Какво изучава накратко молекулярната биология. Предмет, задачи и цели на молекулярната биология. Структура и функция на протеините

Молекулярна биология

наука, която си поставя за задача познаването на природата на жизнените явления чрез изучаване на биологични обекти и системи на ниво, приближаващо се до молекулярното ниво, а в някои случаи достигащо тази граница. Крайната цел в случая е да се изясни как и до каква степен характерните прояви на живота, като наследственост, размножаване на себеподобните, биосинтеза на протеини, възбудимост, растеж и развитие, съхранение и предаване на информация, енергийни трансформации, мобилност, т.е. и т.н., се дължат на структурата, свойствата и взаимодействието на молекулите на биологично важни вещества, предимно на двата основни класа биополимери с високо молекулно тегло (виж Биополимери) - протеини и нуклеинови киселини. Отличителна черта на M. b. - изследване на явленията на живота върху неодушевени обекти или такива, които се характеризират с най-примитивните прояви на живота. Това са биологични образувания от клетъчно ниво и по-долу: субклетъчни органели, като изолирани клетъчни ядра, митохондрии, рибозоми, хромозоми, клетъчни мембрани; по-нататък - системи, които стоят на границата на живата и неживата природа - вируси, включително бактериофаги и завършващи с молекулите на най-важните компоненти на живата материя - нуклеинови киселини (виж Нуклеинови киселини) и протеини (виж Протеини).

М. б. - нова област на природните науки, тясно свързана с отдавна установени области на изследване, които са обхванати от биохимия (вижте биохимия), биофизика (вижте биофизика) и биоорганична химия (вижте биоорганична химия). Разграничението тук е възможно само въз основа на отчитане на използваните методи и фундаменталния характер на използваните подходи.

Основата, върху която се развива М., е поставена от такива науки като генетика, биохимия, физиология на елементарните процеси и др. неразривно свързан с молекулярната генетика (виж Молекулярна генетика) , което продължава да съставлява важна част от М. банковото дело, въпреки че вече се е оформило до голяма степен в самостоятелна дисциплина. Изолацията на М. от биохимията е продиктувано от следните съображения. Задачите на биохимията се свеждат главно до установяване на участието на определени химични вещества в определени биологични функции и процеси и изясняване характера на техните трансформации; водещата роля принадлежи на информацията за реактивността и за основните характеристики на химичния строеж, изразени с обичайните химична формула. По този начин, по същество, вниманието е фокусирано върху трансформациите, засягащи главните валентни химични връзки. Междувременно, както беше подчертано от Л. Полинг , в биологичните системи и проявленията на жизнената активност основното значение трябва да се отдава не на главните валентни връзки, действащи в една и съща молекула, а на различни видове връзки, които определят междумолекулни взаимодействия (електростатични, ван дер ваалсови, водородни връзки и др.) .

Крайният резултат от биохимично изследване може да бъде представен под формата на система от химични уравнения, обикновено напълно изчерпана от представянето им в равнина, т.е. в две измерения. Отличителна черта на M. b. е нейната триизмерност. Същността на M. b. М. Перуц го вижда в тълкуването на биологичните функции от гледна точка на молекулярната структура. Можем да кажем, че ако преди, при изучаване на биологични обекти, беше необходимо да се отговори на въпроса „какво“, тоест какви вещества присъстват, и на въпроса „къде“ - в кои тъкани и органи, тогава M. b. си поставя за задача да получи отговори на въпроса „как“, след като е научил същността на ролята и участието на цялата структура на молекулата, и на въпросите „защо“ и „за какво“, след като е разбрал, на от една страна, връзките между свойствата на молекулата (отново, преди всичко протеини и нуклеинови киселини) и изпълняваните от нея функции, а от друга страна, ролята на такива отделни функции в общия комплекс от прояви на жизнената дейност.

Взаимното разположение на атомите и техните групи в общата структура на макромолекулата, техните пространствени отношения придобиват решаваща роля. Това се отнася както за отделни, отделни компоненти, така и за цялостната конфигурация на молекулата като цяло. Именно в резултат на възникването на строго определена обемна структура биополимерните молекули придобиват тези свойства, благодарение на които са в състояние да служат като материална основа на биологичните функции. Този принцип на подход към изучаването на живите е най-характерната, типична черта на M. b.

