ dhe pozitiv i transkriptimit. operon laktozë. Rregullimi transkriptues në zhvillimin e fagut lambda. Parimet e njohjes së ADN-së nga proteinat rregullatore (proteina CAP dhe represori i fagut lambda). Karakteristikat e transkriptimit në eukariotët. Përpunimi i ARN-së në eukariotët. Mbyllja, bashkimi dhe poliadenilimi i transkripteve. mekanizmat e bashkimit. Roli i ARN-së së vogël bërthamore dhe faktorëve proteinikë. Lidhje alternative, shembuj.

2.3. Transmetimi, fazat e tij, funksioni i ribozomeve. Vendndodhja e ribozomeve në qelizë. Llojet prokariote dhe eukariote të ribozomeve; Ribozomet 70S dhe 80S. Morfologjia e ribozomeve. Ndarja në nëngrimca (nënnjësi). Lidhja e varur nga kodoni e aminoacil-tRNA në ciklin e zgjatjes. Ndërveprimi kodon-antikodon. Pjesëmarrja e faktorit të zgjatjes EF1 (EF-Tu) në lidhjen e aminoacil-tRNA me ribozomin. Faktori i zgjatjes EF1B (EF-Ts), funksioni i tij, sekuenca e reaksioneve me pjesëmarrjen e tij. Antibiotikët që ndikojnë në fazën e lidhjes së varur nga kodoni i aminoacil-tRNA me ribozomin. Antibiotikët aminoglikozidë (streptomicina, neomicina, kanamicina, gentamicina etj.), mekanizmi i veprimit të tyre. Tetraciklinat si frenues të lidhjes së aminoacil-tRNA me ribozomin. Fillimi i transmetimit. Fazat kryesore të procesit të inicimit. Fillimi i përkthimit në prokariote: faktorët e inicimit, kodonet iniciatorë, ARN 3¢-fundi i nënnjësisë së vogël ribozomale dhe sekuenca Shine-Dalgarno në mARN. Fillimi i përkthimit në eukariotët: faktorët e inicimit, kodonet iniciatorë, rajoni i papërkthyer 5¢ dhe fillimi i terminalit të varur nga kapaku. Fillimi "i brendshëm" i pavarur nga kapaku në eukariotët. Transpeptidimi. Frenuesit e transpeptidimit: kloramfenikoli, linkomicina, amicetina, streptogramina, anizomicina. Translokimi. Përfshirja e faktorit të zgjatjes EF2 (EF-G) dhe GTP. Frenuesit e translokacionit: acidi fusidik, viomycin, mekanizmat e veprimit të tyre. Përfundimi i përkthimit. Kodonet e përfundimit. Faktorët e përfundimit të proteinave të prokariotëve dhe eukariotëve; dy klasa të faktorëve të përfundimit dhe mekanizmat e veprimit të tyre. Rregullimi i përkthimit në prokariote.

2.4. Replikimi i ADN-së dhe kontrollin e tij gjenetik. Polimerazat e përfshira në replikim, karakteristikat e aktiviteteve të tyre enzimatike. Besnikëria e ADN-së. Roli i ndërveprimeve sterike ndërmjet çifteve të bazave të ADN-së gjatë replikimit. E. coli polimerazat I, II dhe III. Nënnjësitë e polimerazës III. Pirun e replikimit, fijet "udhëheqëse" dhe "të mbetura" gjatë replikimit. Fragmente të Okazaki. Kompleksi i proteinave në pirunin e replikimit. Rregullimi i fillimit të replikimit në E. coli. Ndërprerja e replikimit në baktere. Veçoritë e rregullimit të replikimit plazmidik. Replikimi i unazës dydrejtimëshe dhe rrotulluese.

