Predavanje 1. Koncept molekularna biologija in glavne faze njegovega razvoja

Opredelitev predmeta molekularna biologija

Izraz "molekularna biologija" pripada Nobelovemu nagrajencu Francisu Cricku, ki se je "naveličano v odgovoru na vprašanje o svojem poklicu razglasil za mešanico kristalografa, biokemika, biofizika in genetika."

Po atomskem bombardiranju Hirošime in Nagasakija leta 1945 se je začel beg znanstvenikov iz fizike in leta 1947 Nobelov nagrajenec fizik Erwin Schrödinger je napisal knjigo Kaj je življenje z vidika fizika?, ki je k biologiji pritegnila številne fizike in matematike.

Opredelitev koncepta

Molekularna biologija je veda o mehanizmih shranjevanja, razmnoževanja, prenosa in izvajanja genetske informacije, zgradbi in funkcijah nepravilnih biopolimerov - nukleinskih kislin in proteinov.

Od proučevanja bioloških procesov na molekularno-atomski ravni je molekularna biologija prešla na kompleksne supramolekularne celične strukture in trenutno uspešno rešuje probleme genetike, fiziologije, evolucije in ekologije.

Glavne faze razvoja molekularne biologije

1. Prvo romantično obdobje 1935-1944

Max Delbrück in Salvador Luria sta proučevala razmnoževanje fagov in virusov, ki so kompleksi nukleinskih kislin z beljakovinami.

Leta 1940 sta George Beadle in Edward Tatum oblikovala hipotezo - "En gen - en encim". Kaj pa je gen v fizikalno-kemijskem smislu, takrat še ni bilo znano.

2. Drugo romantično obdobje 1944-1953

Genetska vloga DNK je dokazana. Leta 1953 se je pojavil model dvojne vijačnice DNK, za katerega so njegovi ustvarjalci James Watson, Francis Crick in Maurice Wilkins prejeli Nobelovo nagrado.

3. Dogmatsko obdobje 1953-1962

Osrednja dogma molekularne biologije je oblikovana:

Prenos genetske informacije je v smeriDNA → RNA → protein.

Leta 1962 je bil dešifriran genetski kod.

4. akademsko obdobje od 1962 do danes, v kateri od 1974 odlikujejo podobdobje genskega inženiringa.

oc novo e odkritja

1944 . Dokazi za genetsko vlogo DNK. Oswald Avery, Colin McLeod, McLean McCarthy.

1953 . Vzpostavitev strukture DNK. James Watson, Francis Crick.

1961 . Odkritje genetske regulacije sinteze encimov. André Lvov, Francois Jacob, Jacques Monod.

1962 . Dešifriranje genetske kode. Marshall Nirnberg, Heinrich Mattei, Severo Ochoa.

1967 Sinteza vvitrobiološko aktivna DNK. Arthur Kornberg (neformalni vodja molekularne biologije).

1970 . Kemična sinteza gena. Gobind iz Korana.

1970 . Odkritje encima reverzne transkriptaze in pojava reverzne transkripcije. Howard Temin, David Baltimore, Renato Dulbeco.

1974 . Omejitvena odprtina. Hamilton Smith, Daniel Nathans, Werner Arber.

1978 . Odprtina za spajanje. Philip Sharp.

1982 . Odpiranje samodejnega spajanja. ThomasChek.

Dokazi o genetski vlogi nukleinskih kislin

1 . 1928. Poskusi Fredericka Griffitha.

Griffith je delal z pnevmokoki- bakterije, ki povzročajo pljučnico. Vzel je dva seva pnevmokokov: kapsularnega in nekapsularnega. Kapsularno - patogeno (virulentno), pri okužbi s takim sevom miši poginejo, nekapsularno - nepatogeno. Ko so miši injicirali mešanico toplotno ubitih (in zato izgubilih svojo virulenco) kapsularnih pnevmokokov in živih akapsularnih nevirulentnih bakterij, so živali poginile zaradi razmnoževanja kapsularno virulentnih oblik. Griffith je odkriti pojav interpretiral kot transformacijo.

definicija:

Transformacija je pridobitev nekaterih lastnosti drugega organizma s strani enega organizma z zajemom nekaterih njegovih genetskih informacij.

Leta 1944 so ta poskus ponovili Oswald Avery, Colin McLeod in McLean McCarthy, pri čemer so akapsularne pnevmokoke zmešali z beljakovinami, polisaharidi ali DNA, vzetimi iz kapsularnih proteinov. Kot rezultat tega poskusa je bila razkrita narava transformacijskega faktorja.

DNK je bil transformacijski faktor.

2 . 1952 Eksperiment Alfreda Hersheya in Marthe Chase. Fagi (bakteriofagi) so virusi, ki se razmnožujejo v bakterijah. E. coli - coli(evbakterije).

Bistvo izkušnje:fagi, katerih beljakovinski ovoj je bil označen z radioaktivnim žveplom ( S 35 ) in DNK z radioaktivnim fosforjem (P 32) inkubirali z bakterijami. Bakterije so nato izprali.

P 32 ni bil najden v vodi za pranje, v bakterijah pa - S 35 . torej samo DNK je prišel notri. Nekaj ​​minut kasneje je iz bakterije prišlo na desetine polnopravnih fagov, ki so vsebovali tako beljakovinski ovoj kot DNK.

Iz tega je sledila nedvoumna ugotovitev, da DNK opravlja genetsko funkcijo - nosi informacije tako o ustvarjanju novih kopij DNK, klopov kot o sintezi fagnih proteinov.

3 . 1957 Frenkel-Konrathovi poskusi.

Frenkel-Konrath je delal z virusom tobačnega mozaika (TMV). Ta virus vsebuje RNK, ne DNK. Znano je, da različni sevi virusa povzročajo različne vzorce poškodb tobačnih listov. Po spremembi proteinskega ovoja so "prikriti" virusi povzročili vzorec lezije, značilen za sev, katerega RNA je bila prekrita s tujim proteinom.

torej ne samo DNK, ampak tudi RNK lahko služi kot nosilec genetske informacije.

Do danes obstaja na sto tisoče dokazov o genetski vlogi nukleinskih kislin. Zgornje tri so klasične.

Molekularna biologija je doživela obdobje hitrega razvoja lastnih raziskovalnih metod, ki se danes razlikujejo od biokemije. Sem sodijo zlasti metode genskega inženiringa, kloniranja, umetnega izražanja in genskega izločanja. Ker je DNK materialni nosilec genetske informacije, se je molekularna biologija močno približala genetiki in na stičišču je nastala molekularna genetika, ki je obenem razdelek genetike in molekularne biologije. Tako kot molekularna biologija v veliki meri uporablja viruse kot raziskovalno orodje, virologija uporablja metode molekularne biologije za reševanje svojih problemov. Računalniška tehnologija se ukvarja z analizo genetskih informacij, v povezavi s katero so se pojavila nova področja molekularne genetike, ki jih včasih štejemo za posebne discipline: bioinformatika, genomika in proteomika.

Zgodovina razvoja

To temeljno odkritje je bilo pripravljeno z dolgo fazo raziskav genetike in biokemije virusov in bakterij.