Историческа справка. Страхотна ценаизследвания на биологични проблеми на молекулярно ниво е предвидено от И. П. Павлов , който говори за последната стъпка в науката за живота - физиологията на живата молекула. Самият термин „М. б." е използван за първи път на английски. учени W. Astbury в приложение към изследвания, свързани с изясняване на връзката между молекулярната структура и физическите и биологични свойства на фибриларни (влакнести) протеини, като колаген, кръвен фибрин или контрактилни мускулни протеини. Широко използвайте термина „М. б." стомана от началото на 1950 г. 20-ти век

Появата на М. като зряла наука е прието да се говори за 1953 г., когато Дж. Уотсън и Ф. Крик в Кеймбридж (Великобритания) откриват триизмерната структура на дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК). Това даде възможност да се говори за това как детайлите на тази структура определят биологичните функции на ДНК като материален носител на наследствена информация. По принцип тази роля на ДНК стана известна малко по-рано (1944 г.) в резултат на работата на американския генетик О. Т. Ейвъри и сътрудници (виж Молекулярна генетика), но не беше известно до каква степен тази функция зависи от молекулярната структура на ДНК. Това стана възможно едва след като лабораториите на W. L. Bragg, J. Bernal и други разработиха нови принципи на рентгенов дифракционен анализ, което осигури използването на този метод за подробно познаване на пространствената структура на протеиновите макромолекули и нуклеиновите киселини.

Нива на молекулярна организация.През 1957 г. J. Kendrew установява триизмерната структура на миоглобин a , и в следващите години това беше направено от M. Perutz по отношение на хемоглобин а. Бяха формулирани идеи за различни нива на пространствена организация на макромолекулите. Първичната структура е последователност от отделни звена (мономери) във веригата на получената полимерна молекула. За протеините мономерите са аминокиселини. , за нуклеинови киселини - Нуклеотиди. Линейна, нишковидна молекула на биополимер, в резултат на възникването на водородни връзки, има способността да се побира в пространството по определен начин, например в случай на протеини, както е показано от L. Pauling, може да отнеме под формата на спирала. Това се нарича вторична структура. Третична структура се нарича, когато молекула, която има вторична структура, допълнително се сгъва по един или друг начин, запълвайки триизмерното пространство. И накрая, молекули, които имат триизмерна структура, могат да влязат във взаимодействие, редовно разположени в пространството една спрямо друга и образувайки това, което е обозначено като кватернерна структура; неговите отделни компоненти обикновено се наричат подединици.

Най-очевидният пример за това как една молекулярна триизмерна структура определя биологичните функции на една молекула е ДНК. Има структура на двойна спирала: две нишки, движещи се във взаимно противоположна посока (антипаралелни), са усукани една около друга, образувайки двойна спирала с взаимно допълващо се разположение на основите, т.е. така че срещу определена основа на една верига има винаги е такава основа, която най-добре осигурява образуването на водородни връзки: адепин (A) се сдвоява с тимин (T), гуанин (G) с цитозин (C). Такава структура създава оптимални условия за най-важните биологични функции на ДНК: количественото размножаване на наследствената информация в процеса на клетъчно делене, като същевременно се запазва качествената неизменност на този поток от генетична информация. Когато клетката се дели, нишките на двойната спирала на ДНК, която служи като матрица или шаблон, се развиват и върху всяка от тях под действието на ензими се синтезира комплементарна нова верига. В резултат на това две напълно идентични дъщерни молекули се получават от една родителска ДНК молекула (виж Клетка, Митоза).

По подобен начин в случая с хемоглобина се оказа, че неговата биологична функция - способността обратимо да свързва кислорода в белите дробове и след това да го предава на тъканите - е тясно свързана с характеристиките на триизмерната структура на хемоглобина и неговите промени в процесът на изпълнение на неговата физиологична роля. При свързване и дисоцииране на O 2 настъпват пространствени промени в конформацията на молекулата на хемоглобина, което води до промяна в афинитета на съдържащите се в него железни атоми към кислорода. Промени в размера на молекулата на хемоглобина, наподобяващи промени в обема гръден кошпри дишане, разрешено да се нарича хемоглобин "молекулярни бели дробове".

Една от най-важните характеристики на живите обекти е способността им да регулират фино всички прояви на жизнената дейност. Основният принос на М. научните открития трябва да се считат за откриването на нов, неизвестен досега регулаторен механизъм, наричан алостеричен ефект. Тя се крие в способността на веществата с ниско молекулно тегло - т.нар. лиганди - за модифициране на специфичните биологични функции на макромолекулите, предимно каталитично действащи протеини - ензими, хемоглобин, рецепторни протеини, участващи в изграждането на биологични мембрани (вижте Биологични мембрани), в синаптичното предаване (вижте синапси) и др.

Три биотични потока.В светлината на идеите на М. съвкупността от явления на живота може да се разглежда като резултат от комбинация от три потока: потокът на материята, който намира своя израз в явленията на метаболизма, т.е. асимилация и дисимилация; потокът от енергия, който е движещата сила за всички прояви на живота; и потока от информация, проникващ не само в цялото разнообразие от процеси на развитие и съществуване на всеки организъм, но и в непрекъсната поредица от последователни поколения. Именно идеята за потока от информация, въведена в доктрината за живия свят чрез развитието на биоматериалите, оставя своя специфичен, уникален отпечатък върху него.