2.5. Rekombinimi, llojet dhe modelet e tij. Rikombinim i përgjithshëm ose homolog. Thyerjet me dy fije në ADN që nisin rikombinimin. Roli i rikombinimit në riparimin pas replikimit të thyerjeve me dy fije. Struktura e pushimeve në modelin e rikombinimit. Enzimologjia e rikombinimit të përgjithshëm në E. coli. Kompleksi RecBCD. Proteina Reca. Roli i rikombinimit në sigurimin e sintezës së ADN-së në dëmtimin e ADN-së që ndërpret replikimin. rikombinimi në eukariote. Enzimat e rikombinimit në eukariotët. Rikombinim specifik i vendit. Dallimet në mekanizmat molekularë të rikombinimit të përgjithshëm dhe specifik të vendit. Klasifikimi i rekombinazave. Llojet e rirregullimeve kromozomale të kryera gjatë rikombinimit të vendit specifik. Roli rregullator i rikombinimit të vendndodhjes specifike në baktere. Ndërtimi i kromozomeve eukariote shumëqelizore duke përdorur sistemin e rikombinimit të fagut specifik për vendin.

2.6. Riparimi i ADN-së. Klasifikimi i llojeve të dëmshpërblimit. Riparimi i drejtpërdrejtë i dimerëve të timinës dhe guaninës së metiluar. Prerja e bazave. Glikozilazat. Mekanizmi i riparimit të nukleotideve të paçiftuara (riparimi i mospërputhjes). Përzgjedhja e vargut të ADN-së që do të riparohet. Riparimi SOS. Vetitë e polimerazave të ADN-së të përfshira në riparimin SOS në prokariote dhe eukariote. Koncepti i "mutacioneve adaptive" në baktere. Riparimi i thyerjeve me dy fije: rikombinimi homolog post-replikativ dhe bashkimi i skajeve johomologe të molekulës së ADN-së. Marrëdhënia midis proceseve të replikimit, rikombinimit dhe riparimit.

3. Procesi i mutacionit.

Roli i mutantëve biokimikë në formimin e teorisë së një gjeni - një enzime. Klasifikimi i mutacioneve. Mutacionet e pikave dhe rirregullimet kromozomike, mekanizmi i formimit të tyre. Mutagjeneza spontane dhe e induktuar. Klasifikimi i mutagjenëve. Mekanizmi molekular i mutagjenezës. Marrëdhënia midis mutagjenezës dhe riparimit. Identifikimi dhe përzgjedhja e mutantëve. Supresioni: intragjenik, intergjenik dhe fenotipik.

4. Elementet gjenetike ekstrakromozomale.

Plazmidet, struktura dhe klasifikimi i tyre. Faktori i seksit F, struktura dhe cikli i tij jetësor. Roli i faktorit F në mobilizimin e transferimit të kromozomeve. Formimi i donatorëve të Hfr dhe F. Mekanizmi i konjugimit. Bakteriofagët, struktura dhe cikli i tyre jetësor. Bakteriofagët virulentë dhe të butë. Lizogjenia dhe transduksioni. Transduksioni i përgjithshëm dhe specifik. Elementet gjenetike migruese: transpozonët dhe sekuencat IS, roli i tyre në metabolizmin gjenetik. ADN - transpozonet në gjenomet e prokariotëve dhe eukarioteve IS-sekuencat e baktereve, struktura e tyre IS-sekuenca si një komponent i faktorit F të baktereve, i cili përcakton aftësinë për të transferuar materialin gjenetik gjatë konjugimit Transpozonet e baktereve dhe organizmave eukariote Direkte jo replikative dhe mekanizmat replikues të transpozimeve Koncepti i transferimit horizontal të transpozonit dhe roli i tyre në rirregullimet strukturore (rikombinimi ektopik) dhe në evolucionin e gjenomit.

5. Studimi i strukturës dhe funksionit të gjenit.

Elementet e analizës gjenetike. Testi i komplementimit Cis-trans. Harta gjenetike duke përdorur konjugimin, transduksionin dhe transformimin. Ndërtimi i hartave gjenetike. Hartë e imët gjenetike. Analiza fizike e strukturës së gjenit. analiza heteroduplekse. Analiza e kufizimit. Metodat e renditjes. reaksioni zinxhir i polimerazës. Zbulimi i funksionit të një gjeni.