Leta 1928 je Frederick Griffith prvič pokazal, da izvleček toplote ubija patogene bakterije lahko prenese znak patogenosti na nenevarne bakterije. Študija bakterijske transformacije je nadalje vodila do čiščenja povzročitelja bolezni, za katerega se je v nasprotju s pričakovanji izkazalo, da ni beljakovina, temveč nukleinska kislina. Sama nukleinska kislina ni nevarna, le nosi gene, ki določajo patogenost in druge lastnosti mikroorganizma.

V 50. letih 20. stoletja je bilo dokazano, da imajo bakterije primitiven spolni proces, lahko izmenjujejo ekstrakromosomsko DNA, plazmide. Odkritje plazmidov in transformacije so tvorile osnovo tehnologije plazmidov, ki je običajna v molekularni biologiji. Drugo pomembno odkritje za metodologijo je bilo odkritje bakterijskih virusov, bakteriofagov, v začetku 20. stoletja. Fagi lahko prenašajo tudi genetski material iz ene bakterijske celice v drugo. Okužba bakterij s fagi povzroči spremembo sestave bakterijske RNA. Če je brez fagov sestava RNA podobna sestavi bakterijske DNA, potem po okužbi postane RNA bolj podobna DNA bakteriofaga. Tako je bilo ugotovljeno, da strukturo RNA določa struktura DNA. Hitrost sinteze beljakovin v celicah pa je odvisna od količine kompleksov RNA-protein. Tako je bilo formulirano osrednja dogma molekularne biologije: DNA ↔ RNA → protein.

Nadaljnji razvoj molekularne biologije je spremljal tako razvoj njene metodologije, zlasti izum metode za določanje nukleotidnega zaporedja DNA (W. Gilbert in F. Sanger, Nobelova nagrada za kemijo leta 1980), kot nov odkritja na področju raziskovanja zgradbe in delovanja genov (glej. Zgodovina genetike). Do začetka 21. stoletja so bili pridobljeni podatki o primarni strukturi vse človeške DNK in številnih drugih organizmov, najpomembnejših za medicino, kmetijstvo in znanstvena raziskava, kar je povzročilo nastanek več novih področij v biologiji: genomika, bioinformatika itd.

Poglej tudi

• Molekularna biologija (revija)
• Transkriptomika
• Molekularna paleontologija
• EMBO- evropska organizacija molekularni biologi

Literatura

• Pevec M., Berg P. Geni in genomi. - Moskva, 1998.
• Stent G., Kalindar R. Molekularna genetika. - Moskva, 1981.
• Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Molekularno kloniranje. - 1989.
• Patrushev L.I. Izražanje genov. - M.: Nauka, 2000. - 000 str., ilustr. ISBN 5-02-001890-2

Povezave

• Materiali o molekularni biologiji Ruske akademije znanosti

Fundacija Wikimedia. 2010.

• Okrožje Ardatovsky v regiji Nižni Novgorod
• Okrožje Arzamas v regiji Nižni Novgorod

Oglejte si, kaj je "molekularna biologija" v drugih slovarjih:

MOLEKULARNA BIOLOGIJA- študira osnove. lastnosti in manifestacije življenja na molekularni ravni. Najvažnejše smeri v M. b. so študije strukturne in funkcionalne organizacije genetskega aparata celic in mehanizma za izvajanje dednih informacij ... ... Biološki enciklopedični slovar

MOLEKULARNA BIOLOGIJA- raziskuje osnovne lastnosti in manifestacije življenja na molekularni ravni. Ugotavlja, kako in v kolikšni meri so rast in razvoj organizmov, shranjevanje in prenašanje dednih informacij, pretvorba energije v živih celicah in drugi pojavi posledica ... Veliki enciklopedični slovar

MOLEKULARNA BIOLOGIJA Sodobna enciklopedija

MOLEKULARNA BIOLOGIJA- MOLEKULARNA BIOLOGIJA, biološko preučevanje zgradbe in delovanja MOLEKUL, ki sestavljajo žive organizme. Glavni študijski smeri sta fizična in Kemijske lastnosti beljakovin in NUKLEINSKIH KISLIN, kot je DNA. Poglej tudi… … Znanstveni in tehnični enciklopedični slovar

molekularna biologija- del biol., ki raziskuje osnovne lastnosti in manifestacije življenja na molekularni ravni. Ugotavlja, kako in v kolikšnem obsegu poteka rast in razvoj organizmov, shranjevanje in prenašanje dednih informacij, pretvorba energije v živih celicah in ... ... Mikrobiološki slovar

molekularna biologija- — Teme biotehnologije EN molekularne biologije … Priročnik tehničnega prevajalca

Molekularna biologija- MOLEKULARNA BIOLOGIJA, raziskuje osnovne lastnosti in manifestacije življenja na molekularni ravni. Ugotavlja, kako in v kolikšnem obsegu poteka rast in razvoj organizmov, shranjevanje in prenašanje dednih informacij, pretvorba energije v živih celicah in ... ... Ilustrirani enciklopedični slovar

Molekularna biologija- znanost, ki si za nalogo postavlja poznavanje narave življenjskih pojavov s preučevanjem bioloških objektov in sistemov na ravni, ki se približuje molekularni ravni in v nekaterih primerih doseže to mejo. Končni cilj tega je …… Velika sovjetska enciklopedija

MOLEKULARNA BIOLOGIJA- proučuje pojave življenja na nivoju makromolekul (pogl. arr. proteinov in nukleinskih kislin) v brezceličnih strukturah (ribosomi itd.), v virusih in tudi v celicah. M. namen. ugotavljanje vloge in mehanizma delovanja teh makromolekul na podlagi ... ... Kemijska enciklopedija

molekularna biologija- raziskuje osnovne lastnosti in manifestacije življenja na molekularni ravni. Ugotavlja, kako in v kolikšnem obsegu poteka rast in razvoj organizmov, shranjevanje in prenašanje dednih informacij, pretvorba energije v živih celicah in drugi pojavi ... ... enciklopedični slovar

MOLEKULARNA BIOLOGIJA, podrobna študija živih celic in njihovih sestavnih delov(organele), ki sledi vlogi posameznih prepoznavnih spojin pri delovanju teh struktur. Področje molekularne biologije vključuje preučevanje vseh z življenjem povezanih procesov, kot so prehrana in izločanje, dihanje, izločanje, rast, razmnoževanje, staranje in smrt. Najpomembnejši dosežek molekularne biologije je dešifriranje genetske kode in razjasnitev mehanizma, s katerim celica uporablja informacije, potrebne na primer za sintezo encimov. Molekularno biološke raziskave prispevajo tudi k popolnejšemu razumevanju drugih življenjskih procesov – fotosinteze, celičnega dihanja in mišične aktivnosti.

V molekularni biologiji se najraje ukvarjajo z razmeroma enostavnimi sistemi, kot so enocelični organizmi (bakterije, nekatere alge), v katerih je število komponent relativno majhno, kar pomeni, da jih lažje ločimo. Toda kljub temu so potrebne zelo sofisticirane metode za natančno lokalizacijo posameznih snovi in ​​njihovo razlikovanje od vseh drugih.