Най-важните постижения на молекулярната биология.Бързина, обхват и дълбочина на влиянието на М. напредъкът в разбирането на фундаменталните проблеми на изучаването на живата природа с право се сравнява например с влиянието на квантовата теория върху развитието на атомната физика. Две вътрешно свързани условия определят това революционно въздействие. От една страна, решаваща роля изигра откриването на възможността за изучаване на най-важните прояви на жизнената дейност при най-прости условия, доближаващи се до вида на химичните и физичните експерименти. От друга страна, като следствие от това обстоятелство, имаше бързо включване на значителен брой представители точни науки- физици, химици, кристалографи, а след това и математици - в разработването на биологични проблеми. В своята съвкупност тези обстоятелства определят необичайно бързия темп на развитие на М. б., броя и значението на неговите успехи, постигнати само за две десетилетия. Ето далеч не пълен списък на тези постижения: разкриване на структурата и механизма на биологичната функция на ДНК, всички видове РНК и рибозоми (виж Рибозоми) , разкриване на генетичния код (вижте генетичен код) ; откриване на обратна транскрипция (виж транскрипция) , т.е. синтез на ДНК върху матрица на РНК; изследване на механизмите на функциониране на дихателните пигменти; откриване на триизмерна структура и нейната функционална роля в действието на ензимите (виж Ензими) , принцип на матричен синтез и механизми на биосинтеза на протеини; разкриване на структурата на вирусите (вижте вируси) и механизмите на тяхната репликация, първичната и отчасти пространствената структура на антителата; изолиране на отделни гени , химически и след това биологичен (ензимен) генен синтез, включително човешки, извън клетката (in vitro); трансфер на гени от един организъм в друг, включително в човешки клетки; бързо напредващото дешифриране на химическата структура на нарастващ брой отделни протеини, главно ензими, както и нуклеинови киселини; откриване на феномена на "самосглобяването" на някои биологични обекти с все по-голяма сложност, като се започне от молекулите на нуклеиновата киселина и се стигне до многокомпонентни ензими, вируси, рибозоми и др.; изясняване на алостеричните и други основни принципи на регулация на биологичните функции и процеси.

Редукционизъм и интеграция.М. б. е последният етап от това направление в изучаването на живите обекти, което се обозначава като "редукционизъм", т.е. желанието да се намалят сложните жизнени функции до явления, възникващи на молекулярно ниво и следователно достъпни за изследване с методите на физиката и химията . Постигнато M. b. успехите свидетелстват за ефективността на този подход. В същото време трябва да се има предвид, че в естествени условия в клетка, тъкан, орган и целия организъм имаме работа със системи с нарастваща сложност. Такива системи се формират от компоненти на по-ниско ниво чрез тяхното редовно интегриране в цялости, придобиване на структурна и функционална организация и притежаване на нови свойства. Следователно, тъй като знанието за моделите, налични за разкриване на молекулярно и съседни нива, е подробно, преди M. b. възниква задачата за разбиране на механизмите на интеграция като линия на по-нататъшно развитие в изучаването на явленията на живота. Отправна точка тук е изследването на силите на междумолекулните взаимодействия – водородни връзки, ван дер Ваалс, електростатични сили и др. По своята комбинация и пространствено разположение те формират това, което може да се нарече „интегративна информация“. Тя трябва да се разглежда като една от основните части на вече споменатия поток от информация. В района на М. примери за интеграция могат да бъдат явленията на самосглобяване на сложни образувания от смес от тях съставни части. Това включва например образуването на многокомпонентни протеини от техните субединици, образуването на вируси от техните съставни части - протеини и нуклеинови киселини, възстановяването на оригиналната структура на рибозомите след разделянето на техните протеинови и нуклеинови компоненти и др. изследването на тези явления е пряко свързано с познаването на основните явления „разпознаване” на биополимерните молекули. Целта е да се установи какви комбинации от аминокиселини - в протеинови молекули или нуклеотиди - в нуклеиновите киселини взаимодействат помежду си по време на процесите на асоцииране на отделни молекули с образуването на комплекси със строго специфичен, предварително определен състав и структура. Те включват процесите на образуване на сложни протеини от техните субединици; освен това, селективно взаимодействие между молекулите на нуклеинова киселина, например транспорт и матрица (в този случай откриването на генетичния код значително разшири нашата информация); накрая, това е образуването на много видове структури (например рибозоми, вируси, хромозоми), в които участват както протеини, така и нуклеинови киселини. Разкриването на съответните закони, познаването на „езика“, лежащ в основата на тези взаимодействия, е една от най-важните области на математическата лингвистика, която все още очаква развитие. Тази област се счита за една от основните проблеми за цялата биосфера.

