Prednáška 1. Koncept molekulárna biológia a hlavné etapy jeho vývoja

Vymedzenie predmetu molekulárna biológia

Pojem „molekulárna biológia“ patrí laureátovi Nobelovej ceny Francisovi Crickovi, ktorý bol „unavený v odpovedi na otázku o svojej profesii, vyhlásiť sa za zmes kryštalografa, biochemika, biofyzika a genetika“.

Po atómovom bombardovaní Hirošimy a Nagasaki v roku 1945 sa začal útek vedcov z fyziky a v roku 1947 kandidát na Nobelovu cenu fyzik Erwin Schrödinger napísal knihu Aký je život z pohľadu fyzika?, ktorá prilákala k biológii mnohých fyzikov a matematikov.

Definícia pojmu

Molekulárna biológia je veda o mechanizmoch ukladania, rozmnožovania, prenosu a implementácie genetickej informácie, o štruktúre a funkciách nepravidelných biopolymérov – nukleových kyselín a bielkovín.

Počnúc štúdiom biologických procesov na molekulárno-atómovej úrovni, molekulárna biológia prešla ku komplexným nadmolekulárnym bunkovým štruktúram av súčasnosti úspešne rieši problémy genetiky, fyziológie, evolúcie a ekológie.

Hlavné etapy vývoja molekulárnej biológie

1. Prvé romantické obdobie 1935-1944

Max Delbrück a Salvador Luria študovali rozmnožovanie fágov a vírusov, čo sú komplexy nukleových kyselín s proteínmi.

V roku 1940 George Beadle a Edward Tatum sformulovali hypotézu – „Jeden gén – jeden enzým“. To, čo je gén z fyzikálno-chemického hľadiska, však v tom čase ešte nebolo známe.

2. Druhé romantické obdobie 1944-1953

Genetická úloha DNA bola preukázaná. V roku 1953 sa objavil model dvojitej špirály DNA, za ktorý boli jeho tvorcovia James Watson, Francis Crick a Maurice Wilkins ocenení Nobelovou cenou.

3. Dogmatické obdobie 1953-1962

Centrálna dogma molekulárnej biológie je formulovaná:

Prenos genetickej informácie je v smereDNA → RNA → proteín.

V roku 1962 bol rozlúštený genetický kód.

4. akademické obdobie od roku 1962 po súčasnosť, v ktorej sa od roku 1974 rozlišujú čiastkové obdobie genetického inžinierstva.

oc Nový e objavov

1944 . Dôkazy o genetickej úlohe DNA. Oswald Avery, Colin McLeod, McLean McCarthy.

1953 . Stanovenie štruktúry DNA. James Watson, Francis Crick.

1961 . Objav genetickej regulácie syntézy enzýmov. André Lvov, Francois Jacob, Jacques Monod.

1962 . Dešifrovanie genetického kódu. Marshall Nirnberg, Heinrich Mattei, Severo Ochoa.

1967 Syntéza vin vitrobiologicky aktívna DNA. Arthur Kornberg (neformálny vedúci molekulárnej biológie).

1970 . Chemická syntéza génu. Gobind z Koránu.

1970 . Objav enzýmu reverzná transkriptáza a fenomén reverznej transkripcie. Howard Temin, David Baltimore, Renato Dulbeco.

1974 . Obmedzenie otvárania. Hamilton Smith, Daniel Nathans, Werner Arber.

1978 . Spojovací otvor. Philip Sharp.

1982 . Otváranie autosplicingu. ThomasChek.

Dôkazy o genetickej úlohe nukleových kyselín

1 . 1928. Experimenty Fredericka Griffitha.

Griffith pracoval s pneumokoky- baktérie spôsobujúce zápal pľúc. Bral dva kmene pneumokokov: kapsulárne a nekapsulárne. Kapsulárne – patogénne (virulentné), pri infekcii takýmto kmeňom myši uhynú, nekapsulárne – nepatogénne. Keď bola myšiam injikovaná zmes teplom usmrtených (a preto stratili svoju virulenciu) kapsulárnych pneumokokov a živých nekapsulárnych nevirulentných baktérií, zvieratá uhynuli v dôsledku množenia kapsulárnych virulentných foriem. Griffith objavený jav interpretoval ako premenu.

Definícia:

Transformácia je získanie niektorých znakov iného organizmu zachytením niektorých jeho genetických informácií jedným organizmom.

V roku 1944 tento experiment zopakovali Oswald Avery, Colin McLeod a McLean McCarthy vo variante zmiešania akapsulárnych pneumokokov s proteínmi odobratými z kapsulárnych proteínov, polysacharidov alebo DNA. Výsledkom tohto experimentu bola povaha transformujúceho faktora.

Transformačným faktorom bola DNA.

2 . 1952 experiment Alfreda Hersheyho a Marthy Chase. Fágy (bakteriofágy) sú vírusy, ktoré sa rozmnožujú v baktériách. E. coli - coli(eubaktérie).

Esencia skúsenosti:fágy, ktorých proteínový obal bol označený rádioaktívnou sírou ( S 35 ) a DNA s rádioaktívnym fosforom (P 32) boli inkubované s baktériami. Baktérie sa potom zmyli.

P 32 sa nenašiel v pracej vode a v baktériách - S 35 . teda dovnútra sa dostala len DNA. O pár minút neskôr z baktérie vyšli desiatky plnohodnotných fágov, ktoré obsahovali proteínový obal aj DNA.

Z toho vyplynul jednoznačný záver, že je to DNA, ktorá plní genetickú funkciu – nesie informácie ako o vytváraní nových kópií DNA, kliešťoch, tak aj o syntéze fágových proteínov.

3 . 1957 Frenkel-Konrath experimenty.

Frenkel-Konrath pracoval s vírusom tabakovej mozaiky (TMV). Tento vírus obsahuje RNA, nie DNA. Je známe, že rôzne kmene vírusu spôsobujú rôzny spôsob poškodenia listov tabaku. Po výmene proteínového obalu spôsobili „zamaskované“ vírusy vzor lézií charakteristický pre kmeň, ktorého RNA bola pokrytá cudzím proteínom.

teda nielen DNA, ale aj RNA môže slúžiť ako nosič genetickej informácie.

K dnešnému dňu existujú státisíce dôkazov o genetickej úlohe nukleových kyselín. Tri vyššie uvedené sú klasické.

Molekulárna biológia zažila obdobie prudkého rozvoja vlastných výskumných metód, ktoré sa dnes líšia od biochémie. Patria sem najmä metódy genetického inžinierstva, klonovanie, umelá expresia a knockout génov. Keďže DNA je materiálnym nosičom genetickej informácie, molekulárna biológia sa oveľa viac priblížila genetike a na križovatke vznikla molekulárna genetika, ktorá je zároveň sekciou genetiky aj molekulárnej biológie. Tak ako molekulárna biológia vo veľkej miere využíva vírusy ako výskumný nástroj, virológia využíva na riešenie svojich problémov metódy molekulárnej biológie. Počítačová technika sa podieľa na analýze genetickej informácie, v súvislosti s ktorou sa objavili nové oblasti molekulárnej genetiky, ktoré sa niekedy považujú za špeciálne disciplíny: bioinformatika, genomika a proteomika.

História vývoja

Tento zásadný objav bol pripravený dlhou fázou výskumu genetiky a biochémie vírusov a baktérií.