Na podlagi fizikalno-kemijskih pristopov in orodij so bili razviti kompleksni, občutljivi instrumenti in metode, ki so prilagojeni za delo z organske spojineživi sistemi. Metoda radioavtografije temelji na vključitvi radioaktivnih atomov v določene snovi, t.i. "radioaktivna oznaka", ki omogoča sledenje - z oddanim sevanjem - kemijskim transformacijam teh snovi. Pri proučevanju snovi z nizko molekulsko maso se uporabljajo metode za združevanje majhnih molekul snovi v t.i. dovolj velike makromolekule, da jih lahko opazujemo pri veliki povečavi v transmisijskem elektronskem mikroskopu. Določeno z rentgensko difrakcijo splošna oblika makromolekul, kot je bilo storjeno na primer z deoksiribonukleinsko kislino (DNK). Za ločevanje zmesi snovi, ki se razlikujejo po velikosti in kemični sestavi, razlikah v hitrosti njihovega gibanja v električnem polju (metoda elektroforeze) ali različnih hitrostih difuzije v topilu, ki teče skozi stacionarno fazo, kot je papir (metoda kromatografije), so uporabljeni.

Z ustreznimi encimi je mogoče določiti nukleotidno zaporedje genov in iz tega aminokislinsko zaporedje sintetiziranih proteinov. Če živali različni tipiČe so nukleotidna zaporedja genov, ki kodirajo skupne beljakovine, kot je hemoglobin, blizu, lahko sklepamo, da so imele te živali v preteklosti skupnega prednika. Če so razlike v njihovih genih velike, potem je jasno, da je do razhajanja vrst od skupnega prednika prišlo veliko prej. Takšne molekularne biološke raziskave so odprle nov pristop k proučevanju evolucije organizmov.

Pomemben prispevek k medicini bi moralo dati prepoznavanje virusov po njihovi sestavi. Z njim lahko na primer ugotovimo, da se virus, ki povzroča določeno bolezen pri ljudeh, naravno ugnezdi v neki divji živali, s katere se bolezen prenese na človeka. Če pri živalih, ki v naravi služijo kot rezervoar tega virusa, ni simptomov bolezni, potem očitno tukaj deluje nek mehanizem imunosti, nato pa se pojavi nova naloga - preučiti ta mehanizem, da bi poskusili vključiti noter imunski sistem oseba.

MOLEKULARNA BIOLOGIJA pozno lat. molekula, pomanjševalnica lat. molska masa; biologija) je biomedicinska veda, ki proučuje pojave življenja na ravni bioloških makromolekul – beljakovin in nukleinskih kislin, npr. enostavni sistemi, kot brezcelične strukture, virusi in kot meja na celični ravni. Večina teh predmetov je neživih ali obdarjenih z elementarnimi manifestacijami življenja. M. položaj. v sistemu biol znanosti določajo predstave o strukturnih ravneh žive snovi, to je evolucijsko uveljavljenih oblikah življenja, ki se začnejo s prebiotskimi stopnjami in končajo s kompleksnimi sistemi: majhne organske molekule - makromolekule - celice in podcelične strukture - telo. , itd., oziroma to-rym so zgrajene in stopnje znanja. Zgodovinsko M. b. nastala kot rezultat preučevanja bioloških makromolekul, pri čemer bi M. obravnava kot del biokemije (glej). M. b. je hkrati mejna znanost, ki je nastala na stičišču biokemije, biofizike (glej), organske kemije (glej), citologije (glej) in genetike (glej). M. ideja b. je sestavljen iz razkritja elementarnih mehanizmov glavnih procesov vitalne dejavnosti - dednosti (glej), spremenljivosti (glej), gibanja itd. - s preučevanjem biol, makromolekul. Molekularna biol. ideje so našle plodna tla zlasti v genetiki - pojavila se je molekularna genetika (glej), in tu so bili doseženi rezultati, to-rye je prispevalo k razvoju M. in priznavanje njenih načel. M. predstave. imajo hevristično (kognitivno) vrednost, saj biol, makromolekule - proteini (glej) in nukleinske kisline (glej) obstajajo in delujejo na vseh stopnjah razvoja žive snovi. Zaradi tega bi meje M. težko definirati: izkaže se, da je vseprežemajoča znanost.

Samo ime "molekularna biologija" pripada angleščini. kristalograf Astbury (W. T. Astbury). Uradni datum nastanka M. razmislite o letu 1953, ko sta J. Watson in F. Crick ugotovila strukturo DNK in izrazila pozneje potrjeno domnevo o mehanizmu njenega razmnoževanja, ki je osnova dednosti. Ampak naprej vsaj od leta 1944, odkar dela Avery (O. Th. Avery), so se kopičila dejstva, ki kažejo na genetsko vlogo DNK; N. K. Koltsov je že leta 1928 izrazil idejo o matrični sintezi v zelo jasni obliki; Študija molekularne osnove krčenja mišic se je začela z deli V. A. Engelgardta in M. N. Lyubimove, objavljenimi v letih 1939-1942. M. b. razvil tudi na področju evolucijskega nauka in sistematike. V ZSSR je bil A. N. Belozersky začetnik študija nukleinske k-t in raziskav o molekularnih osnovah evolucije.

Posebnost M. b. je v naravi opazovanj, v njegovih metodoloških tehnikah in zasnovi eksperimenta. M. b. prisilil biologe, da so na novo pogledali materialno osnovo življenja. Za molekularno biol. raziskuje primerjava biol, funkcij s kem. in fizično značilnosti (lastnosti) biopolimerov in predvsem njihova prostorska struktura.

Za razumevanje vzorcev strukture nukleinskih kislin in njihovega obnašanja v celici je bistvenega pomena načelo komplementarnosti baz v dvoverižnih strukturah nukleinskih kislin, ki sta ga leta 1953 vzpostavila J. Watson in F. Crick. vrednosti prostorska razmerja je našel svoj izraz v konceptu komplementarnosti površin makromolekul in molekularnih kompleksov, ki je potreben pogoj manifestacije šibkih sil, ki delujejo le na kratkih razdaljah in prispevajo k ustvarjanju morfol, biol. struktur, njihovo funkcionalno mobilnost. Te šibke sile so vključene v tvorbo kompleksov, kot so encim - substrat, antigen - protitelo, hormon - receptor itd., V pojavih samosestavljanja biol, struktur, na primer ribosomov, v tvorbi dušikove baze parov v molekulah nukleinskih kislin in v tem podobnih procesov.

M. b. usmeril pozornost biologov na preproste objekte, ki stojijo na mejah življenja, uveden v arzenal bioloških, raziskovalnih idej in natančne metode kemija in fizika. Proces mutacije je bil razložen na molekularni ravni kot izguba, vstavljanje in premik segmentov DNK, zamenjava para dušikovih baz v funkcionalno pomembnih segmentih genoma (glej Mutacija). Pojav mutageneze (glej) je bil tako preveden v kemijo. jezik. Zahvaljujoč metodam M. Razkrite so bile molekularne osnove takih genetskih procesov v prokariontih, kot so rekombinacija (glej), transdukcija (glej), transformacija (glej), transfekcija, spolna produkcija. Velik napredek je bil dosežen pri preučevanju strukture kromatina in evkariontskih kromosomov; izboljšanje metod gojenja in hibridizacije živalskih celic je ustvarilo možnost razvoja genetike somatskih celic (glej). Regulacija replikacije DNA je našla svoj izraz v konceptu replikona F. Jacoba in S. Brennerja.