Проблеми на молекулярната биология.Наред с посочените важни задачи М. би. (познаване на законите на "разпознаването", самосглобяването и интегрирането) действителната посока на научното търсене в близкото бъдеще е разработването на методи, които позволяват дешифриране на структурата, а след това и триизмерната, пространствена организация на високомолекулни нуклеинова киселина. Това вече е постигнато по отношение на общия план на триизмерната структура на ДНК (двойна спирала), но без точно познаване на нейната първична структура. Бързи успехив разработването на аналитични методи ни позволяват уверено да очакваме постигането на тези цели през следващите години. Тук, разбира се, основният принос идва от представители на сродните науки, преди всичко физиката и химията. Всички най-важни методи, чието използване осигури появата и успеха на M. b., бяха предложени и разработени от физици (ултрацентрофугиране, рентгенов дифракционен анализ, електронна микроскопия, ядрено-магнитен резонанс и др.). Почти всички нови физически експериментални подходи (например използването на компютри, синхротронно или спирачно лъчение, лазерна технология и др.) разкриват нови възможности за задълбочено проучванепроблеми М. б. Сред най-важните задачи от практически характер, чийто отговор се очаква от М. б., на първо място е проблемът молекулярни базизлокачествен растеж, след това - начини за предотвратяване, а може би и преодоляване на наследствени заболявания - "молекулярни болести" (Виж Молекулярни болести). Голямо значениеще има изясняване на молекулярните основи на биологичната катализа, т.е. действието на ензимите. Сред най-важните съвременни направления на M. b. трябва да включва желанието да се дешифрират молекулярните механизми на действие на хормоните (виж Хормони) , токсични и лекарствени вещества, както и да разберете подробностите за молекулярната структура и функционирането на такива клетъчни структури като биологични мембрани, участващи в регулирането на процесите на проникване и транспортиране на вещества. По-далечни цели М. б. - познаване на природата на нервните процеси, механизмите на паметта (виж Памет) и др. Един от важните нововъзникващи раздели на M. b. - т.нар. генно инженерство, което си поставя за задача целенасоченото функциониране на генетичния апарат (генома) на живите организми, като се започне от микроби и по-ниски (едноклетъчни) и се стигне до човека (в последния случай, предимно с цел радикално лечение на наследствени заболявания (Вж. Наследствени заболявания) и корекция на генетични дефекти ). По-мащабни намеси в човешката генетична основа могат да се обсъждат само в повече или по-малко далечно бъдеще, тъй като в този случай възникват сериозни пречки, както технически, така и фундаментални. Относно микроби, растения, и е възможно, и страница - х. За животните такива перспективи са много обнадеждаващи (например получаване на сортове култивирани растения, които имат апарат за фиксиране на азот от въздуха и не се нуждаят от торове). Те надграждат вече постигнатите успехи: изолиране и синтезиране на гени, прехвърляне на гени от един организъм в друг, прилагане на масови културиклетки като производители на икономически или медицински важни вещества.

Организация на изследванията по молекулярна биология. Бързо развитиеМ. б. доведе до появата на голям брой специализирани изследователски центрове. Броят им бързо расте. Най-големите: във Великобритания - Лабораторията по молекулярна биология в Кеймбридж, Кралският институт в Лондон; във Франция - институти по молекулярна биология в Париж, Марсилия, Страсбург, институт "Пастьор"; в САЩ - отдели M. b. в университети и институти в Бостън (Харвардски университет, Масачузетски технологичен институт), Сан Франциско (Бъркли), Лос Анджелис (Калифорнийски технологичен институт), Ню Йорк (Университет Рокфелер), здравни институти в Бетесда и др.; в Германия - институтите Макс Планк, университетите в Гьотинген и Мюнхен; в Швеция, Каролинския институт в Стокхолм; в ГДР - Централният институт по молекулярна биология в Берлин, институти в Йена и Хале; в Унгария - Биологичен център в Сегед. В СССР ще бъде първият специализиран институт М. е създадена в Москва през 1957 г. в системата на Академията на науките на СССР (вж. ); след това са създадени: Институтът по биоорганична химия на Академията на науките на СССР в Москва, Институтът по протеин в Пущино, Биологичният отдел в Института атомна енергия(Москва), отдели M. b. в институтите на Сибирския клон на Академията на науките в Новосибирск, Междуведомствената лаборатория по биоорганична химия на Московския държавен университет, Сектора (по-късно Института) по молекулярна биология и генетика на Академията на науките на Украинската ССР в Киев ; значителна работа по M. b. се провежда в Института за високомолекулни съединения в Ленинград, в редица отдели и лаборатории на Академията на науките на СССР и други отдели.