V roku 1928 Frederick Griffith prvýkrát ukázal, že extrakt z tepla zabíja patogénne baktérie môže preniesť znak patogenity na nie nebezpečné baktérie. Štúdium bakteriálnej transformácie ďalej viedlo k prečisteniu pôvodcu choroby, ktorým sa na rozdiel od očakávaní ukázalo, že nejde o proteín, ale o nukleovú kyselinu. Samotná nukleová kyselina nie je nebezpečná, nesie len gény, ktoré určujú patogenitu a ďalšie vlastnosti mikroorganizmu.

V 50-tych rokoch XX storočia sa ukázalo, že baktérie majú primitívny sexuálny proces, sú schopné vymieňať si extrachromozomálnu DNA, plazmidy. Objav plazmidov, ako aj transformácií, tvorili základ plazmidovej technológie bežnej v molekulárnej biológii. Ďalším dôležitým objavom pre metodiku bol objav na začiatku 20. storočia bakteriálnych vírusov, bakteriofágov. Fágy môžu tiež prenášať genetický materiál z jednej bakteriálnej bunky do druhej. Infekcia baktérií fágmi vedie k zmene zloženia bakteriálnej RNA. Ak je zloženie RNA bez fágov podobné zloženiu bakteriálnej DNA, potom sa po infekcii RNA stane viac podobná bakteriofágovej DNA. Zistilo sa teda, že štruktúra RNA je určená štruktúrou DNA. Rýchlosť syntézy proteínov v bunkách zase závisí od množstva komplexov RNA-proteín. Takto to bolo formulované centrálna dogma molekulárnej biológie: DNA ↔ RNA → proteín.

Ďalší rozvoj molekulárnej biológie sprevádzal jednak rozvoj jej metodológie, najmä vynájdenie metódy určovania nukleotidovej sekvencie DNA (W. Gilbert a F. Sanger, Nobelova cena za chémiu v roku 1980), ako aj nové objavy v oblasti výskumu štruktúry a fungovania génov (viď. História genetiky). Do začiatku 21. storočia boli získané údaje o primárnej štruktúre celej ľudskej DNA a mnohých ďalších organizmov, najdôležitejších pre medicínu, poľnohospodárstvo a vedecký výskum, čo viedlo k vzniku niekoľkých nových oblastí v biológii: genomika, bioinformatika atď.

pozri tiež

• Molekulárna biológia (časopis)
• Transkriptomika
• Molekulárna paleontológia
• EMBO- európska organizácia molekulárnych biológov

Literatúra

• Speváčka M., Berg P. Gény a genómy. - Moskva, 1998.
• Stent G., Kalindar R. Molekulárna genetika. - Moskva, 1981.
• Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Molekulárne klonovanie. - 1989.
• Patrushev L.I. Expresia génov. - M.: Nauka, 2000. - 000 s., ill. ISBN 5-02-001890-2

Odkazy

• Materiály o molekulárnej biológii od Ruskej akadémie vied

Nadácia Wikimedia. 2010.

• Ardatovský okres v regióne Nižný Novgorod
• Okres Arzamas v regióne Nižný Novgorod

Pozrite sa, čo je "molekulárna biológia" v iných slovníkoch:

MOLEKULÁRNA BIOLÓGIA- študuje základy. vlastnosti a prejavy života na molekulárnej úrovni. Najdôležitejšie smery v M. b. sú štúdie štrukturálnej a funkčnej organizácie genetického aparátu buniek a mechanizmu implementácie dedičnej informácie ... ... Biologický encyklopedický slovník

MOLEKULÁRNA BIOLÓGIA- skúma základné vlastnosti a prejavy života na molekulárnej úrovni. Zisťuje, ako a do akej miery je rast a vývoj organizmov, ukladanie a prenos dedičných informácií, premena energie v živých bunkách a iné javy spôsobené ... Veľký encyklopedický slovník

MOLEKULÁRNA BIOLÓGIA Moderná encyklopédia

MOLEKULÁRNA BIOLÓGIA- MOLEKULÁRNA BIOLÓGIA, biologické štúdium štruktúry a funkcie MOLEKÚL, ktoré tvoria živé organizmy. Hlavnými oblasťami štúdia sú fyzické a Chemické vlastnosti proteíny a NUKLEOVÉ KYSELINY, ako je DNA. pozri tiež… … Vedecko-technický encyklopedický slovník

molekulárna biológia- úsek biol., ktorý skúma základné vlastnosti a prejavy života na molekulárnej úrovni. Zisťuje, ako a do akej miery rast a vývoj organizmov, ukladanie a prenos dedičných informácií, premena energie v živých bunkách a ... ... Mikrobiologický slovník

molekulárna biológia- — Témy biotechnológie EN molekulárna biológia … Technická príručka prekladateľa

Molekulárna biológia- MOLEKULÁRNA BIOLÓGIA, skúma základné vlastnosti a prejavy života na molekulárnej úrovni. Zisťuje, ako a do akej miery rast a vývoj organizmov, ukladanie a prenos dedičných informácií, premena energie v živých bunkách a ... ... Ilustrovaný encyklopedický slovník

Molekulárna biológia- veda, ktorá si kladie za úlohu poznanie podstaty životných javov štúdiom biologických objektov a systémov na úrovni približujúcej sa molekulárnej úrovni a v niektorých prípadoch až k tejto hranici. Konečným cieľom tohto je…… Veľká sovietska encyklopédia

MOLEKULÁRNA BIOLÓGIA- študuje javy života na úrovni makromolekúl (ch. arr. proteíny a nukleové kyseliny) v bezbunkových štruktúrach (ribozómy a pod.), vo vírusoch a tiež v bunkách. Účel M.. ktorým sa stanovuje úloha a mechanizmus fungovania týchto makromolekúl na základe ... ... Chemická encyklopédia

molekulárna biológia- skúma základné vlastnosti a prejavy života na molekulárnej úrovni. Zisťuje, ako a do akej miery rast a vývoj organizmov, ukladanie a prenos dedičných informácií, premena energie v živých bunkách a iné javy ... ... encyklopedický slovník

MOLEKULÁRNA BIOLÓGIA, podrobné štúdium živých buniek a ich základné časti(organely), sledovanie úlohy jednotlivých identifikovateľných zlúčenín vo fungovaní týchto štruktúr. Oblasť molekulárnej biológie zahŕňa štúdium všetkých procesov súvisiacich so životom, ako je výživa a vylučovanie, dýchanie, sekrécia, rast, reprodukcia, starnutie a smrť. Najdôležitejším úspechom molekulárnej biológie je rozlúštenie genetického kódu a objasnenie mechanizmu, ktorým bunka využíva informácie potrebné napríklad na syntézu enzýmov. Molekulárne biologický výskum prispieva aj k úplnejšiemu pochopeniu ďalších životných procesov – fotosyntézy, bunkového dýchania a svalovej aktivity.

V molekulárnej biológii uprednostňujú prácu s relatívne jednoduchými systémami, ako sú napríklad jednobunkové organizmy (baktérie, niektoré riasy), v ktorých je počet zložiek relatívne malý, čo znamená, že sa medzi nimi ľahšie rozlišuje. Ale aj tak sú potrebné veľmi sofistikované metódy, aby sa jednotlivé látky presne lokalizovali a odlíšili od všetkých ostatných.