Na področju biosinteze beljakovin je t.i. osrednji postulat, ki označuje naslednje gibanje genetskih informacij: DNA -> messenger RNA -> protein. Po tem postulatu je beljakovina nekakšen informacijski ventil, ki preprečuje vrnitev informacij na raven RNK in DNK. V procesu razvoja M. leta 1970 sta H. Temin in D. Baltimore odkrila pojav reverzne transkripcije (v naravi se sinteza DNA pojavi v onkogenih virusih, ki vsebujejo RNA, s posebnim encimom - reverzno transkriptazo). Sinteza beljakovin in nukleinskih kislin poteka glede na vrsto matrične sinteze, za njihov tok je potrebna matrika (šablona) - originalna polimerna molekula, ki vnaprej določa zaporedje nukleotidov (aminokislin) v sintetizirani kopiji. Takšne predloge za replikacijo in transkripcijo so DNK, za translacijo pa messenger RNA. Genetska koda (glej) oblikuje način "zapisa" dednih informacij v messenger RNA, z drugimi besedami, usklajuje zaporedje nukleotidov v nukleinskih kislinah in aminokislin v beljakovinah. Transkripcija je povezana z biosintezo beljakovin – sintezo messenger RNA na predlogi DNA, ki jo katalizirajo RNA polimeraze; prevod - sinteza beljakovin na messenger RNA, povezani z ribosomom, ki poteka po zelo zapletenem mehanizmu, v Kromu sodeluje na desetine pomožnih proteinov in transportnih RNA (glej ribosome). Regulacija sinteze proteinov je najbolj raziskana na ravni transkripcije in je formulirana v predstavitvi F. Jacoba in J. Monoda o operonu, represorskih proteinih, alosteričnem učinku, pozitivni in negativni regulaciji. Vsebinsko raznolika in še manj popolna od prejšnjih razdelkov M. b. obstajajo številni temeljni in uporabni problemi. Ti vključujejo popravilo poškodb genoma, ki jih povzročajo kratkovalovno sevanje, mutageni (glej) in drugi vplivi. Veliko samostojno področje je preučevanje mehanizma delovanja encimov, ki temelji na idejah o tridimenzionalni strukturi beljakovin in vlogi šibke kem. interakcije. M. b. odkril veliko podrobnosti o strukturi in razvoju virusov, zlasti bakteriofagov. Študija hemoglobina pri ljudeh, ki trpijo za anemijo srpastih celic (glej) in drugimi hemoglobinopatijami (glej), je zaznamovala začetek preučevanja strukturne osnove "molekularnih bolezni", prirojenih "napak" metabolizma (glej Dedne bolezni). Najnovejša veja M. - genski inženiring (glej) - razvija metode za gradnjo dednih struktur v obliki rekombinantnih molekul DNA.

V molekularni biol. poskusi najdejo aplikacijo različne načine kromatografija (glej) in ultracentrifugiranje (glej), rentgenska difrakcijska analiza (glej), elektronska mikroskopija (glej), molekularna spektroskopija (elektronska paramagnetna in jedrska magnetna resonanca). Začela se je uporaba sinhrotronskega (magnetnega zavornega) sevanja, nevtronske difrakcije, Mössbauerjeve spektroskopije in laserske tehnologije. Modelni sistemi in pridobivanje mutacij se pogosto uporabljajo v poskusih. Uporaba radioaktivnih in (v manjši meri) težkih izotopov v M. bi bila. vsakdanji analitična metoda, kot tudi uporaba matematičnih metod in računalnikov. Če so prejšnji molekularni biologi vodili pogl. prir. na fizičnem metode ustvarjene za preučevanje polimerov nebiol. izvora, je zdaj vse večji trend uporabe kem. metode.

Za razvoj M. v ZSSR velik pomen je imela resolucijo Centralnega komiteja CPSU in Sveta ministrov ZSSR "O ukrepih za pospešitev razvoja molekularne biologije in molekularne genetike ter uporabo njihovih dosežkov v nacionalnem gospodarstvu", objavljeno 20. maja 1974. Svet ministrov ZSSR in Akademija znanosti ZSSR, Znanstveni svet za probleme molekularne biologije Akademije znanosti ZSSR, podobni sveti Akademije znanosti republik Unije in področnih akademij. Izhajata revija "Molecular Biology" (od leta 1967) in abstraktna revija z istim imenom. Raziskave o M. bi. se izvajajo v inštitutih Akademije znanosti ZSSR, Akademije medicinskih znanosti ZSSR, republiških akademij znanosti, Glavmikrobioproma, v visokošolskih ustanovah v državi. V socialističnih državah je veliko laboratorijev tega profila. V Evropi obstajajo Evropska organizacija za molekularno biologijo (EMBO), Evropski laboratorij za molekularno biologijo (EMBL) v Heidelbergu in Evropska konferenca za molekularno biologijo (EMBC). V ZDA, Franciji, Veliki Britaniji, Nemčiji in drugih državah obstajajo veliki specializirani laboratoriji.

Posebne periodične publikacije, posvečene problemom M., v tujini: "Journal of Molecular Biology", "Nucleic Acids Research", "Molecular Biology Reports", "Gene".

Mnenja o M. b. objavljeno v seriji VINITI Molecular Biology, Progress in Nucleic Acids Research and Molecular Biology, Progress in Biophysics and Molecular Biology, Annual Rewiew of Biochemistry, Cold Spring Harbor Symposias on Quantitative Biology.

Bibliografija: Ashmarin I. P. Molekularna biologija, L., 1977; Belozersky A. N. Molekularna biologija - nova stopnja v poznavanju narave, M., 1970; Bresler S. E. Molekularna biologija, L., 1973; Koltsov N. K. Dedne molekule, Bull. Moskva test o-va. narave, div. biol., v. 70, c. 4, str. 75, 1965; Oktober in znanost, ur. A.P. Aleksandrova in drugi, str. 393, 417, M., 1977; Severin S.E. Sodobna vprašanja fizikalno-kemijska biologija, v knjigi: 250 let Akademije znanosti ZSSR, str. 332, M., 1977; Watson J. Molekularna biologija: gen, trans. iz angleščine, M., 1978; Engelhardt V. A. Molekularna biologija, v knjigi: Razvoj biol, v ZSSR, ed. B. E. Bykhovsky, str. 598, M., 1967.

Lahko rečemo, da molekularna biologija preučuje manifestacije življenja na neživih strukturah ali sistemih z elementarnimi znaki vitalne aktivnosti (ki so lahko posamezne biološke makromolekule, njihovi kompleksi ali organeli), preučuje, kako se ključni procesi, ki označujejo živo snov, uresničujejo skozi kemične interakcije in transformacije.