6. Rregullimi i shprehjes së gjeneve. Konceptet e operonit dhe rregullonit. Kontrolli në nivelin e fillimit të transkriptimit. Promotor, operator dhe proteinat rregullatore. Kontroll pozitiv dhe negativ i shprehjes së gjeneve. Kontrolli në nivelin e përfundimit të transkriptimit. Operonët e kontrolluar nga kataboliti: modelet e operoneve të laktozës, galaktozës, arabinozës dhe maltozës. Operonët e kontrolluar nga attenuatorët: një model i operonit të triptofanit. Rregullimi shumëvalent i shprehjes së gjeneve. Sistemet globale të rregullimit. Reagimi rregullator ndaj stresit. kontrolli pas transkriptimit. transduksioni i sinjalit. Rregullimi i ndërmjetësuar nga ARN: ARN të vogla, ARN sensorë.

7. Bazat e inxhinierisë gjenetike. Enzimat kufizuese dhe modifikimet. Izolimi dhe klonimi i gjeneve. Vektorët për klonimin molekular. Parimet e ndërtimit të ADN-së rekombinante dhe futja e tyre në qelizat marrëse. Aspektet e aplikuara të inxhinierisë gjenetike.

A). Literatura kryesore:

1. Watson J., Tooze J., ADN-ja rekombinante: Një kurs i shkurtër. – M.: Mir, 1986.

2. Gjenet. – M.: Mir. 1987.

3. Biologjia molekulare: struktura dhe biosinteza e acideve nukleike. / Ed. . - M. Shkolla e lartë. 1990.

4. , – Bioteknologjia molekulare. M. 2002.

5. Ribozomet e spirinës dhe biosinteza e proteinave. - M .: Shkolla e lartë, 1986.

b). Literaturë shtesë:

1. Hesina e gjenomit. - M.: Shkencë. 1984.

2. Rybchin i inxhinierisë gjenetike. - Shën Petersburg: Universiteti Teknik Shtetëror i Shën Petersburgut. 1999.

3. Genet Patrushev. – M.: Nauka, 2000.

4. Mikrobiologjia moderne. Prokariotët (në 2 vëllime). – M.: Mir, 2005.

5. M. Singer, P. Berg. Gjenet dhe gjenomet. – M.: Mir, 1998.

6. Inxhinieri Shchelkunov. - Novosibirsk: Nga Sib. Univ., 2004.

7. Biologji Stepanov. Struktura dhe funksionet e proteinave. - M.: V. Sh., 1996.

(Biolog molekular/-biologinë)

• Lloji

  Profesioni pas diplomimit

• Paga

  3667-5623 € në muaj

Biologët molekularë studiojnë proceset molekulare si bazë e të gjitha proceseve jetësore. Bazuar në rezultatet e marra, ata zhvillojnë koncepte për përdorimin e proceseve biokimike, për shembull në kërkimin mjekësor dhe diagnostikimin ose në bioteknologji. Përveç kësaj, ata mund të përfshihen në prodhimin e produkteve farmaceutike, zhvillimin e produktit, sigurimin e cilësisë ose këshillimin farmaceutik.

Përgjegjësitë e një biologu molekular

Biologët molekularë mund të punojnë në fusha të ndryshme. Për shembull, ato kanë të bëjnë me përdorimin e rezultateve të kërkimit për prodhim në fusha të tilla si inxhinieria gjenetike, kimia e proteinave ose farmakologjia (zbulimi i barnave). Në industrinë kimike dhe farmaceutike, ato lehtësojnë transferimin e produkteve të reja të zhvilluara nga kërkimi në prodhim, marketingun e produkteve dhe këshillimin e përdoruesve.