Na základe fyzikálno-chemických prístupov a nástrojov boli vyvinuté zložité, citlivé nástroje a metódy, ktoré sú prispôsobené na prácu s nimi Organické zlúčeninyživé systémy. Metóda rádioautografie je založená na zahrnutí rádioaktívnych atómov do určitých látok, tzv. „rádioaktívny štítok“, ktorý umožňuje sledovať – emitovaným žiarením – chemické premeny týchto látok. Pri štúdiu látok s nízkou molekulovou hmotnosťou sa využívajú metódy spájania malých molekúl látky do tzv. makromolekuly dostatočne veľké na to, aby ich bolo možné pozorovať pri veľkom zväčšení v transmisnom elektrónovom mikroskope. Stanovené röntgenovou difrakciou všeobecná forma makromolekúl, ako sa to urobilo napríklad s deoxyribonukleovou kyselinou (DNA). Na oddelenie zmesi látok, ktoré sa líšia veľkosťou a chemickým zložením, rozdielmi v rýchlosti ich pohybu v elektrickom poli (metóda elektroforézy) alebo rôznymi rýchlosťami difúzie v rozpúšťadle prúdiacom cez stacionárnu fázu, ako je papier (metóda chromatografie), sa používajú.

Pomocou vhodných enzýmov je možné určiť nukleotidovú sekvenciu génov a z nej sekvenciu aminokyselín syntetizovaných proteínov. Ak zvieratá odlišné typy nukleotidové sekvencie génov kódujúcich bežné proteíny, ako je hemoglobín, sú blízko, možno usúdiť, že v minulosti mali tieto zvieratá spoločného predka. Ak sú rozdiely v ich génoch veľké, potom je jasné, že k divergencii druhov od spoločného predka došlo oveľa skôr. Takýto molekulárno-biologický výskum otvoril nový prístup k štúdiu evolúcie organizmov.

Významným prínosom pre medicínu by mala byť identifikácia vírusov podľa ich zloženia. Môže sa použiť napríklad na zistenie, že vírus, ktorý spôsobuje konkrétnu chorobu u ľudí, sa prirodzene zahniezdi v nejakom divom zvierati, z ktorého sa choroba prenáša na človeka. Ak sa u zvierat, ktoré slúžia ako rezervoár tohto vírusu v prírode, nezistia žiadne príznaky choroby, potom tu zjavne funguje nejaký mechanizmus imunity a potom vyvstáva nová úloha - študovať tento mechanizmus s cieľom pokúsiť sa zahrnúť to v imunitný systém osoba.

MOLEKULÁRNA BIOLÓGIA Neskorá lat. molecula, zdrobnenina lat. mólová hmota; biológia) je biomedicínska veda, ktorá študuje javy života na úrovni biologických makromolekúl - proteínov a nukleových kyselín, napr. jednoduché systémy ako bezbunkové štruktúry, vírusy a limitne na bunkovej úrovni. Väčšina týchto predmetov je neživá alebo obdarená elementárnymi prejavmi života. Pozícia M. v systéme biol sú vedy determinované predstavami o štrukturálnych úrovniach živej hmoty, t.j. evolučne ustálených foriem života, počnúc prebiotickými krokmi a končiac zložitými systémami: malé organické molekuly - makromolekuly - bunkové a subcelulárne štruktúry - telo , atď., respektíve to-rym sú postavené a úrovne vedomostí. Historicky M. b. vznikla ako výsledok štúdia biologických makromolekúl, pričom M. by. považovaný za sekciu biochémie (pozri). M. b. je zároveň hraničnou vedou, ktorá vznikla na spojení biochémie, biofyziky (pozri), organickej chémie (pozri), cytológie (pozri) a genetiky (pozri). M. nápad b. spočíva v odhaľovaní elementárnych mechanizmov hlavných procesov vitálnej činnosti - dedičnosti (pozri), variability (pozri), pohybu atď. - prostredníctvom štúdia biol, makromolekúl. Molekulárna biol. myšlienky našli úrodnú pôdu najmä v genetike - vznikla molekulárna genetika (pozri), a práve tu sa dosahovali výsledky, k rozvoju M. prispelo žito. a uznanie jej princípov. zastúpenia M.. majú heuristickú (kognitívnu) hodnotu, keďže biol, makromolekuly - proteíny (pozri) a nukleové kyseliny (pozri) existujú a pôsobia na všetkých úrovniach vývoja živej hmoty. Z tohto dôvodu by M. hranice by. ťažko definovateľné: ukazuje sa, že ide o všeprestupujúcu vedu.

Samotný názov „molekulárna biológia“ patrí angličtine. kryštalograf Astbury (W. T. Astbury). Formálny dátum výskytu M. zoberme si rok 1953, keď J. Watson a F. Crick stanovili štruktúru DNA a vyjadrili neskôr potvrdený predpoklad o mechanizme jej replikácie, ktorý je základom dedičnosti. Ale na najmenej od roku 1944 sa od diel Averyho (O. Th. Avery) hromadili fakty poukazujúce na genetickú úlohu DNA; N. K. Koltsov vyjadril myšlienku maticovej syntézy vo veľmi jasnej forme už v roku 1928; Štúdium molekulárnej podstaty svalovej kontrakcie sa začalo prácami V. A. Engelgardta a M. N. Lyubimovej, publikovanými v rokoch 1939-1942. M. b. rozvíjala aj v oblasti evolučnej doktríny a systematiky. V ZSSR bol A. N. Belozersky iniciátorom štúdia jadra to - t a výskumov na molekulárnych základoch evolúcie.

Charakteristickým znakom M. b. spočíva v povahe pozorovaní, v ich metodologických technikách a návrhu experimentu. M. b. prinútil biológov pozrieť sa nanovo na materiálny základ života. Pre molekulárnu biol. skúma porovnanie biol, funkcií s chemickými je charakteristické. a fyzické charakteristiky (vlastnosti) biopolymérov a najmä ich priestorová štruktúra.

Pre pochopenie zákonitostí štruktúry nukleových kyselín a ich správania v bunke má zásadný význam princíp komplementarity báz v dvojvláknových štruktúrach nukleových kyselín, ktorý v roku 1953 stanovili J. Watson a F. Crick. z hodnoty priestorové vzťahy našiel svoje vyjadrenie v koncepte komplementarity povrchov makromolekúl a molekulových komplexov, čo je nevyhnutná podmienka prejavy slabých síl pôsobiacich len na krátke vzdialenosti a podieľajúcich sa na tvorbe morfolu, biol diverzity. štruktúr, ich funkčná mobilita. Tieto slabé sily sa podieľajú na tvorbe komplexov ako enzým - substrát, antigén - protilátka, hormón - receptor atď., na javoch samoskladania biol, štruktúr, napríklad ribozómov, na tvorbe dusíkatej bázy párov v molekulách nukleových kyselín a v podobných procesoch.

