Молекулярна біологія - хімічна енциклопедія

Відео: Біологія: генетика і молекулярна біологія

МОЛЕКУЛЯРНА БІОЛОГІЯ

МОЛЕКУЛЯРНА БІОЛОГІЯ. вивчає явища життя на рівні макромолекул (гл. обр. білків і нуклеїнових к-т) в безклітинних структурах (рибосоми та ін.), у вірусах. а також в клітинах. Мета молекулярної біології-встановлення ролі та механізму функціонування цих макромолекул на основі знання їх структури і св-в.

Історично молекулярна біологія сформувалася в ході розвитку напрямків біохімії. вивчають біополімери. У той час як біохімія досліджує гл. обр. обмін речовин і біоенергетику. молекулярна біологія приділяє головну увагу вивченню способу зберігання спадщин. інформації, механізму її передачі дочірнім клітинам і реалізації цієї інформації. Молекулярна біологія -погранічная наука, що виникла на кордоні біохімії. біоорганічної хімії. біофізики, орг. хімії. цитології і генетики. Формальною датою виникнення молекулярної біології вважають 1953 коли Дж. Уотсон і Ф. Крик встановили структуру ДНК і висловили подтвердившееся пізніше припущення про механізм її реплікації (подвоєння), що лежить в основі спадковості. Таким чином були пов`язані ф-ції цього биополимера (той факт, що ДНК-фактор наследственнесті, встановлений в 1944 О. Ейвері) з його хім. структурою і св-вами. Важливе значення для становлення молекулярної біології як науки мали також роботи з вивчення мовляв. основ м`язового скорочення (В. А. Енгельгардт і М. І. Любимова, з 1939).

За витоків свого розвитку молекулярна біологія нерозривно пов`язана з м о л е к у л я р н о м г е н е т і к о ї (наука, що вивчає струк-турне-функцион. Організацію генетич. Апарату клітин і механізму реалізації спадків. інформації), к-раю продовжує складати важливу частину молекулярної біології, хоча і сформувалася вже в значить. міру в самостійно. дисципліну. Саме в цій області були досягнуті результати, к-які сприяли розвитку молекулярної біології і сприйняття її принципів.

Для розуміння закономірностей будови нуклеїнових к-т і їх поведінки в клітці найважливіше значення має принцип комплементарності пуринових і піримідинових основ. встановлений в 1953 Уотсоном і Криком. Визнання значення просторів. відносин знайшло своє вираження також у поданні про комплементарності пов-стей макромолекул і мол. комплексів, що є необхідною умовою прояву слабких сил - невалентних взаємодій. (Водневі зв`язки. Ван-дер-ваальсові взаємодій. І ін.), Що діють лише на коротких відстанях і створюють морфологич. різноманітність біол. структур, їх функцион. рухливість. Невалентних взаємодій. зумовлюють утворення фермент-субстратні комплексів, самосборку біол. структур, напр. рибосом, і ін.

Важливе досягнення молекулярної біології-розкриття на мовляв. рівні механізму мутацій. Головну роль в ньому відіграють випадання, вставки і переміщення відрізків ДНК. заміни пари нуклео-тідов в функціонально значущих відрізках генома. Визначено важлива роль мутацій в еволюції організмів (в СРСР ініціатором досліджень мовляв. Основ еволюції був А. Н. Білозерський). Розкрито мовляв. основи таких генетич. процесів у прокаріот (бактерії та синьо-зелені водорості) і еукаріот (всі організми. за винятком прокаріот), як рекомбінація генетична - обмін ділянками хромосом. що приводить до появи бактерій (вірусів) з новим поєднанням генів. Досягнуто значить. успіхи у вивченні будови клітинного ядра. в т.ч. хромосом еукаріот. Удосконалення методів культивування та гібридизації тварин клітин сприяло розвитку генетики з-Матіч. клітин (клітин тіла). Була розвинена ідея про РЕПЛІКОН (елементарна генетич. Структура, здатна до реплікації як єдине ціле), що пояснює важливі аспекти регуляції реплікації (Ф. Жакоб і С. Бреннер, 1963). Значить. успіх молекулярної біології-перший хім. синтез гена. к-рий здійснив в 1968 X. Корану. Дані про хім. природі і тонку будову генів сприяли розробці методів їх виділення (вперше здійснено в 1969 Дж. Беквіта).

Дослідження механізму біосинтезу білка дозволило встановити т. Зв. центр. постулат, що характеризує рух генетич. інформації: ДНК-gt; матрична рібонуклеі-нова кислота (мРНК) -gt; білок (існування мРНК вперше передбачено Білозерським і А. С. Спіріним в 1957). Відповідно до цього постулату, білок являє собою свого роду інформаці. клапан, що перешкоджає поверненню інформації на рівень РНК і ДНК.