Ločitev molekularne biologije od biokemije v samostojno področje znanosti narekuje dejstvo, da je njena glavna naloga proučevanje strukture in lastnosti bioloških makromolekul, ki sodelujejo v različnih procesih, razjasnitev mehanizmov njihovega medsebojnega delovanja. Biokemija pa se ukvarja s preučevanjem dejanskih procesov življenjskega delovanja, vzorcev njihovega poteka v živem organizmu in transformacij molekul, ki te procese spremljajo. Navsezadnje molekularna biologija skuša odgovoriti na vprašanje, zakaj pride do tega ali onega procesa, medtem ko biokemija odgovarja na vprašanje, kje in kako z vidika kemije pride do obravnavanega procesa.

Zgodba

Molekularna biologija se je kot ločeno področje biokemije začela oblikovati v tridesetih letih prejšnjega stoletja. Takrat se je za globlje razumevanje fenomena življenja pojavila potreba po ciljno usmerjenih raziskavah na molekularni ravni procesov shranjevanja in prenosa dednih informacij v živih organizmih. Nato je bila naloga molekularne biologije opredeljena v preučevanju zgradbe, lastnosti in interakcije nukleinskih kislin in proteinov. Izraz "molekularna biologija" je prvi uporabil angleški znanstvenik William Astbury v okviru raziskav, povezanih z razjasnitvijo razmerja med molekularno strukturo ter fizikalnimi in biološkimi lastnostmi fibrilarnih proteinov, kot so kolagen, krvni fibrin ali kontraktilne beljakovine mišic. .

V zgodnjih dneh molekularne biologije je bila RNK sestavni del rastlin in gliv, medtem ko je bila DNK tipična sestavina živalskih celic. Prvi raziskovalec, ki je dokazal, da se DNK nahaja v rastlinah, je bil Andrej Nikolajevič Belozerski, ki je leta 1935 izoliral DNK graha. To odkritje je potrdilo dejstvo, da je DNK univerzalna nukleinska kislina, prisotna v rastlinskih in živalskih celicah.

Velik dosežek je bila ugotovitev neposrednega vzročnega razmerja med geni in beljakovinami, ki sta jo izvedela George Beadle in Edward Tatum. V svojih poskusih so izpostavili celice nevrospor ( nevrosporacrassa) Izpostavljenost rentgenskim žarkom, ki je povzročila mutacije. Dobljeni rezultati so pokazali, da je to povzročilo spremembo lastnosti določenih encimov.

Leta 1940 je Albert Claude iz citoplazme živalskih celic izoliral zrnca, ki vsebujejo citoplazmatsko RNK, ki so bila manjša od mitohondrijev. Imenoval jih je mikrosomi. Kasneje je bila pri proučevanju strukture in lastnosti izoliranih delcev ugotovljena njihova temeljna vloga v procesu biosinteze beljakovin. Leta 1958 je bilo na prvem simpoziju, posvečenem tem delcem, odločeno, da se ti delci imenujejo ribosomi.

Drug pomemben korak v razvoju molekularne biologije so bili objavljeni podatki eksperimenta Oswalda Averyja, Colina MacLeoda in MacLeana McCarthyja leta 1944, ki je pokazal, da je DNK vzrok za bakterijsko transformacijo. To je bil prvi eksperimentalni dokaz o vlogi DNK pri prenosu dednih informacij, ki je ovrgel prejšnjo idejo o beljakovinski naravi genov.

V zgodnjih petdesetih letih prejšnjega stoletja je Frederick Sanger pokazal, da je beljakovinska veriga edinstveno zaporedje aminokislinskih ostankov. V poznih petdesetih letih prejšnjega stoletja sta Max Perutz in John Kendrew razvozlala prostorsko strukturo prvih proteinov. Že leta 2000 je bilo znanih na stotisoče naravnih aminokislinskih zaporedij in na tisoče prostorskih struktur proteinov.

Približno v istem času so raziskave Erwina Chargaffa omogočile oblikovanje pravil, ki opisujejo razmerje dušikovih baz v DNK (pravila pravijo, da je ne glede na vrstne razlike v DNK količina gvanina enaka količini citozina in količina adenina je enaka količini temina), kar je kasneje pripomoglo k največjemu preboju v molekularni biologiji in enemu izmed največja odkritja v biologiji nasploh.

Ta dogodek se je zgodil leta 1953, ko sta James Watson in Francis Crick na podlagi dela Rosalind Franklin in Mauricea Wilkinsa na Analiza rentgenske difrakcije DNA, vzpostavil dvoverižno strukturo molekule DNA. To odkritje je omogočilo odgovor na temeljno vprašanje o sposobnosti nosilca dednih informacij za samoreprodukcijo in razumevanje mehanizma prenosa teh informacij. Isti znanstveniki so oblikovali princip komplementarnosti dušikovih baz, ki je ključnega pomena za razumevanje mehanizma nastanka supramolekularnih struktur. Ta princip, ki se danes uporablja za opisovanje vseh molekularnih kompleksov, omogoča opisovanje in napovedovanje pogojev za nastanek šibkih (nevalentnih) medmolekularnih interakcij, ki določajo možnost nastanka sekundarnih, terciarnih itd. strukture makromolekul, samosestavljanje supramolekularnih bioloških sistemov, ki določajo tako široko paleto molekularnih struktur in njihovih funkcionalnih sklopov. Nato je leta 1953 nastal Revija za znanost Journal of Molecular Biology. Vodil ga je John Kendrew, katerega področje znanstvenega zanimanja je bilo preučevanje strukture globularnih proteinov (Nobelova nagrada leta 1962, skupaj z Maxom Perutzem). Podobno revijo v ruskem jeziku, imenovano Molecular Biology, je leta 1966 v ZSSR ustanovil V. A. Engelhardt.

Leta 1958 je Francis Crick oblikoval t.i. osrednja dogma molekularne biologije: ideja o ireverzibilnosti pretoka genetskih informacij od DNA skozi RNA do proteinov po shemi DNA → DNA (replikacija, ustvarjanje kopije DNA), DNA → RNA (transkripcija, kopiranje genov), RNA → protein (prevajanje, dekodiranje informacij o strukturi proteinov). To dogmo so leta 1970 ob upoštevanju nabranega znanja nekoliko popravili, saj sta pojav reverzne transkripcije neodvisno odkrila Howard Temin in David Baltimore: odkrili so encim - reverzno transkriptazo, ki je odgovoren za izvajanje reverzne transkripcije - tvorba dvoverižne DNA na enoverižni RNA šabloni, ki se pojavi pri onkogenih virusih. Opozoriti je treba, da stroga nujnost pretoka genetskih informacij od nukleinskih kislin do proteinov še vedno ostaja osnova molekularne biologije.