Наред с отделните изследователски центрове възникват организации от по-широк мащаб. В Западна Европа възниква Европейската организация за М. (EMBO), в който участват над 10 държави. В СССР през 1966 г. в Института по молекулярна биология е създаден Научен съвет по МБ, който е координиращ и организиращ център в тази област на знанието. Той публикува обширна поредица от монографии по най-важните раздели на M. b., редовно се организират „зимни училища“ по M. b., провеждат се конференции и симпозиуми по актуални проблеми на M. b. В бъдеще научните съвети относно M. биха. са създадени в Академията на медицинските науки на СССР и много републикански академии на науките. Списание Molecular Biology излиза от 1966 г. (6 броя годишно).

За относително краткосроченв СССР израства значителен отряд изследователи в областта на М.; това са учени от по-старото поколение, които частично са прехвърлили интересите си от други области; в по-голямата си част те са много млади изследователи. Сред водещите учени, взели активно участие във формирането и развитието на M. b. в СССР могат да се назоват А. А. Баев, А. Н. Белозерски, А. Е. Браунштейн, Ю. А. Овчинников, А. С. Спирин, М. М. Шемякин, В. А. Енгелгард. Новите постижения на М. и молекулярната генетика ще бъдат насърчавани от резолюцията на Централния комитет на КПСС и Съвета на министрите на СССР (май 1974 г.) „За мерките за ускоряване на развитието на молекулярната биология и молекулярната генетика и използването на техните постижения в националната икономика."

Лит.:Вагнер Р., Мичъл Г., Генетика и метаболизъм, прев. от англ., М., 1958; Szent-Gyorgy и A., Биоенергетика, прев. от англ., М., 1960; Анфинсен К., Молекулярна основа на еволюцията, прев. от англ., М., 1962; Стенли У., Валенс Е., Вирусите и природата на живота, прев. от англ., М., 1963; Молекулярна генетика, прев. с. Английски, част 1, М., 1964; Volkenstein M.V., Молекули и живот. Въведение в молекулярната биофизика, М., 1965; Gaurowitz F., Химия и функции на протеините, прев. от англ., М., 1965; Бреслер С. Е., Въведение в молекулярната биология, 3-то издание, М. - Л., 1973; Ingram V., Биосинтеза на макромолекули, прев. от англ., М., 1966; Енгелхард В. А., Молекулярна биология, в книгата: Развитие на биологията в СССР, М., 1967; Въведение в молекулярната биология, прев. от англ., М., 1967; Watson, J., Молекулярна биология на гена, прев. от англ., М., 1967; Finean J., Биологични ултраструктури, прев. от англ., М., 1970; Bendoll, J., Мускули, молекули и движение, прев. от англ., М., 1970; Ичас М., Биологичен код, прев. от англ., М., 1971; Молекулярна биология на вирусите, М., 1971; Молекулни основи на биосинтезата на протеини, М., 1971; Bernhard S., Структура и функция на ензимите, прев. от англ., М., 1971; Спирин А. С., Гаврилова Л. П., Рибозома, 2 изд., М., 1971; Frenkel-Konrat H., Химия и биология на вирусите, прев. от английски, М., 1972; Smith C., Hanewalt F., Молекулярна фотобиология. Процеси на инактивиране и възстановяване, прев. от английски, М., 1972; Харис Г., Основи на човешката биохимична генетика, прев. от английски, М., 1973.

В. А. Енгелхард.

Велика съветска енциклопедия. - М.: Съветска енциклопедия. 1969-1978 .

Молекулярна биология / mə лɛ Да сеДжʊ лер / е клон на биологията, който се занимава с молекулярната основа на биологичната активност между биомолекулите в различни клетъчни системи, включително взаимодействията между ДНК, РНК, протеини и тяхната биосинтеза и регулирането на тези взаимодействия. Запис в природапрез 1961 г. Астбъри описва молекулярната биология:

Не толкова техника, колкото подход, подход от гледна точка на така наречените фундаментални науки с водеща идея да се търси под мащабните прояви на класическата биология съответния молекулярен план. Той се отнася по-специално до формибиологични молекули и [...] предимно триизмерни и структурни – което обаче не означава, че това е просто усъвършенстване на морфологията. Той трябва в същото време да изследва генезиса и функцията.

Връзка с други биологични науки

Изследователите в областта на молекулярната биология използват специфичните методи за отглеждане на молекулярна биология, но все повече ги комбинират с методи и идеи от генетиката и биохимията. Няма определена граница между тези дисциплини. Това е показано на следната диаграма, която изобразява един възможен вид връзка между полета:

Биохимия е изследване на химикали и жизненоважни процеси, протичащи в живите организми. За биохимиците е трудно да се съсредоточат върху ролята, функцията и структурата на биомолекулите. Изследването на химията зад биологичните процеси и синтеза на биологично активни молекули са примери за биохимия.
Генетика е изследване на влиянието на генетичните различия в организмите. Това често може да се заключи от липсата на нормален компонент (напр. единичен ген). Изследването на "мутанти" - организми, които имат един или повече функционални компоненти по отношение на така наречения "див тип" или нормален фенотип. Генетичните взаимодействия (епистаза) често се объркват от прости интерпретации на такива „нокаут“ изследвания.
Молекулярна биология е изследване на молекулярната основа на процесите на репликация, транскрипция, транслация и клетъчна функция. Централната догма на молекулярната биология, където генетичният материал се транскрибира в РНК и след това се превежда в протеин, въпреки че е твърде опростена, все още осигурява добра отправна точка за разбиране на областта. Картината е преразгледана в светлината на възникващите нови роли за РНК.