Освіта в організмі білків і нуклеїнових к-т здійснюється за типом матричного синтезу. для к-якого необхідна матриця. або "шаблон", - вихідна полімерна молекула. к-раю визначає послідовність нуклеоті-дов (амінокислот) в синтезується копії (гіпотеза про такий механізм синтезу біополімерів сформульована в 1928 Н. К. Кольцовим). Такими матрицями є ДНК при реплікації і транскрипції (синтез мРНК на матриці ДНК), а також мРНК при трансляції (синтезі білка на матриці мРНК). Важливе значення мало відкриття зворотної транскрипції. тобто синтезу ДНК на матриці РНК. доорої відбувається у онкогенних РНК-вірусів за допомогою спец. ферменту - зворотної транскриптази (X. Тьомін і Д. Балтімор, 1970). Відкриття генетичного коду (його концепція сформульована А. Даунс та Г. Гамовим в 1952-54, а розшифровка здійснена М. Ніренбергом,

X. Маттеї, С. Очоа і Кораною в 1961-65) дозволило встановити співвідношення послідовності нуклеотидів в нуклеїнових к-тах з послідовністю амінокислот в білках. Регуляція синтезу білка наиб. вивчена на рівні транскрипції. Для пояснення механізму регуляції важливе значення має концепція оперону (сукупність пов`язаних між собою генів і прилеглих до них регуляторних ділянок), розроблена Жакобом і Ж. Моно в 1959, відкриття білків-репрессоров (пригнічують транскрипцію гена - см. Регуляторні білки), аллостеріч. регуляції (зміна швидкості транскрипції в залежності від активності ферментів. беруть участь в цьому процесі) і регуляції за принципом зворотного зв`язку (див. також Регулятори ферментів).

До середини. 60-х рр. 20 в. утвердилося уявлення про універсальність осн. рис будови і ф-ції гена як складної лінійної структури ДНК. к-рий в результаті транскрипції і послід. трансляції визначає первинну структуру по-ліпептідной ланцюга.

М олекулярная біологія розглядає також ряд ін. Питань фундаментального і прикладного характеру. Великий інтерес і значення мають дослідження репарацій (виправлень) ушкоджень геному. завданих короткохвильового радіацією, мутагенами і ін. Велику самостійно. область складають дослідження механізму дії ферментів. засновані на уявленнях про тривимірну структуру білків і ролі слабких межмол. взаємодій. З`ясовано мн. дета-чи будови і розвитку вірусів. особливо бактеріофагів (вірусів бактерій). Вивчення гемоглобинов у осіб, які страждають серповидно-клітинною анемією і ін. Гемогло-бінопатіямі, поклало початок вивченню структурної основи "молекулярних хвороб" - вроджених помилок метаболізму.

Важлива область молекулярної біології-генетична інженерія, що розробляє методи конструювання спадщин. структур у вигляді молекул рекомбінантних ДНК. Застосування методів генетичної. інженерії дозволило в короткі терміни виділити багаточисельних. гени і встановити в них послідовність нуклеотидів. Таким чином були виявлені мігруючі генетичні елементи (вперше передбачені Б. Мак-Клінток в кін. 40-х рр. 20 ст.), Встановлена мовляв. природа варіабельності молекул антитіл. відкрита уривчастість в структурі еукаріотіч. генів і встановлені нові принципи регулювання їх активності. На базі генетич. інженерії стала активно розвиватися біотехнологія. пов`язана з вироб-вом пептидів і білків. таких, як людські гормон росту. інсулін. інтерферони та ін. Цілеспрямована зміна структури генів і їх регуляторних областей і введення таких генів в бактеріальні, тварини і ростить. клітини дозволило створювати трансгенні організми. здатні виробляти нові білки (білкова інженерія) і надавати нові св-ва цим організмам.

Для проведення досліджень в молекулярній біології широко використовують фіз.-хім. методи і біол. експерименти. Застосовують разл. види хроматографії. ультрацентрифугирование. рентгено-структурний аналіз, електронну мікроскопію. ЕПР. ЯМР і ізотопні індикатори. використовують також син-хротронное (магнітно-гальмівне) випромінювання, дифракцію нейтронів. мёссбауеровскую спектроскопію і лазерну техніку. В експериментах широко застосовують модельні системи "ін вітро" і мутагени.

Відео: Лекції з молекулярної біології Нікітіна Данила Михайловича

Важливе практич. значення молекулярна біологія грає в розвитку с. х-ва (спрямоване і контрольоване зміна спадщин. апарату тварин і рослин для отримання високопродуктивних порід і сортів), микробиол. пром-сті (див. напр. Мікробіологічний синтез), в розвитку теоретич. основ разл. розділів медицини. Актуальні проблеми молекулярної біології-дослідження мовляв. механізмів злоякісного росту клітин. пошук способів попередження спадщин. захворювань, пізнання механізмів пам`яті. подальше вивчення механізмів дії ферментів. гормонів. лек. і токсичний. в-в.

===
Ісп. література для статті «МОЛЕКУЛЯРНА БІОЛОГІЯ». Кольцов Н. К. Спадкові молекули. "Бюлетень Московського суспільства випробувачів природи", відділ біологічний, 1965, т. 70, ст. 4, с. 75-104- Енгельгардт В. А. Молекулярна біологія, в кн. Розвиток біології в СРСР, М. 1967- Білозерський А. Н. Молекулярна біологія-нова ступінь пізнання природи, М. 1970 Баєв А. А. Хімічні основи життя, в кн. Жовтень і наука, під ред. А. П. Александрова та ін. М. 1977, с. 417-36- Уотсон Дж. Молекулярна біологія гена. пер. з англ. М. 1978- Зенг-буш П. Молекулярна і клітинна біологія, пров. з нім. т. 1-3, М. 1982- Молекулярна біологія. Структура і біосинтез нуклеїнових кислот. під ред. А. С. Спіріна, М. 1990. А. А. Баєв, А. Д. Мирзабеков.