분자생물학 및 생물화학 연구. 분자생물학자. 직업에 대한 설명. 생물학은 어떻습니까?

분자생물학자 위험한 질병으로부터 인류를 구하는 것이 사명인 의학 분야의 연구원입니다. 예를 들어, 그러한 질병 중에서 오늘날 세계의 주요 사망 원인 중 하나가 된 종양학은 심혈관 질환의 지도자보다 약간 열등합니다. 종양학의 조기 진단, 암의 예방 및 치료의 새로운 방법은 현대 의학의 우선 과제입니다. 종양학 분야의 분자생물학자는 신체의 조기 진단 또는 표적 약물 전달을 위한 항체 및 재조합(유전자 조작) 단백질을 개발합니다. 이 분야의 전문가들은 연구 및 임상 활동에 더 많이 사용하기 위해 과학 기술의 최신 성과를 사용하여 새로운 유기체와 유기 물질을 만듭니다. 분자생물학자들이 사용하는 방법 중에는 복제, 형질감염, 감염, 중합효소 연쇄 반응, 유전자 염기서열 분석 등이 있습니다. 러시아의 분자생물학자에 관심이 있는 회사 중 하나는 PrimeBioMed LLC입니다. 조직은 암 진단을 위한 항체 시약 생산에 종사하고 있습니다. 이러한 항체는 주로 종양의 유형, 기원 및 악성 종양, 즉 전이 능력(신체의 다른 부분으로 퍼짐)을 결정하는 데 사용됩니다. 항체는 검사된 조직의 얇은 부분에 적용되며, 그 후 항체는 세포에서 특정 단백질에 결합합니다. 이는 종양 세포에는 존재하지만 건강한 세포에는 존재하지 않는 표지자입니다. 연구 결과에 따라 추가 치료가 처방됩니다. PrimeBioMed의 고객은 의료뿐만 아니라 과학 기관도 포함합니다. 항체도 연구 문제를 해결하는 데 사용할 수 있기 때문입니다. 이러한 경우 연구된 단백질에 결합할 수 있는 고유한 항체가 특정 작업을 위해 특별 주문에 의해 생산될 수 있습니다. 회사 연구의 또 다른 유망한 방향은 신체에 약물을 표적(표적)으로 전달하는 것입니다. 이 경우 항체는 수송 수단으로 사용됩니다. 도움을 받아 약물이 영향을받는 기관에 직접 전달됩니다. 따라서 치료는 예를 들어 암세포뿐만 아니라 다른 세포에도 영향을 미치는 화학 요법보다 더 효과적이며 신체에 대한 부정적인 결과가 적습니다. 분자 생물학자의 직업은 앞으로 수십 년 동안 점점 더 수요가 증가할 것으로 예상됩니다. 사람의 평균 수명이 증가함에 따라 종양 질환의 수도 증가할 것입니다. 분자생물학자들이 얻은 물질을 이용한 종양의 조기 발견과 혁신적인 치료 방법은 생명을 구하고 그 질을 향상시킬 것입니다. 엄청난 숫자사람들의.

기초직업교육

백분율은 노동 시장에서 특정 수준의 교육을 받은 전문가의 분포를 반영합니다. 전문 분야를 마스터하기 위한 주요 전문화는 녹색으로 표시됩니다.

능력 및 기술

  • 시약, 샘플을 다룰 수 있는 능력, 작은 물체를 다룰 수 있어야 함
  • 많은 양의 정보로 작업할 수 있는 능력
  • 손으로 작업하는 능력

관심사 및 선호도

  • 새로운 것을 배우려는 열망
  • 멀티태스킹 모드에서 작업할 수 있는 기능(여러 반응 및 프로세스의 진행 상황을 동시에 모니터링해야 함)
  • 정확성
  • 책임 (샘플이 손상 될 수 있으므로 "내일"작업을 떠날 수 없습니다)
  • 꼼꼼함
  • 근면
  • 마음챙김(마이크로 프로세스를 모니터링해야 함)

얼굴의 직업

마리아 시토바

다리아 사모일로바

알렉세이 그라체프

분자 생물학암과의 싸움이 세계 의학의 최우선 과제 중 하나이기 때문에 종양학 분야에서 유망한 전문 분야입니다.

분자 생물학자는 과학, 생명 공학 및 혁신적인 기업의 활발한 개발로 인해 많은 영역에서 수요가 있습니다. 현재까지 전문가, 특히 해당 분야에 약간의 경험이 있는 전문가가 약간 부족합니다. 지금까지 꽤 많은 수의 졸업생들이 해외 취업을 계속하고 있습니다. 기회가 생기기 시작함 효과적인 작업러시아의 생명 공학 분야에 있지만 대중성을 이야기하기에는 너무 이르다.

분자 생물학자의 작업에는 과학 활동에 전문가의 적극적인 참여가 포함되며 이는 경력 발전의 메커니즘이 됩니다. 전문 분야의 발전은 과학 프로젝트 및 회의에 참여함으로써 가능하며 아마도 관련 지식 분야의 발전을 통해 가능합니다. 또한 향후에는 후배 연구원에서 선임 연구원을 거쳐 선도 연구원, 교수 및/또는 학과장/연구소장으로 학문적 발전이 가능합니다.

31.2

친구를 위해!