M. b. upriamil pozornosť biológov na jednoduché predmety stojace na hraniciach života, zavedené do arzenálu biol, výskumných myšlienok a presné metódy chémia a fyzika. Mutačný proces bol na molekulárnej úrovni interpretovaný ako strata, inzercia a vytesnenie segmentov DNA, nahradenie páru dusíkatých báz vo funkčne významných segmentoch genómu (pozri Mutácia). Fenomény mutagenézy (pozri) boli teda preložené do chemickej podoby. Jazyk. Vďaka M. metódam. boli odhalené molekulárne základy takých genetických procesov v prokaryotoch, ako je rekombinácia (pozri), transdukcia (pozri), transformácia (pozri), transfekcia, sexdukcia. Významný pokrok sa dosiahol v štúdiu štruktúry chromatínu a eukaryotických chromozómov; zdokonalenie metód kultivácie a hybridizácie živočíšnych buniek vytvorilo možnosť rozvoja genetiky somatických buniek (pozri). Regulácia replikácie DNA našla svoje vyjadrenie v koncepte replikónu F. Jacoba a S. Brennera.

V oblasti biosyntézy bielkovín, tzv. centrálny postulát charakterizujúci nasledujúci pohyb genetickej informácie: DNA -> messenger RNA -> proteín. Podľa tohto postulátu je proteín akýmsi informačným ventilom, ktorý bráni návratu informácie na úroveň RNA a DNA. V procese vývoja M.. v roku 1970 objavili H. Temin a D. Baltimore fenomén reverznej transkripcie (v prírode dochádza k syntéze DNA v onkogénnych vírusoch obsahujúcich RNA pomocou špeciálneho enzýmu - reverznej transkriptázy). Syntézy proteínov a nukleových kyselín prebiehajú podľa typu matricové syntézy, na ich tok je potrebná matrica (šablóna) - pôvodná molekula polyméru, ktorá predurčuje sekvenciu nukleotidov (aminokyselín) v syntetizovanej kópii. Takýmito templátmi na replikáciu a transkripciu sú DNA a na transláciu - messenger RNA. Genetický kód (pozri) formuluje spôsob „záznamu“ dedičnej informácie v messenger RNA, inými slovami, koordinuje sekvenciu nukleotidov v nukleových kyselinách a aminokyselín v proteínoch. Transkripcia je spojená s biosyntézou proteínov – syntéza messenger RNA na templáte DNA katalyzovaná RNA polymerázami; translácia - syntéza proteínov na messenger RNA asociovanej s ribozómom, prebiehajúca podľa veľmi zložitého mechanizmu, na Krom sa podieľajú desiatky pomocných proteínov a transportných RNA (pozri Ribozómy). Regulácia syntézy proteínov je najviac študovaná na úrovni transkripcie a je formulovaná v podaní F. Jacoba a J. Monoda o operóne, represorových proteínoch, alosterickom účinku, pozitívnej a negatívnej regulácii. Obsahovo rôznorodé a ešte menej úplné ako predchádzajúce časti M. b. existuje množstvo základných a aplikovaných problémov. Patrí medzi ne oprava poškodenia genómu spôsobeného krátkovlnným žiarením, mutagénmi (pozri) a inými vplyvmi. Veľkou samostatnou oblasťou je štúdium mechanizmu účinku enzýmov, založené na predstavách o trojrozmernej štruktúre bielkovín a úlohe slabých chem. interakcie. M. b. zistil mnohé podrobnosti o štruktúre a vývoji vírusov, najmä bakteriofágov. Štúdium hemoglobínov u osôb trpiacich kosáčikovitou anémiou (pozri) a inými hemoglobinopatiami (pozri), znamenalo začiatok štúdia štrukturálneho základu "molekulárnych chorôb", vrodených "chyb" metabolizmu (pozri Dedičné choroby). Najnovší odbor M. – genetické inžinierstvo (pozri) – vyvíja metódy konštrukcie dedičných štruktúr vo forme rekombinantných molekúl DNA.

V molekulárnom biol. experimenty nachádzajú uplatnenie rôznymi spôsobmi chromatografia (pozri) a ultracentrifugácia (pozri), rôntgenová difrakčná analýza (pozri), elektrónová mikroskopia (pozri), molekulová spektroskopia (elektronická paramagnetická a nukleárna magnetická rezonancia). Začalo sa využívať synchrotrónové (magnetické brzdné žiarenie), neutrónová difrakcia, Mössbauerova spektroskopia a laserová technológia. Modelové systémy a získavanie mutácií sú široko používané v experimentoch. Využitie rádioaktívnych a (v menšej miere) ťažkých izotopov v M. by bolo. obyčajný analytická metóda, ako aj aplikácia matematických metód a počítačov. Ak sa skorší molekulárni biológovia riadili ch. arr. na fyzickom metódy vytvorené na štúdium polymérov nebiol. pôvodu, v súčasnosti je čoraz väčší trend k používaniu chemických látok. metódy.

Pre rozvoj M. v ZSSR veľký význam mal uznesenie ÚV KSSZ a Rady ministrov ZSSR „O opatreniach na urýchlenie rozvoja molekulárnej biológie a molekulárnej genetiky a využitie ich úspechov v národnom hospodárstve“, zverejnené 20. mája 1974. Rada ministrov ZSSR a Akadémie vied ZSSR, Vedecká rada pre problémy molekulárnej biológie Akadémie vied ZSSR, obdobné rady Akadémie vied zväzových republík a odvetvové akadémie. Vychádza časopis "Molecular Biology" (od roku 1967) a abstraktný časopis s rovnakým názvom. Výskumy na M. by. sa uskutočňujú v ústavoch Akadémie vied ZSSR, Akadémie lekárskych vied ZSSR, republikových akadémií vied, Glavmikrobioprom, na vysokých školách v krajine. V socialistických krajinách je veľa laboratórií tohto profilu. V Európe existujú Európska organizácia pre molekulárnu biológiu (EMBO), Európske laboratórium molekulárnej biológie (EMBL) v Heidelbergu a Európska konferencia molekulárnej biológie (EMBC). Veľké špecializované laboratóriá sú v USA, Francúzsku, Veľkej Británii, Nemecku a ďalších krajinách.

Odborné periodiká venované problematike M. v zahraničí: "Journal of Molecular Biology", "Nucleic Acids Research", "Molecular Biology Reports", "Gene".

Recenzie na M. b. publikované v sérii VINITI Molecular Biology, Progress in Nucleic Acids Research and Molecular Biology, Progress in Biophysics and Molecular Biology, Annual Rewiew of Biochemistry, Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology.

Bibliografia: Ashmarin I. P. Molecular biology, L., 1977; Belozersky A. N. Molekulárna biológia - nová etapa v poznaní prírody, M., 1970; Bresler S. E. Molecular biology, L., 1973; Koltsov N. K. Dedičné molekuly, Bull. Moskva o-va test. príroda, div. biol., v. 70, c. 4, str. 75, 1965; Október a veda, vyd. A.P. Aleksandrová a ďalší, p. 393, 417, M., 1977; Severin S. E. Súčasné problémy fyzikálno-chemická biológia, v knihe: 250 rokov Akadémie vied ZSSR, s. 332, M., 1977; Watson J. Molekulárna biológia: gén, trans. z angličtiny, M., 1978; Engelhardt V. A. Molecular biology, v knihe: Development of biol, in the ZSSR, ed. B. E. Bykhovský, s. 598, M., 1967.

Dá sa povedať, že molekulárna biológia študuje prejavy života na neživých štruktúrach alebo systémoch s elementárnymi znakmi vitálnej aktivity (čo môžu byť jednotlivé biologické makromolekuly, ich komplexy alebo organely), pričom študuje, ako sa kľúčové procesy, ktoré charakterizujú živú hmotu, realizujú prostredníctvom chemické interakcie a premeny.