Методи на молекулярната биология

Молекулярно клониране

Една от най-основните техники на молекулярната биология за изследване на функцията на протеин е молекулярното клониране. При тази техника ДНК, кодираща протеина, който представлява интерес, се клонира с помощта на полимеразна верижна реакция (PCR) и/или рестрикционни ензими в плазмид (експресионен вектор). Вектор има 3 отличителни черти: произход на репликация, сайт за множествено клониране (MCS) и избираем маркер, обикновено с антибиотична резистентност. Участъкът за множествено клониране нагоре по веригата е регионът на промотора и началния сайт на транскрипция, които регулират експресията на клонирания ген. Този плазмид може да бъде вмъкнат както в бактериални, така и в животински клетки. Въвеждане на ДНК в бактериални клеткиможе да бъде направено чрез трансформация на незакрито поглъщане на ДНК, конюгации от клетка към клетка или чрез трансдукция с вирусен вектор. Въвеждането на ДНК в еукариотни клетки, като животински клетки, чрез физически или химически средства се нарича трансфекция. Налични са няколко различни метода за трансфекция, като трансфекция с калциев фосфат, електропорация, микроинжекция и липозомна трансфекция. Плазмидът може да бъде интегриран в генома, което води до стабилна трансфекция, или може да остане независим от генома, наречено транзиенти на трансфекция.

ДНК, кодираща протеините, представляващи интерес, вече е вътре в клетката и протеините вече могат да бъдат експресирани. Разнообразни системи, като индуцируеми промотори и специфични клетъчни сигнални фактори, помагат за изразяване на протеинов интерес на високи нива. След това големи количества от протеина могат да бъдат извлечени от бактериалната или еукариотната клетка. Протеинът може да бъде тестван за ензимна активност при различни ситуации, протеинът може да бъде кристализиран, така че неговата третична структура да може да бъде изследвана, или във фармацевтичната индустрия може да се изследва активността на нови лекарства срещу протеина.

полимеразна верижна реакция

Макромолекула-блотинг и изследване

Условия северен , западИ ориенталскипопиването изважда това, което е било първоначално молекулярна биологияшега, изиграна на термина Southernnet, следвайки техниката, описана от Edwin Southern за BLOTTED DNA хибридизация. Патриша Томас, разработчик на РНК блотиране, която след това стана известна като северно - попиване, всъщност не използвайте термина.

Southern blotting

Наречен на своя изобретател, биолога Едуин Садърн, Southern blot е техника за изследване на наличието на специфична ДНК последователност в ДНК проба. ДНК проби преди или след смилане с рестрикционен ензим (рестриктазен ензим) се разделят чрез гел електрофореза и след това се прехвърлят към мембраната чрез капилярно попиване. След това мембраната се излага на белязана ДНК сонда, която има базова последователност, комплементарна на тази на интересуващата ни ДНК. Southern blotting е по-малко използван в научната лаборатория поради способността на други методи, като PCR, да откриват специфични ДНК последователности от ДНК проби. Тези петна обаче все още се използват за някои приложения, като например измерване на броя на трансгенни копия в трансгенни мишки или при конструиране на генно нокаутни линии на ембрионални стволови клетки.

Northern blotting

Northern blot диаграма

East blotting

Клиничните изследвания и медицинските терапии, произтичащи от молекулярната биология, са частично обхванати от генната терапия. Приложението на молекулярната биология или подходите на молекулярната клетъчна биология към медицината сега се нарича молекулярна медицина. Молекулярната биология също играе важна роля в разбирането на образуването, действията и регулациите на различни части от клетките, които могат да се използват за ефективно насочване към нови лекарства, диагностициране на заболяване и разбиране на клетъчната физиология.

Допълнителна информация

Cohen, SN, Chang, NKD, Boyer, H. & Heling, RB Конструиране на биологично функционални бактериални плазмиди инвитро .