Leta 1957 je Aleksander Sergejevič Spirin skupaj z Andrejem Nikolajevičem Belozerskim pokazal, da kljub bistvenim razlikam v nukleotidni sestavi DNK iz različni organizmi, je sestava celotne RNA podobna. Na podlagi teh podatkov so prišli do senzacionalnega zaključka, da celotna RNA celice ne more delovati kot nosilec genetske informacije od DNK do beljakovin, saj ji po svoji sestavi ne ustreza. Hkrati so opazili, da obstaja manjši del RNK, ki po svoji nukleotidni sestavi povsem ustreza DNK in je lahko pravi nosilec genetske informacije od DNK do proteinov. Posledično so predvideli obstoj razmeroma majhnih molekul RNK, ki so po strukturi podobne posamezne odseke DNK in delujejo kot posredniki pri prenosu genetskih informacij, ki jih vsebuje DNK, do ribosoma, kjer se te informacije uporabijo za sintezo beljakovinskih molekul. Leta 1961 (S. Brenner, F. Jacob, M. Meselson na eni strani ter F. Gros, Francois Jacob in Jacques Monod so prvi eksperimentalno potrdili obstoj tovrstnih molekul – informacijske (matrične) RNA. Hkrati razvili so koncept in model funkcionalnih enot DNA - operon, ki je omogočil natančno razlago, kako poteka regulacija izražanja genov pri prokariontih.Študij mehanizmov biosinteze beljakovin in principov strukturne organizacije in delovanje molekularnih strojev - ribosomov - je omogočilo oblikovanje postulata, ki opisuje gibanje genetskih informacij, imenovanega osrednja dogma molekularne biologije: DNA - mRNA je protein.

Leta 1961 in v naslednjih nekaj letih sta Heinrich Mattei in Marshall Nirenberg ter nato Har Korana in Robert Holly izvedla več del za dešifriranje genetske kode, zaradi česar je bila vzpostavljena neposredna povezava med strukturo DNK in sintetiziranimi proteini. in nukleotidno zaporedje, ki določa nabor aminokislin v beljakovini. Pridobljeni so bili tudi podatki o univerzalnosti genetske kode. Odkritja so leta 1968 prejela Nobelovo nagrado.

Za razvoj sodobnih idej o funkcijah RNA je odkritje nekodirajoče RNA, narejeno na podlagi rezultatov dela Aleksandra Sergejeviča Spirina skupaj z Andrejem Nikolajevičem Belozerskim leta 1958, Charles Brenner s soavtorji in Saul Spiegelman leta 1961, je bil odločilen. Ta vrsta RNA sestavlja večino celične RNA. Ribosomske RNA so predvsem nekodirajoče.

Metode za gojenje in hibridizacijo živalskih celic so bile deležne resnega razvoja. Leta 1963 sta François Jacob in Sydney Brenner oblikovala idejo o replikonu, zaporedju inherentno replicirajočih se genov, ki pojasnjuje pomembne vidike regulacije replikacije genov.

Leta 1967 je bilo v laboratoriju A. S. Spirina prvič dokazano, da oblika kompaktno zvite RNA določa morfologijo ribosomskega delca.

Leta 1968 je prišlo do pomembnega temeljnega odkritja. Okazakijeva, ki je v študiji procesa replikacije odkrila fragmente DNK zaostajajoče verige, po njej poimenovala Okazakijeve fragmente, je razjasnila mehanizem replikacije DNK.

Leta 1970 sta Howard Temin in David Baltimore neodvisno prišla do pomembnega odkritja: odkrili so encim – reverzno transkriptazo, ki je odgovoren za izvajanje reverzne transkripcije – tvorbo dvoverižne DNK na enoverižni matrici RNK, ki se pojavi v. onkogeni virusi, ki vsebujejo RNA.

Drugi pomemben dosežek molekularne biologije je bila razlaga mehanizma mutacij na molekularni ravni. Kot rezultat serije študij so bile ugotovljene glavne vrste mutacij: podvojitve, inverzije, delecije, translokacije in transpozicije. To je omogočilo obravnavanje evolucijskih sprememb z vidika genskih procesov in omogočilo razvoj teorije molekularnih ur, ki se uporablja v filogeniji.

Do začetka sedemdesetih let prejšnjega stoletja so bili oblikovani osnovni principi delovanja nukleinskih kislin in beljakovin v živem organizmu. Ugotovljeno je bilo, da se proteini in nukleinske kisline v telesu sintetizirajo po matričnem mehanizmu, matrična molekula nosi šifrirano informacijo o zaporedju aminokislin (v proteinu) ali nukleotidov (v nukleinski kislini). Pri replikaciji (podvojitev DNA) ali transkripciji (sinteza mRNA) služi kot taka matrica DNA, pri prevajanju (sinteza beljakovin) ali reverzni transkripciji - mRNA.

Tako so bili ustvarjeni teoretični predpogoji za razvoj aplikativnih področij molekularne biologije, zlasti genskega inženiringa. Leta 1972 so Paul Berg, Herbert Bauer in Stanley Cohen razvili tehnologijo molekularnega kloniranja. Nato so prvi pridobili rekombinantno DNK in vitro. Ti izjemni poskusi so postavili temelje genskega inženiringa in to leto velja za datum rojstva te znanstvene smeri.

Leta 1977 sta Frederick Sanger in neodvisno Allan Maxum in Walter Gilbert razvila različne metode določanje primarne strukture (sekvenciranje) DNA. Sangerjeva metoda, tako imenovana metoda terminacije verige, je osnova sodobne metode sekvenciranja. Načelo sekvenciranja temelji na uporabi označenih baz, ki delujejo kot terminatorji v ciklični reakciji sekvenciranja. Ta metoda je postala razširjena zaradi zmožnosti hitrega izvajanja analize.

1976 - Friderik. Sanger je dešifriral nukleotidno zaporedje DNA faga φΧ174 z dolžino 5375 nukleotidnih parov.

1981 - anemija srpastih celic postane prva genetska bolezen diagnosticiran z analizo DNK.

1982-1983 odkritje katalitične funkcije RNA v ameriških laboratorijih T. Checka in S. Altmana je spremenilo obstoječe predstave o izključni vlogi proteinov. Po analogiji s katalitičnimi proteini - encimi so katalitične RNA poimenovali ribozimi.

1987 Keri Mullez je odkril verižno reakcijo s polimerazo, zahvaljujoč kateri je mogoče umetno znatno povečati število molekul DNK v raztopini za nadaljnje delo. Danes je ena najpomembnejših metod molekularne biologije, ki se uporablja pri preučevanju dednih in virusne bolezni, pri preučevanju genov in pri genetski identifikaciji osebnosti in sorodstva itd.

Leta 1990 so istočasno tri skupine znanstvenikov objavile metodo, ki je omogočila hitro pridobivanje sintetičnih funkcionalno aktivnih RNA v laboratoriju (umetni ribozimi oz. molekule, ki medsebojno delujejo z različnimi ligandi – aptameri). Ta metoda se imenuje "evolucija in vitro". In kmalu zatem, v letih 1991-1993 v laboratoriju A.B. Četverina je bila eksperimentalno dokazana možnost obstoja, rasti in pomnoževanja molekul RNK v obliki kolonij na trdnem mediju.

Leta 1998 sta Craig Mello in Andrew Fire skoraj istočasno opisala mehanizem, ki so ga prej opazili pri genskih poskusih z bakterijami in rožami. motnje RNA, pri katerem majhna dvoverižna molekula RNA povzroči specifično zatiranje izražanja genov.