Oddelenie molekulárnej biológie od biochémie do samostatnej vednej oblasti je diktované skutočnosťou, že jej hlavnou úlohou je študovať štruktúru a vlastnosti biologických makromolekúl zapojených do rôznych procesov, objasniť mechanizmy ich interakcie. Biochémia sa na druhej strane zaoberá štúdiom skutočných procesov životnej činnosti, zákonitostí ich priebehu v živom organizme a premien molekúl, ktoré tieto procesy sprevádzajú. Molekulárna biológia sa v konečnom dôsledku snaží odpovedať na otázku, prečo k tomu či onomu procesu dochádza, zatiaľ čo biochémia odpovedá na otázky, kde a ako z hľadiska chémie k predmetnému procesu dochádza.

Príbeh

Molekulárna biológia ako samostatná oblasť biochémie sa začala formovať v tridsiatych rokoch minulého storočia. Práve vtedy pre hlbšie pochopenie fenoménu života vyvstala potreba cieleného štúdia na molekulárnej úrovni procesov ukladania a prenosu dedičných informácií v živých organizmoch. Potom bola definovaná úloha molekulárnej biológie pri štúdiu štruktúry, vlastností a interakcie nukleových kyselín a proteínov. Termín „molekulárna biológia“ prvýkrát použil anglický vedec William Astbury v kontexte výskumu súvisiaceho s objasnením vzťahu medzi molekulárnou štruktúrou a fyzikálnymi a biologickými vlastnosťami fibrilárnych proteínov, ako je kolagén, krvný fibrín alebo svalové kontraktilné proteíny. .

V počiatkoch molekulárnej biológie bola RNA považovaná za súčasť rastlín a húb, zatiaľ čo DNA bola považovaná za typickú zložku živočíšnych buniek. Prvým výskumníkom, ktorý dokázal, že DNA sa nachádza v rastlinách, bol Andrey Nikolaevič Belozersky, ktorý v roku 1935 izoloval DNA hrachu. Tento objav potvrdil skutočnosť, že DNA je univerzálna nukleová kyselina prítomná v rastlinných a živočíšnych bunkách.

Veľkým úspechom bolo vytvorenie priameho kauzálneho vzťahu medzi génmi a proteínmi, ktoré vytvorili George Beadle a Edward Tatum. Vo svojich experimentoch odhalili bunky neurospór ( Neurosporacrassa) Expozícia röntgenovým žiarením, ktorá spôsobila mutácie. Získané výsledky ukázali, že to viedlo k zmene vlastností špecifických enzýmov.

V roku 1940 Albert Claude izoloval z cytoplazmy živočíšnych buniek granule obsahujúce cytoplazmatickú RNA, ktoré boli menšie ako mitochondrie. Nazval ich mikrozómy. Následne pri štúdiu štruktúry a vlastností izolovaných častíc bola stanovená ich základná úloha v procese biosyntézy proteínov. V roku 1958 sa na prvom sympóziu venovanom týmto časticiam rozhodlo nazvať tieto častice ribozómy.

Ďalším dôležitým krokom vo vývoji molekulárnej biológie boli publikované údaje experimentu Oswalda Averyho, Colina MacLeoda a MacLeana McCarthyho v roku 1944, ktorý ukázal, že DNA je príčinou bakteriálnej transformácie. Bol to prvý experimentálny dôkaz o úlohe DNA pri prenose dedičných informácií, čím sa vyvrátila skoršia myšlienka proteínovej povahy génov.

Začiatkom 50. rokov Frederick Sanger ukázal, že proteínový reťazec je jedinečná sekvencia aminokyselinových zvyškov. Koncom 50. rokov 20. storočia Max Perutz a John Kendrew rozlúštili priestorovú štruktúru prvých proteínov. Už v roku 2000 boli známe státisíce prirodzených sekvencií aminokyselín a tisíce priestorových štruktúr proteínov.

Približne v rovnakom čase mu výskum Erwina Chargaffa umožnil sformulovať pravidlá popisujúce pomer dusíkatých báz v DNA (pravidlá hovoria, že bez ohľadu na druhové rozdiely v DNA sa množstvo guanínu rovná množstvu cytozínu a množstvo adenínu sa rovná množstvu themin), ktorý neskôr pomohol urobiť najväčší prielom v molekulárnej biológii a jeden z nich najväčšie objavy v biológii všeobecne.

K tejto udalosti došlo v roku 1953, keď James Watson a Francis Crick na základe práce Rosalind Franklinovej a Mauricea Wilkinsa Röntgenová difrakčná analýza DNA, vytvorila dvojvláknovú štruktúru molekuly DNA. Tento objav umožnil odpovedať na základnú otázku o schopnosti nositeľa dedičnej informácie samoreprodukovať sa a pochopiť mechanizmus prenosu takejto informácie. Tí istí vedci sformulovali princíp komplementarity dusíkatých báz, ktorý má kľúčový význam pre pochopenie mechanizmu tvorby supramolekulárnych štruktúr. Tento princíp, ktorý sa dnes používa na opis všetkých molekulárnych komplexov, umožňuje opísať a predpovedať podmienky vzniku slabých (nevalentných) medzimolekulových interakcií, ktoré určujú možnosť vzniku sekundárnych, terciárnych atď. štruktúry makromolekúl, samousporiadanie supramolekulových biologických systémov, ktoré určujú takú širokú škálu molekulárnych štruktúr a ich funkčných súborov. Potom v roku 1953 vznikla Vedecký časopis Journal of Molecular Biology. Na jej čele stál John Kendrew, ktorého oblasťou vedeckého záujmu bolo štúdium štruktúry globulárnych proteínov (Nobelova cena v roku 1962, spolu s Maxom Perutzom). Podobný ruskojazyčný časopis s názvom Molecular Biology založil v ZSSR V. A. Engelhardt v roku 1966.

V roku 1958 Francis Crick sformuloval tzv. centrálna dogma molekulárnej biológie: myšlienka nezvratnosti toku genetickej informácie z DNA cez RNA do proteínov podľa schémy DNA → DNA (replikácia, vytvorenie kópie DNA), DNA → RNA (transkripcia, kopírovanie génov), RNA → proteín (preklad, dekódovanie informácií o štruktúre proteínov). Táto dogma bola trochu opravená v roku 1970, berúc do úvahy nahromadené poznatky, pretože fenomén reverznej transkripcie objavili nezávisle Howard Temin a David Baltimore: bol objavený enzým - reverzná transkriptáza, ktorá je zodpovedná za implementáciu reverznej transkripcie - tzv. tvorba dvojvláknovej DNA na templáte jednovláknovej RNA, ktorá sa vyskytuje u onkogénnych vírusov. Treba poznamenať, že základom molekulárnej biológie stále zostáva striktná nevyhnutnosť toku genetickej informácie z nukleových kyselín do proteínov.