Молекулярният биолог е медицински изследовател, чиято мисия е нищо повече от спасяването на човечеството от опасни болести. Сред такива заболявания, например, онкологията, която днес се е превърнала в една от основните причини за смърт в света, е само малко по-ниска от лидера - сърдечно-съдовите заболявания. Новите методи за ранна диагностика на онкологията, профилактиката и лечението на рака са приоритетна задача на съвременната медицина. Молекулярните биолози в областта на онкологията разработват антитела и рекомбинантни (генно инженерни) протеини за ранна диагностика или целенасочено доставяне на лекарства в тялото. Специалистите в тази област използват най-новите постижения на науката и технологиите за създаване на нови организми и органични вещества с оглед по-нататъшното им използване в изследователската и клиничната дейност. Сред методите, използвани от молекулярните биолози, са клониране, трансфекция, инфекция, полимеразна верижна реакция, генно секвениране и други. Една от компаниите, които се интересуват от молекулярни биолози в Русия, е PrimeBioMed LLC. Организацията се занимава с производство на антитела-реагенти за диагностика на рак. Такива антитела се използват главно за определяне на вида на тумора, неговия произход и злокачественост, тоест способността за метастазиране (разпространение в други части на тялото). Антителата се прилагат върху тънки участъци от изследваната тъкан, след което се свързват в клетките с определени протеини - маркери, които присъстват в туморните клетки, но липсват в здравите и обратно. В зависимост от резултатите от изследването се предписва по-нататъшно лечение. Клиентите на PrimeBioMed включват не само медицински, но и научни институции, тъй като антителата могат да се използват и за решаване на изследователски проблеми. В такива случаи могат да бъдат произведени уникални антитела, способни да се свързват с изследвания протеин за специфична задача по специална поръчка. Друго обещаващо направление на изследванията на компанията е насочената (насочена) доставка на лекарства в тялото. В този случай антителата се използват като транспорт: с тяхна помощ лекарствата се доставят директно до засегнатите органи. Така лечението става по-ефективно и има по-малко негативни последици за организма, отколкото например химиотерапията, която засяга не само раковите клетки, но и други клетки. Очаква се професията на молекулярния биолог да става все по-търсена през следващите десетилетия: с увеличаване на средната продължителност на живота на човек ще се увеличи броят на онкологичните заболявания. Ранното откриване на тумори и иновативните методи за лечение с помощта на вещества, получени от молекулярни биолози, ще спасят животи и ще подобрят качеството му огромен бройот хора.

Основно професионално образование

Процентите отразяват разпределението на специалистите с определено ниво на образование на пазара на труда. В зелено са отбелязани ключовите специалности за овладяване на професията.

Способности и умения

Умение за работа с реактиви, проби, трябва да може да работи с малки предмети
Способност за работа с големи обеми информация
Умение за работа с ръце

Интереси и предпочитания

Желание да научите нещо ново
Възможност за работа в режим на многозадачност (необходимо е да се следи хода на няколко реакции и процеси едновременно)
точност
Отговорност (не можете да оставите работата "за утре", тъй като пробите могат да бъдат повредени)
скрупулност
трудолюбие
Внимателност (необходимо е да се наблюдават микропроцесите)

Професия в лица

Мария Шитова

Дария Самойлова

Алексей Грачев

Молекулярната биология в областта на онкологията е перспективна професионална област, тъй като борбата с рака е една от приоритетните задачи на световната медицина.

Молекулярните биолози са търсени в много области поради активното развитие на науката, биотехнологичните и иновативни предприятия. Към днешна дата има малък недостиг на специалисти, особено на такива с опит по специалността. Досега доста голям брой висшисти продължават да заминават да работят в чужбина. Започват да се появяват възможности ефективна работав областта на биотехнологиите в Русия, но е твърде рано да се говори за масов характер.

Работата на молекулярния биолог включва активното участие на специалист в научна дейност, което се превръща в механизъм за кариерно израстване. Развитие в професията е възможно чрез участие в научни проекти и конференции, може би чрез развитие на сродни области на знанието. Също така в бъдеще е възможно академично развитие от младши изследовател през старши изследовател до водещ изследовател, професор и / или ръководител на отдел / лаборатория.

Молекулярна биология,наука, която си поставя за задача познаването на природата на жизнените явления чрез изучаване на биологични обекти и системи на ниво, приближаващо се до молекулярното ниво, а в някои случаи достигащо тази граница. Крайната цел в случая е да се изясни как и до каква степен характерните прояви на живота, като наследственост, размножаване на себеподобните, биосинтеза на протеини, възбудимост, растеж и развитие, съхранение и предаване на информация, енергийни трансформации, мобилност, т.е. и др., се дължат на структурата, свойствата и взаимодействието на молекулите на биологично важни вещества, преди всичко на двата основни класа високомолекулни биополимери - протеини и нуклеинови киселини. Отличителна черта на M. b. - изследване на явленията на живота върху неодушевени обекти или такива, които се характеризират с най-примитивните прояви на живота. Това са биологични образувания от клетъчно ниво и по-долу: субклетъчни органели, като изолирани клетъчни ядра, митохондрии, рибозоми, хромозоми, клетъчни мембрани; по-нататък - системи, стоящи на границата на живата и неживата природа - вируси, включително бактериофаги, и завършващи с молекулите на най-важните компоненти на живата материя - нуклеинови киселини и протеини.