Odkritje mehanizma interference RNK je velikega praktičnega pomena za sodobno molekularno biologijo. Ta pojav se pogosto uporablja v znanstvenih poskusih kot orodje za "izklop", torej zatiranje izražanja posameznih genov. Posebno zanimivo je dejstvo, da ta metoda omogoča reverzibilno (začasno) zatiranje aktivnosti proučevanih genov. Potekajo raziskave za uporabo tega pojava pri zdravljenju virusnih, neoplastičnih, degenerativnih in presnovnih bolezni. Opozoriti je treba, da so leta 2002 odkrili mutante virusov otroške paralize, ki se lahko izognejo interferenci RNK, zato je za razvoj resničnega virusa potrebno več skrbnega dela. učinkovite metode zdravljenje, ki temelji na tem pojavu.

V letih 1999-2001 je več skupin raziskovalcev določilo strukturo bakterijskega ribosoma z ločljivostjo 5,5 do 2,4 angstroma.

Postavka

Dosežkov molekularne biologije pri poznavanju žive narave je težko preceniti. Velik uspeh je bil dosežen z uspešnim raziskovalnim konceptom: kompleksne biološke procese obravnavamo z vidika posameznih molekularnih sistemov, kar omogoča uporabo natančnih fizikalno-kemijskih raziskovalnih metod. Na to področje znanosti je pritegnila tudi številne velike ume iz sorodnih področij: kemije, fizike, citologije, virologije, kar je prav tako blagodejno vplivalo na obseg in hitrost razvoja. znanstvena spoznanja v tem območju. Tako pomembna odkritja, kot so določitev strukture DNK, dešifriranje genetske kode in umetno usmerjena modifikacija genoma, so omogočila veliko globlje razumevanje posebnosti razvojnih procesov organizmov in uspešno rešila številne pomembne temeljne probleme. in uporabnih znanstvenih, medicinskih in družbenih problemov, ki so še ne tako dolgo nazaj veljali za nerešljive.

Predmet proučevanja molekularne biologije so predvsem proteini, nukleinske kisline in na njih temelječi molekularni kompleksi (molekularni stroji) ter procesi, v katerih sodelujejo.

Nukleinske kisline so linearni polimeri, sestavljeni iz nukleotidnih enot (spojine petčlenskega sladkorja s fosfatno skupino na petem atomu cikla in ene od štirih dušikovih baz), ki so med seboj povezane z estrsko vezjo fosfatnih skupin. Tako je nukleinska kislina pentozofosfatni polimer z dušikovimi bazami kot stranskimi substituenti. Kemična sestava Veriga RNK se od DNK razlikuje po tem, da je prva sestavljena iz petčlenskega cikla ogljikovih hidratov riboze, druga pa iz dehidroksiliranega derivata riboze - deoksiriboze. Hkrati se te molekule prostorsko močno razlikujejo, saj je RNK fleksibilna enoverižna molekula, medtem ko je DNK dvoverižna molekula.

Beljakovine so linearni polimeri, ki so verige alfa-aminokislin, ki so med seboj povezane s peptidno vezjo, od tod tudi njihovo drugo ime - polipeptidi. Sestava naravnih beljakovin vključuje veliko različnih aminokislinskih enot - pri človeku do 20 -, kar določa široko paleto funkcionalnih lastnosti teh molekul. Te ali one beljakovine sodelujejo v skoraj vseh procesih v telesu in opravljajo številne naloge: igrajo vlogo celičnega gradbenega materiala, zagotavljajo transport snovi in ​​ionov, katalizirajo. kemične reakcije, ta seznam je zelo dolg. Proteini tvorijo stabilne molekularne konformacije različnih nivojev organizacije (sekundarne in terciarne strukture) in molekularne komplekse, kar še dodatno širi njihovo funkcionalnost. Te molekule imajo lahko visoko specifičnost za opravljanje določenih nalog zaradi oblikovanja kompleksne prostorske globularne strukture. Široka paleta beljakovin zagotavlja nenehno zanimanje znanstvenikov za tovrstne molekule.

Sodobne predstave o predmetu molekularne biologije temeljijo na posplošitvi, ki jo je leta 1958 prvi predstavil Francis Crick kot osrednjo dogmo molekularne biologije. Njegovo bistvo je bila trditev, da gre genetska informacija v živih organizmih skozi strogo določene faze implementacije: kopiranje iz DNK v DNK na vstopu v dedovanje, iz DNK v RNK in nato iz RNK v protein, obratni prehod pa ni izvedljiv. Ta izjava je bila resnična le delno, zato je bila osrednja dogma naknadno popravljena glede na novo odkrite podatke.

Trenutno obstaja več načinov implementacije genskega materiala, ki predstavljajo različna zaporedja implementacije tri vrste obstoj genetskih informacij: DNK, RNK in beljakovin. Ob devetih možne načine izvedbe ločimo tri skupine: to so tri splošne transformacije (generalne), ki se normalno izvajajo v večini živih organizmov; tri posebne transformacije (posebne), izvedene v nekaterih virusih ali v posebnih laboratorijske razmere; tri neznane transformacije (neznane), katerih izvedba se šteje za nemogočo.

Običajne transformacije vključujejo naslednje načine implementacije genetske kode: DNA→DNA (replikacija), DNA→RNA (transkripcija), RNA→protein (translacija).

Za izvedbo prenosa dednih lastnosti morajo starši svojim potomcem prenesti polnopravno molekulo DNK. Postopek, s katerim je mogoče sintetizirati natančno kopijo originalne DNK in s tem prenesti genetski material, se imenuje replikacija. Izvajajo ga posebni proteini, ki razpletajo molekulo (zravnajo njen odsek), odvijejo dvojno vijačnico in s pomočjo DNK polimeraze ustvarijo natančno kopijo originalne DNK molekule.

Da bi zagotovili življenje celice, se mora ta nenehno sklicevati na genetski kod, vgrajen v dvojno vijačnico DNK. Vendar je ta molekula prevelika in okorna, da bi jo uporabili kot neposreden vir genskega materiala za kontinuirano sintezo beljakovin. Zato je med implementacijo informacij, vgrajenih v DNK, vmesna faza: sinteza mRNA, ki je majhna enoverižna molekula, komplementarna določenemu segmentu DNK, ki kodira določen protein. Transkripcijski proces zagotavljajo RNA polimeraza in transkripcijski faktorji. Nastalo molekulo lahko nato zlahka dostavimo v del celice, ki je odgovoren za sintezo beljakovin – ribosom.

Ko RNA vstopi v ribosom, se začne zadnja faza realizacije genetske informacije. Istočasno ribosom prebere genetsko kodo iz mRNA v trojčkih, imenovanih kodoni, in na podlagi prejetih informacij sintetizira ustrezen protein.