V roku 1957 Alexander Sergejevič Spirin spolu s Andrejom Nikolajevičom Belozerským ukázali, že napriek významným rozdielom v nukleotidovom zložení DNA z r. rôzne organizmy, zloženie celkovej RNA je podobné. Na základe týchto údajov dospeli k senzačnému záveru, že celková RNA bunky nemôže pôsobiť ako nosič genetickej informácie z DNA do proteínov, keďže jej svojim zložením nezodpovedá. Zároveň si všimli, že existuje menšia frakcia RNA, ktorá svojim nukleotidovým zložením plne zodpovedá DNA a ktorá môže byť skutočným nosičom genetickej informácie z DNA do proteínov. V dôsledku toho predpovedali existenciu relatívne malých molekúl RNA, ktoré sú štruktúrou podobné jednotlivé sekcie DNA a pôsobia ako sprostredkovatelia pri prenose genetickej informácie obsiahnutej v DNA do ribozómu, kde sa táto informácia využíva na syntézu proteínových molekúl. V roku 1961 (S. Brenner, F. Jacob, M. Meselson na jednej strane a F. Gros, Francois Jacob a Jacques Monod ako prví experimentálne potvrdili existenciu takýchto molekúl – informačnej (matrix) RNA. vyvinuli koncepciu a model funkčných jednotiek DNA - operónu, ktorý umožnil exaktne vysvetliť, ako prebieha regulácia génovej expresie u prokaryotov Štúdium mechanizmov biosyntézy bielkovín a princípov štruktúrnej organizácie a prevádzka molekulárnych strojov – ribozómov – umožnila sformulovať postulát opisujúci pohyb genetickej informácie, nazývaný centrálna dogma molekulárnej biológie: DNA – mRNA je proteín.

V roku 1961 a počas niekoľkých nasledujúcich rokov Heinrich Mattei a Marshall Nirenberg a potom Har Korana a Robert Holly vykonali niekoľko prác na rozlúštenie genetického kódu, v dôsledku čoho sa vytvoril priamy vzťah medzi štruktúrou DNA a syntetizovanými proteínmi. a nukleotidová sekvencia, ktorá určuje sadu aminokyselín v proteíne. Získali sa aj údaje o univerzálnosti genetického kódu. Objavy boli v roku 1968 ocenené Nobelovou cenou.

Pre rozvoj moderných predstáv o funkciách RNA, objav nekódujúcej RNA, uskutočnený na základe výsledkov práce Alexandra Sergejeviča Spirina spolu s Andrejom Nikolajevičom Belozerským v roku 1958, Charles Brenner so spoluautormi a Saulom Spiegelman v roku 1961 bol rozhodujúci. Tento typ RNA tvorí väčšinu bunkovej RNA. Ribozomálne RNA sú primárne nekódujúce.

Spôsoby kultivácie a hybridizácie živočíšnych buniek prešli vážnym vývojom. V roku 1963 François Jacob a Sydney Brenner sformulovali myšlienku replikónu, sekvencie prirodzene sa replikujúcich génov, ktorá vysvetľuje dôležité aspekty regulácie replikácie génov.

V roku 1967 sa v laboratóriu A. S. Spirina po prvý raz preukázalo, že tvar kompaktne poskladanej RNA určuje morfológiu ribozomálnej častice.

V roku 1968 sa podaril významný zásadný objav. Okazaki, ktorá pri štúdiu procesu replikácie objavila fragmenty DNA zaostávajúceho vlákna, pomenovala po nej fragmenty Okazaki, objasnila mechanizmus replikácie DNA.

V roku 1970 Howard Temin a David Baltimore nezávisle od seba urobili významný objav: bol objavený enzým – reverzná transkriptáza, ktorá je zodpovedná za realizáciu reverznej transkripcie – tvorba dvojvláknovej DNA na templáte jednovláknovej RNA, ku ktorej dochádza v r. onkogénne vírusy obsahujúce RNA.

Ďalším významným úspechom molekulárnej biológie bolo vysvetlenie mechanizmu mutácií na molekulárnej úrovni. V dôsledku série štúdií boli stanovené hlavné typy mutácií: duplikácie, inverzie, delécie, translokácie a transpozície. To umožnilo uvažovať o evolučných zmenách z pohľadu génových procesov a umožnilo rozvinúť teóriu molekulárnych hodín, ktorá sa využíva vo fylogenéze.

Začiatkom 70. rokov 20. storočia boli sformulované základné princípy fungovania nukleových kyselín a bielkovín v živom organizme. Zistilo sa, že proteíny a nukleové kyseliny v tele sa syntetizujú podľa matricového mechanizmu, molekula matrice nesie zašifrovanú informáciu o sekvencii aminokyselín (v proteíne) alebo nukleotidov (v nukleovej kyseline). Pri replikácii (zdvojenie DNA) alebo transkripcii (syntéza mRNA) slúži DNA ako taká matrica, pri translácii (syntéza bielkovín) alebo reverznej transkripcii - mRNA.

Vytvorili sa tak teoretické predpoklady pre rozvoj aplikovaných oblastí molekulárnej biológie, najmä genetického inžinierstva. V roku 1972 Paul Berg, Herbert Bauer a Stanley Cohen vyvinuli technológiu molekulárneho klonovania. Potom boli prví, ktorí získali rekombinantnú DNA in vitro. Tieto vynikajúce experimenty položili základy genetického inžinierstva a tento rok sa považuje za dátum narodenia tohto vedeckého smeru.

V roku 1977 vyvinuli Frederick Sanger a nezávisle Allan Maxum a Walter Gilbert rôzne metódy určenie primárnej štruktúry (sekvenovania) DNA. Sangerova metóda, takzvaná metóda ukončenia reťazca, je základom modernej metódy sekvenovania. Princíp sekvenovania je založený na použití značených báz, ktoré pôsobia ako terminátory v cyklickej sekvenačnej reakcii. Táto metóda sa rozšírila vďaka schopnosti rýchlo vykonávať analýzu.

1976 – Frederick. Sanger dešifroval nukleotidovú sekvenciu DNA fága φΧ174 s dĺžkou 5375 nukleotidových párov.

1981 - kosáčiková anémia sa stala prvou genetické ochorenie diagnostikovaná analýzou DNA.

1982-1983 objav katalytickej funkcie RNA v amerických laboratóriách T. Checka a S. Altmana zmenil doterajšie predstavy o výlučnej úlohe proteínov. Analogicky s katalytickými proteínmi - enzýmami sa katalytické RNA nazývali ribozýmy.

1987 Keri Mullez objavil polymerázovú reťazovú reakciu, vďaka ktorej je možné umelo výrazne zvýšiť počet molekúl DNA v roztoku pre ďalšiu prácu. Dnes je to jedna z najvýznamnejších metód molekulárnej biológie, využívaná pri štúdiu dedičných a vírusové ochorenia, pri štúdiu génov a pri genetickej identifikácii osobnosti a príbuzenstva a pod.

V roku 1990 v rovnakom čase tri skupiny vedcov publikovali metódu, ktorá umožnila v laboratóriu rýchlo získať syntetické funkčne aktívne RNA (umelé ribozýmy alebo molekuly, ktoré interagujú s rôznymi ligandami – aptamérmi). Táto metóda sa nazýva „evolúcia in vitro“. A čoskoro na to, v rokoch 1991-1993 v laboratóriu A.B. Chetverinovi bola experimentálne preukázaná možnosť existencie, rastu a amplifikácie molekúl RNA vo forme kolónií na pevnom médiu.

V roku 1998 takmer súčasne Craig Mello a Andrew Fire opísali mechanizmus pozorovaný skôr pri génových experimentoch s baktériami a kvetmi. RNA interferencia, v ktorom malá dvojvláknová molekula RNA vedie k špecifickému potlačeniu génovej expresie.