Основата, върху която се развива М., е поставена от такива науки като генетика, биохимия, физиология на елементарните процеси и др. е неразривно свързана с молекулярната генетика, която продължава да бъде важна част от

Отличителна черта на M. b. е нейната триизмерност. Същността на M. b. М. Перуц го вижда в тълкуването на биологичните функции от гледна точка на молекулярната структура. М. б. има за цел да получи отговори на въпроса "как", познавайки същността на ролята и участието на цялата структура на молекулата, както и на въпросите "защо" и "защо", като установи, от една страна, връзката между свойствата на молекулата (отново преди всичко протеини и нуклеинови киселини) и изпълняваните от нея функции и, от друга страна, ролята на такива отделни функции в общия комплекс от прояви на жизнената дейност.

Най-важните постижения на молекулярната биология.Ето далеч не пълен списък на тези постижения: разкриване на структурата и механизма на биологичната функция на ДНК, всички видове РНК и рибозоми, разкриване на генетичния код; откриване на обратна транскрипция, т.е. синтез на ДНК върху матрица на РНК; изследване на механизмите на функциониране на дихателните пигменти; откриване на триизмерната структура и нейната функционална роля в действието на ензимите, принципа на матричния синтез и механизмите на протеиновата биосинтеза; разкриване на структурата на вирусите и механизмите на тяхната репликация, първичната и отчасти пространствената структура на антителата; изолиране на отделни гени, химически и след това биологичен (ензимен) генен синтез, включително човешки, извън клетката (in vitro); трансфер на гени от един организъм в друг, включително в човешки клетки; бързо напредващото дешифриране на химическата структура на нарастващ брой отделни протеини, главно ензими, както и нуклеинови киселини; откриване на феномена на "самосглобяването" на някои биологични обекти с все по-голяма сложност, като се започне от молекулите на нуклеиновата киселина и се стигне до многокомпонентни ензими, вируси, рибозоми и др.; изясняване на алостеричните и други основни принципи на регулация на биологичните функции и процеси.

Най-важните направления на MB:

- Молекулярна генетика - изследване на структурната и функционална организация на генетичния апарат на клетката и механизма за осъществяване на наследствената информация

– Молекулярна вирусология – изследване на молекулярните механизми на взаимодействие на вирусите с клетките

– Молекулярна имунология – изследване на моделите на имунните реакции на организма

– Молекулярна биология на развитието – изследване на появата на клетъчно разнообразие в хода на индивидуалното развитие на организмите и специализацията на клетките

Основни обекти на изследване: Вируси (включително бактериофаги), Клетки и субклетъчни структури, Макромолекули, Многоклетъчни организми.

31.2

За приятели!

справка

Молекулярната биология израства от биохимията през април 1953 г. Появата му се свързва с имената на Джеймс Уотсън и Франсис Крик, открили структурата на ДНК молекулата. Откритието стана възможно чрез изследване на генетиката, бактериите и биохимията на вирусите. Професията на молекулярния биолог не е широко разпространена, но днес нейната роля в модерно обществомного голям. Голям брой заболявания, включително тези, които се проявяват на генетично ниво, изискват от учените да намерят решения на този проблем.

Описание на дейността

Вирусите и бактериите постоянно мутират, което означава, че лекарствата вече не помагат на човек и болестите стават нелечими. Задачата на молекулярната биология е да изпревари този процес и да разработи нов лек за болестите. Учените работят по добре установена схема: блокиране на причината за заболяването, премахване на механизмите на наследствеността и по този начин облекчаване на състоянието на пациента. Има редица центрове, клиники и болници по света, където молекулярни биолози разработват нови лечения, за да помогнат на пациентите.

Служебни задължения

Отговорностите на молекулярния биолог включват изследване на процесите вътре в клетката (например промени в ДНК по време на развитието на тумори). Също така експертите изучават характеристиките на ДНК, тяхното въздействие върху целия организъм и отделна клетка. Такива изследвания се провеждат, например, въз основа на PCR (полимеразна верижна реакция), която ви позволява да анализирате тялото за инфекции, наследствени заболявания и да определите биологичната връзка.

Характеристики на кариерното израстване

Професията на молекулярния биолог е доста обещаваща в своята област и вече днес претендира да бъде първа в класацията на медицинските професии на бъдещето. Между другото, молекулярен биологНе е нужно да стоите в тази зона през цялото време. Ако има желание за промяна на професията, той може да се преквалифицира като мениджър продажби на лабораторно оборудване, да започне да разработва инструменти за различни изследвания или да отвори собствен бизнес.