Med posebnimi transformacijami se genetska koda realizira po shemi RNA → RNA (replikacija), RNA → DNA (reverzna transkripcija), DNA → protein (neposredni prevod). Replikacija te vrste se izvaja v številnih virusih, kjer jo izvaja encimska RNA-odvisna RNA-polimeraza. Podobne encime najdemo tudi v evkariontskih celicah, kjer so povezani s procesom utišanja RNK. Reverzno transkripcijo najdemo pri retrovirusih, kjer jo izvaja encim reverzna transkriptaza, v nekaterih primerih pa tudi pri evkariontske celice, na primer pri telomerni sintezi. Prenos v živo se izvaja le v umetnih pogojih v izoliranem sistemu zunaj celice.

Kateri koli od treh možnih prehodov genetske informacije iz proteina v protein, RNK ali DNK velja za nemogočega. Primer delovanja prionov na proteine, zaradi česar nastane podoben prion, bi lahko pogojno pripisali tipu realizacije genetske informacije protein → protein. Vendar formalno ni tako, saj ne vpliva na zaporedje aminokislin v beljakovini.

Zgodovina nastanka izraza "osrednja dogma" je radovedna. Ker beseda dogma na splošno pomeni trditev, o kateri ni dvoma, sama beseda pa ima jasno religiozno konotacijo, njena izbira kot opis znanstvenega dejstva ni povsem legitimna. Po mnenju samega Francisa Cricka je bila to njegova napaka. Izpostavljeni teoriji je želel dati večji pomen, jo ločiti od ozadja drugih teorij in hipotez; zakaj se je odločil uporabiti to veličastno, po njegovem mnenju, besedo, ne da bi razumel njen pravi pomen. Ime pa se je prijelo.

Molekularna biologija danes

Hiter razvoj molekularne biologije, nenehno zanimanje družbe za dosežke na tem področju in objektiven pomen raziskav so privedli do nastanka velikega števila velikih raziskovalnih centrov molekularne biologije po vsem svetu. Med največjimi je treba omeniti: laboratorij za molekularno biologijo v Cambridgeu, Kraljevi inštitut v Londonu - v Veliki Britaniji; inštituti za molekularno biologijo v Parizu, Marseillu in Strasbourgu, Pasteurjev inštitut - v Franciji; oddelki za molekularno biologijo na Univerzi Harvard in Tehnološkem inštitutu Massachusetts, Univerzi Berkeley, Kalifornijskem tehnološkem inštitutu, Univerzi Rockefeller, Inštitutu za javno zdravje v Bethesdi – v ZDA; inštituti Maxa Plancka, univerzi v Göttingenu in Münchnu, Centralni inštitut za molekularno biologijo v Berlinu, inštituta v Jeni in Halleju - v Nemčiji; Inštitut Karolinska v Stockholmu na Švedskem.

V Rusiji so vodilni centri na tem področju Inštitut za molekularno biologijo. Inštitut za molekularno genetiko RAS, Inštitut za gensko biologijo RAS, Inštitut za fizikalno-kemijsko biologijo po imenu V.A. Moskovska državna univerza A. N. Belozerskega. Inštitut za biokemijo M. V. Lomonosov. A. N. Bach RAS in Inštitut za beljakovine RAS v Puščinu.

Danes obsega področje zanimanja molekularnih biologov širok spekter temeljni znanstvena vprašanja. Kot doslej ima vodilno vlogo preučevanje strukture nukleinskih kislin in biosinteze beljakovin, preučevanje strukture in funkcij različnih znotrajceličnih struktur in celičnih površin. Pomembna področja raziskav so tudi proučevanje mehanizmov sprejema in prenosa signala, molekularni mehanizmi transport spojin znotraj celice in tudi iz celice v zunanje okolje in obratno. Med glavnimi usmeritvami znanstvenih raziskav na področju uporabne molekularne biologije je ena najbolj prednostnih problematika nastanka in razvoja tumorjev. Tudi zelo pomembno področje, ki ga preučuje oddelek za molekularno biologijo – molekularna genetika, je preučevanje molekularnih osnov nastanka dedne bolezni, in virusne bolezni, kot je aids, ter razvoj metod za njihovo preprečevanje in po možnosti zdravljenje na genski ravni. Odkritja in razvoj molekularnih biologov so našli široko uporabo v sodna medicina. Pravo revolucijo na področju osebne identifikacije so v 80. letih prejšnjega stoletja naredili znanstveniki iz Rusije, ZDA in Velike Britanije, zahvaljujoč razvoju in implementaciji metode »genomskega prstnega odtisa« – identifikacije DNK v vsakdanji praksi. Raziskave na tem področju se ne ustavijo do danes, sodobne metode omogočajo določitev osebe z verjetnostjo napake milijarde odstotka. Že zdaj se aktivno razvija projekt genetskega potnega lista, ki bo po pričakovanjih močno zmanjšal stopnjo kriminala.

Metodologija

Danes ima molekularna biologija obsežen arzenal metod za reševanje najnaprednejših in najbolj zapletenih problemov, s katerimi se srečujejo znanstveniki.

Ena najpogostejših metod v molekularni biologiji je gelska elektroforeza, ki rešuje problem ločevanja mešanice makromolekul po velikosti ali naboju. Skoraj vedno se po ločitvi makromolekul v gelu uporablja blotiranje, metoda, ki vam omogoča prenos makromolekul iz gela (sorb) na površino membrane za udobje nadaljnjega dela z njimi, zlasti hibridizacije. Hibridizacija - tvorba hibridne DNA iz dveh verig različne narave - metoda, ki ima pomembno vlogo pri temeljne raziskave. Uporablja se za določanje komplementarno segmentov v različnih DNK (DNK različnih vrst), uporablja se za iskanje novih genov, z njeno pomočjo so odkrili interferenco RNK, njen princip pa je bil osnova genomskega prstnega odtisa.

V sodobni praksi molekularno bioloških raziskav ima pomembno vlogo metoda sekvenciranja – določanje zaporedja nukleotidov v nukleinskih kislinah in aminokislin v proteinih.

Sodobne molekularne biologije si ni mogoče predstavljati brez metode polimeraze verižna reakcija(PCR). Zahvaljujoč tej metodi se izvede povečanje števila (pomnoževanje) kopij določenega zaporedja DNK, da se iz ene molekule pridobi zadostna količina snovi za nadaljnje delo z njo. Podoben rezultat doseže tehnologija molekularnega kloniranja, pri kateri se zahtevano nukleotidno zaporedje vnese v DNK bakterij (živih sistemov), nakar razmnoževanje bakterij vodi do želenega rezultata. Ta pristop je tehnično veliko bolj zapleten, vendar omogoča istočasno pridobivanje rezultata izražanja proučevanega nukleotidnega zaporedja.

Tudi metode ultracentrifugiranja (za ločevanje makromolekul (velikih količin), celic, organelov), elektronska in fluorescenčna mikroskopija, spektrofotometrične metode, rentgenska difrakcijska analiza, avtoradiografija itd. se pogosto uporabljajo v molekularno bioloških študijah.

Zahvaljujoč tehnološkemu napredku in znanstvenim raziskavam na področju kemije, fizike, biologije in računalništva sodobna oprema omogoča izolacijo, proučevanje in spreminjanje posameznih genov in procesov, v katerih sodelujejo.