Objav mechanizmu interferencie RNA má veľký praktický význam pre modernú molekulárnu biológiu. Tento jav je široko používaný vo vedeckých experimentoch ako nástroj na „vypnutie“, teda potlačenie prejavu jednotlivých génov. Zvlášť zaujímavá je skutočnosť, že táto metóda umožňuje reverzibilné (dočasné) potlačenie aktivity študovaných génov. Prebieha výskum zameraný na aplikáciu tohto fenoménu na liečbu vírusových, neoplastických, degeneratívnych a metabolických ochorení. Treba poznamenať, že v roku 2002 boli objavené mutanty vírusov detskej obrny, ktoré dokážu zabrániť interferencii RNA, takže vývoj skutočnej účinných metód liečba založená na tomto fenoméne.

V rokoch 1999-2001 niekoľko skupín výskumníkov určilo štruktúru bakteriálneho ribozómu s rozlíšením 5,5 až 2,4 angstromov.

Položka

Úspechy molekulárnej biológie v poznaní živej prírody možno len ťažko preceňovať. Veľký úspech bol dosiahnutý vďaka úspešnému konceptu výskumu: komplexné biologické procesy sú posudzované z hľadiska jednotlivých molekulárnych systémov, čo umožňuje aplikovať presné fyzikálno-chemické výskumné metódy. Do tejto oblasti vedy prilákala aj mnoho skvelých mozgov z príbuzných oblastí: chémie, fyziky, cytológie, virológie, čo malo tiež priaznivý vplyv na rozsah a rýchlosť vývoja. vedecké poznatky v tejto oblasti. Takéto významné objavy, ako je určenie štruktúry DNA, dešifrovanie genetického kódu a umelo riadená modifikácia genómu, umožnili oveľa hlbšie pochopiť špecifiká vývojových procesov organizmov a úspešne vyriešiť množstvo dôležitých základných a aplikované vedecké, medicínske a sociálne problémy, ktoré sa ešte nedávno považovali za neriešiteľné.

Predmetom štúdia molekulárnej biológie sú najmä proteíny, nukleové kyseliny a na nich založené molekulárne komplexy (molekulové stroje) a procesy, na ktorých sa podieľajú.

Nukleové kyseliny sú lineárne polyméry pozostávajúce z nukleotidových jednotiek (zlúčeniny päťčlenného cukru s fosfátovou skupinou na piatom atóme cyklu a jednou zo štyroch dusíkatých báz) vzájomne prepojené esterovou väzbou fosfátových skupín. Nukleová kyselina je teda pentózofosfátový polymér s dusíkatými bázami ako bočnými substituentmi. Chemické zloženie Reťazec RNA sa od DNA líši tým, že prvý pozostáva z päťčlenného sacharidového cyklu ribózy, zatiaľ čo druhý pozostáva z dehydroxylovaného derivátu ribózy - deoxyribózy. Zároveň sa tieto molekuly dramaticky líšia v priestore, pretože RNA je flexibilná jednovláknová molekula, zatiaľ čo DNA je dvojvláknová molekula.

Proteíny sú lineárne polyméry, čo sú reťazce alfa-aminokyselín vzájomne prepojených peptidovou väzbou, odtiaľ pochádza aj ich druhý názov – polypeptidy. Zloženie prírodných proteínov zahŕňa mnoho rôznych aminokyselinových jednotiek - u ľudí až 20 -, čo určuje širokú škálu funkčných vlastností týchto molekúl. Tieto alebo tie proteíny sa zúčastňujú takmer každého procesu v tele a plnia mnoho úloh: hrajú úlohu bunkového stavebného materiálu, zabezpečujú transport látok a iónov, katalyzujú chemické reakcie, tento zoznam je veľmi dlhý. Proteíny tvoria stabilné molekulárne konformácie rôznych úrovní organizácie (sekundárne a terciárne štruktúry) a molekulárne komplexy, čo ďalej rozširuje ich funkčnosť. Tieto molekuly môžu mať vysokú špecifickosť na vykonávanie určitých úloh v dôsledku tvorby komplexnej priestorovej globulárnej štruktúry. Široká škála proteínov zabezpečuje neustály záujem vedcov o tento druh molekúl.

Moderné myšlienky o predmete molekulárnej biológie sú založené na zovšeobecnení, ktoré prvýkrát predložil Francis Crick v roku 1958 ako ústrednú dogmu molekulárnej biológie. Jeho podstatou bolo tvrdenie, že genetická informácia v živých organizmoch prechádza striktne definovanými štádiami implementácie: kopírovaním z DNA do DNA pri vstupe do dedičstva, z DNA do RNA a potom z RNA na proteín a spätný prechod nie je možný. Toto tvrdenie bolo pravdivé len čiastočne, preto bola centrálna dogma následne opravená s ohľadom na novoobjavené údaje.

V súčasnosti existuje niekoľko spôsobov implementácie genetického materiálu, ktoré predstavujú rôzne sekvencie implementácie tri typy existencia genetickej informácie: DNA, RNA a proteínu. O deviatej možné spôsoby implementácie rozlišujú tri skupiny: sú to tri všeobecné premeny (všeobecné), ktoré sa bežne uskutočňujú vo väčšine živých organizmov; tri špeciálne transformácie (špeciálne) vykonané v niektorých vírusoch alebo v špeciálnych laboratórne podmienky; tri neznáme transformácie (neznáme), ktorých realizácia sa považuje za nemožnú.

Bežné transformácie zahŕňajú nasledujúce spôsoby implementácie genetického kódu: DNA→DNA (replikácia), DNA→RNA (transkripcia), RNA→proteín (translácia).

Na uskutočnenie prenosu dedičných vlastností musia rodičia odovzdať svojim potomkom plnohodnotnú molekulu DNA. Proces, pri ktorom je možné syntetizovať presnú kópiu pôvodnej DNA, a teda preniesť genetický materiál, sa nazýva replikácia. Vykonávajú ho špeciálne proteíny, ktoré molekulu rozpletú (narovnajú jej rez), rozvinú dvojitú špirálu a pomocou DNA polymerázy vytvoria presnú kópiu pôvodnej molekuly DNA.

Na zabezpečenie života bunky sa musí neustále odvolávať na genetický kód vložený do dvojitej špirály DNA. Táto molekula je však príliš veľká a nemotorná na to, aby sa dala použiť ako priamy zdroj genetického materiálu na nepretržitú syntézu bielkovín. Preto v priebehu implementácie informácií vložených do DNA existuje medzistupeň: syntéza mRNA, čo je malá jednovláknová molekula komplementárna s určitým segmentom DNA kódujúcim určitý proteín. Transkripčný proces zabezpečuje RNA polymeráza a transkripčné faktory. Výsledná molekula môže byť potom ľahko doručená do časti bunky zodpovednej za syntézu proteínov – ribozómu.

Po vstupe RNA do ribozómu začína konečná fáza realizácie genetickej informácie. V tomto prípade ribozóm číta genetický kód z mRNA v tripletoch nazývaných kodóny a na základe prijatých informácií syntetizuje zodpovedajúci proteín.