Në kërkimin shkencor, biologët molekularë studiojnë vetitë kimike-fizike të përbërjeve organike, si dhe proceset kimike (në fushën e metabolizmit qelizor) në organizmat e gjallë dhe publikojnë rezultatet e hulumtimit. Në institucionet e arsimit të lartë, ata mësojnë studentët, përgatiten për leksione dhe seminare, kontrollojnë punën me shkrim dhe administrojnë provimet. Veprimtaria e pavarur shkencore është e mundur vetëm pas marrjes së gradës master dhe doktoraturës.

Ku punojnë biologët molekularë?

Biologët molekularë gjejnë punë, si p.sh

• në institutet kërkimore, p.sh., në fushën e shkencës dhe mjekësisë
• në institucionet e arsimit të lartë
• në industrinë kimike-farmaceutike
• në departamentet e mbrojtjes së mjedisit

Paga e biologut molekular

Niveli i pagës që marrin Biologët Molekularë në Gjermani është

• nga 3667 € në 5623 € në muaj

(sipas zyrave të ndryshme statistikore dhe shërbimeve të punësimit në Gjermani)

Detyrat dhe përgjegjësitë e një biologu molekular në detaje

Cili është thelbi i profesionit Biolog Molekular

Biologët molekularë studiojnë proceset molekulare si bazë e të gjitha proceseve jetësore. Bazuar në rezultatet e marra, ata zhvillojnë koncepte për përdorimin e proceseve biokimike, për shembull në kërkimin mjekësor dhe diagnostikimin ose në bioteknologji. Përveç kësaj, ata mund të përfshihen në prodhimin e produkteve farmaceutike, zhvillimin e produktit, sigurimin e cilësisë ose këshillimin farmaceutik.

Profesioni Biologji Molekulare

Biologjia molekulare ose gjenetika molekulare merret me studimin e strukturës dhe biosintezës së acideve nukleike dhe proceseve të përfshira në transmetimin dhe realizimin e këtij informacioni në formën e proteinave. Kjo bën të mundur kuptimin e çrregullimeve të dhimbshme të këtyre funksioneve dhe, mundësisht, shërimin e tyre me ndihmën e terapisë gjenetike. Ka ndërfaqe për bioteknologjinë dhe inxhinierinë gjenetike që krijojnë organizma të thjeshtë, të tilla si bakteret dhe maja, për të bërë substanca me interes farmakologjik ose tregtar të disponueshme në një shkallë industriale përmes mutacioneve të synuara.

Teoria dhe Praktika e Biologjisë Molekulare

Industria kimike-farmaceutike ofron fusha të shumta punësimi për biologët molekularë. Në mjediset industriale, ata analizojnë proceset e biotransformimit ose zhvillojnë dhe përmirësojnë proceset për prodhimin mikrobiologjik të përbërësve aktivë dhe ndërmjetësve farmaceutikë. Përveç kësaj, ata janë të përfshirë në kalimin e produkteve të reja të zhvilluara nga kërkimi në prodhim. Me kryerjen e detyrave të inspektimit, ata sigurojnë që objektet e prodhimit, pajisjet, metodat analitike dhe të gjitha hapat në prodhimin e produkteve të ndjeshme siç janë produktet farmaceutike, të përmbushin gjithmonë standardet e kërkuara të cilësisë. Përveç kësaj, biologët molekularë këshillojnë përdoruesit për përdorimin e produkteve të reja.

Pozicionet e menaxhimit shpesh kërkojnë një program master.

Biologët molekularë në kërkim dhe edukim

Në fushën e shkencës dhe kërkimit, biologët molekularë merren me tema të tilla si njohja, transporti, palosja dhe kodifikimi i proteinave në një qelizë. Rezultatet e hulumtimit, të cilat janë bazë për aplikime praktike në fusha të ndryshme, publikohen dhe kështu vihen në dispozicion të shkencëtarëve dhe studentëve të tjerë. Në konferenca dhe kongrese ata diskutojnë dhe prezantojnë rezultatet e veprimtarive shkencore. Biologët molekularë japin leksione dhe seminare, mbikëqyrin punën shkencore dhe administrojnë provimet.

Veprimtaria e pavarur shkencore kërkon diplomë master dhe doktoraturë.