Pri špeciálnych transformáciách sa genetický kód realizuje podľa schémy RNA → RNA (replikácia), RNA → DNA (reverzná transkripcia), DNA → proteín (priama translácia). Replikácia tohto typu sa realizuje v mnohých vírusoch, kde ju uskutočňuje enzým RNA-dependentná RNA polymeráza. Podobné enzýmy sa nachádzajú aj v eukaryotických bunkách, kde sú spojené s procesom umlčania RNA. Reverzná transkripcia sa nachádza v retrovírusoch, kde ju uskutočňuje enzým reverzná transkriptáza a v niektorých prípadoch aj v eukaryotických buniek napríklad v telomerickej syntéze. Živý prenos sa uskutočňuje iba v umelých podmienkach v izolovanom systéme mimo bunky.

Ktorýkoľvek z troch možných prechodov genetickej informácie z proteínu na proteín, RNA alebo DNA sa považuje za nemožný. Prípad pôsobenia priónov na proteíny, v dôsledku čoho vzniká podobný prión, by sa dal podmienečne pripísať typu realizácie genetickej informácie proteín → proteín. Formálne to však nie je, pretože neovplyvňuje sekvenciu aminokyselín v proteíne.

História vzniku pojmu „centrálna dogma“ je zvedavá. Keďže slovo dogma vo všeobecnosti znamená tvrdenie, ktoré nepodlieha pochybnostiam, a slovo samo osebe má jasnú náboženskú konotáciu, voliť ho ako opis vedeckého faktu nie je celkom legitímne. Podľa samotného Francisa Cricka to bola jeho chyba. Chcel dať predloženej teórii väčší význam, odlíšiť ju od pozadia iných teórií a hypotéz; prečo sa rozhodol použiť toto majestátne, podľa neho slovo, nerozumejúc jeho pravému významu. Názov sa však zasekol.

Molekulárna biológia dnes

Rýchly rozvoj molekulárnej biológie, neustály záujem o úspechy v tejto oblasti zo strany spoločnosti a objektívny význam výskumu viedli k vzniku veľkého počtu veľkých výskumných centier molekulárnej biológie po celom svete. Z najväčších treba spomenúť: laboratórium molekulárnej biológie v Cambridge, Kráľovský inštitút v Londýne - vo Veľkej Británii; ústavy molekulárnej biológie v Paríži, Marseille a Štrasburgu, Pasteurov inštitút - vo Francúzsku; katedry molekulárnej biológie na Harvardskej univerzite a Massachusetts Institute of Technology, University of Berkeley, California Institute of Technology, Rockefeller University, Institute of Public Health v Bethesde – v USA; inštitúty Maxa Plancka, univerzity v Göttingene a Mníchove, Centrálny inštitút pre molekulárnu biológiu v Berlíne, inštitúty v Jene a Halle – v Nemecku; Karolinska Institute v Štokholme, Švédsko.

V Rusku sú poprednými centrami v tejto oblasti Ústav molekulárnej biológie. Ústav molekulárnej genetiky RAS, Ústav génovej biológie RAS, Ústav fyzikálno-chemickej biológie pomenovaný po V.A. Moskovská štátna univerzita A. N. Belozerského. Biochemický ústav M. V. Lomonosova. A.N. Bach RAS a Institute of Protein RAS v Pushchino.

Dnes pokrýva oblasť záujmu molekulárnych biológov veľký rozsah zásadný vedecké otázky. Tak ako predtým, vedúcu úlohu zohráva štúdium štruktúry nukleových kyselín a biosyntézy proteínov, štúdium štruktúry a funkcií rôznych intracelulárnych štruktúr a bunkových povrchov. Dôležitými oblasťami výskumu je aj štúdium mechanizmov príjmu a prenosu signálu, molekulárne mechanizmy transport zlúčenín v rámci bunky a tiež z bunky do vonkajšieho prostredia a naopak. Jedným z hlavných smerov vedeckého výskumu v oblasti aplikovanej molekulárnej biológie je problém vzniku a vývoja nádorov. Veľmi dôležitou oblasťou, ktorej sa venuje sekcia molekulárnej biológie – molekulárnej genetiky, je štúdium molekulárnych základov výskytu dedičné choroby a vírusové ochorenia, ako je AIDS, ako aj vývoj metód ich prevencie a prípadne liečby na génovej úrovni. Objavy a vývoj molekulárnych biológov našli široké uplatnenie v forenzná medicína. Skutočnú revolúciu v oblasti osobnej identifikácie urobili v 80. rokoch vedci z Ruska, USA a Veľkej Británie vďaka vývoju a implementácii metódy „genomic fingerprinting“ – identifikácie DNA v každodennej praxi. Výskum v tejto oblasti neprestáva dodnes, moderné metódy umožňujú založiť človeka s pravdepodobnosťou chyby jednej miliardtiny percenta. Už teraz sa aktívne rozvíja projekt genetického pasu, ktorý podľa očakávania výrazne zníži mieru kriminality.

Metodológia

Dnes má molekulárna biológia rozsiahly arzenál metód na riešenie najpokročilejších a najzložitejších problémov, ktorým vedci čelia.

Jedna z najbežnejších metód v molekulárnej biológii je gélová elektroforéza, ktorý rieši problém oddeľovania zmesi makromolekúl podľa veľkosti alebo náboja. Takmer vždy sa po oddelení makromolekúl v géli používa blotting, metóda, ktorá umožňuje preniesť makromolekuly z gélu (sorb) na povrch membrány pre uľahčenie ďalšej práce s nimi, najmä hybridizácie. Hybridizácia – tvorba hybridnej DNA z dvoch reťazcov rôzneho charakteru – metóda, ktorá hrá dôležitú úlohu v základného výskumu. Používa sa na určenie komplementárne segmentov v rôznych DNA (DNA rôznych druhov), slúži na hľadanie nových génov, bola s jeho pomocou objavená RNA interferencia a jej princíp tvoril základ genómového fingerprintingu.

Významnú úlohu v modernej praxi molekulárno-biologického výskumu zohráva metóda sekvenovania - stanovenie sekvencie nukleotidov v nukleových kyselinách a aminokyselín v proteínoch.

Modernú molekulárnu biológiu si nemožno predstaviť bez metódy polymerázy reťazová reakcia(PCR). Vďaka tejto metóde sa uskutočňuje zvýšenie počtu (amplifikácie) kópií určitej sekvencie DNA, aby sa z jednej molekuly získalo dostatočné množstvo látky na ďalšiu prácu s ňou. Podobný výsledok sa dosahuje technológiou molekulárneho klonovania, pri ktorej sa potrebná nukleotidová sekvencia zavedie do DNA baktérií (živých systémov), po čom pomnoženie baktérií vedie k požadovanému výsledku. Tento prístup je technicky oveľa komplikovanejší, ale umožňuje súčasne získať výsledok expresie študovanej nukleotidovej sekvencie.

V molekulárno-biologických štúdiách sú tiež široko používané ultracentrifugačné metódy (na separáciu makromolekúl (veľké množstvá), buniek, organel), elektrónová a fluorescenčná mikroskopia, spektrofotometrické metódy, röntgenová difrakčná analýza, autorádiografia atď.

Moderné vybavenie umožňuje vďaka technologickému pokroku a vedeckému výskumu v oblasti chémie, fyziky, biológie a informatiky izolovať, študovať a meniť jednotlivé gény a procesy, na ktorých sa podieľajú.