참조

분자생물학은 1953년 4월 생화학에서 출발했습니다. 그 모양은 DNA 분자의 구조를 발견한 제임스 왓슨(James Watson)과 프랜시스 크릭(Francis Crick)의 이름과 관련이 있습니다. 유전, 박테리아, 바이러스의 생화학 연구를 통해 이 발견이 가능해졌습니다. 분자생물학자의 직업은 널리 퍼져 있지 않지만 오늘날에는 다음 분야에서 그 역할이 현대 사회매우 큰. 유전적 수준에서 나타나는 질병을 포함하여 많은 질병은 과학자들이 이 문제에 대한 해결책을 찾아야 합니다.

활동 설명

바이러스와 박테리아는 끊임없이 돌연변이를 일으키고 있습니다. 이는 의약품이 더 이상 사람을 돕고 질병을 치료할 수 없다는 것을 의미합니다. 분자생물학의 임무는 이 과정을 앞서서 질병에 대한 새로운 치료법을 개발하는 것입니다. 과학자들은 잘 정립된 계획에 따라 일합니다. 즉, 질병의 원인을 차단하고 유전 메커니즘을 제거하여 환자의 상태를 완화합니다. 분자생물학자들이 환자들을 돕기 위한 새로운 치료법을 개발하고 있는 전 세계적으로 많은 센터, 진료소 및 병원이 있습니다.

직무 책임

분자생물학자의 책임에는 세포 내부의 과정 연구(예: 종양 발달 중 DNA의 변화)가 포함됩니다. 또한 전문가들은 DNA의 특징, 전체 유기체 및 단일 세포에 미치는 영향을 연구합니다. 이러한 연구는 예를 들어 감염, 유전 질환에 대해 신체를 분석하고 생물학적 관계를 결정할 수 있는 PCR(중합 효소 연쇄 반응)을 기반으로 수행됩니다.

경력 성장의 특징

분자 생물학자의 직업은 해당 분야에서 매우 유망하며 이미 오늘날 미래의 의료 직업 순위에서 첫 번째라고 주장합니다. 그건 그렇고, 분자 생물학자가 항상 이 분야에 머물 필요는 없습니다. 직업을 바꾸고 싶은 마음이 있으면 실험실 장비 판매 관리자로 재교육을 받거나 다양한 연구를 위한 기기 개발을 시작하거나 자신의 사업을 시작할 수 있습니다.

핵산 및 단백질 생합성 연구의 발전으로 의학, 농업 및 기타 여러 산업에서 매우 실용적으로 중요한 여러 방법이 만들어졌습니다.

유전자 코드와 유전 정보를 저장하고 구현하는 기본 원리가 연구된 후, 유전자를 조작하고, 분리하고, 변경할 수 있는 방법이 없었기 때문에 분자 생물학의 발전은 정지되었습니다. 이러한 방법의 출현은 1970-1980년대에 발생했습니다. 이것은 오늘날에도 여전히 번창하고 있는 이 과학 분야의 발전에 강력한 자극을 주었습니다. 우선, 이러한 방법은 개별 유전자를 획득하고 다른 유기체의 세포로 도입(분자 복제 및 형질전환, PCR) 및 유전자의 뉴클레오티드 서열을 결정하는 방법(DNA 및 RNA 시퀀싱)에 관한 것입니다. 이러한 방법은 아래에서 더 자세히 설명합니다. 가장 간단한 기본 방법인 전기영동부터 시작하여 더 복잡한 방법으로 넘어갈 것입니다.

DNA 전기영동

원하는 분자를 분리하고 결과를 분석하기 위해 거의 모든 다른 방법과 함께 사용되는 DNA 작업의 기본 방법입니다. 겔 전기영동은 DNA 단편을 길이로 분리하는 데 사용됩니다. DNA는 산이고, 그 분자는 인산 잔기를 포함하고 있으며, 이는 양성자를 분리하고 음전하를 얻습니다(그림 1).

따라서 전기장에서 DNA 분자는 양극(양전하를 띤 전극)으로 이동합니다. 이것은 전하 캐리어 이온을 포함하는 전해질 용액에서 발생하며, 이로 인해 이 용액이 전류를 전도합니다. 단편을 분리하기 위해 폴리머(아가로스 또는 폴리아크릴아미드)로 만들어진 조밀한 젤이 사용됩니다. DNA 분자는 더 많이 "얽혀"있기 때문에 더 길기 때문에 가장 긴 분자는 가장 느리고 가장 짧고 가장 빠르게 움직입니다 (그림 2). 전기영동 전후에 겔은 DNA에 결합하는 염료로 처리되고 자외선에서 형광을 띠며 겔의 띠 패턴이 얻어진다(그림 3 참조). 샘플에서 DNA 단편의 길이를 결정하기 위해 마커, 즉 동일한 겔에 병렬로 침착된 표준 길이의 단편 세트와 비교됩니다(그림 4).

DNA 작업을 위한 가장 중요한 도구는 살아있는 세포에서 DNA 변형을 수행하는 효소입니다: DNA 중합효소, DNA 리가아제, 제한 엔도뉴클레아제 또는 제한 효소. DNA 중합효소 DNA 주형 합성이 수행되어 DNA가 시험관에서 전파될 수 있습니다. DNA 리가제 DNA 분자를 함께 꿰매거나 그 틈을 치유합니다. 제한 엔도뉴클레아제, 또는 제한, 엄격하게 정의된 서열에 따라 DNA 분자를 절단하여 전체 DNA 질량에서 개별 단편을 절단할 수 있습니다. 이러한 단편은 경우에 따라 개별 유전자를 포함할 수 있습니다.

제한

제한효소에 의해 인식되는 서열은 대칭적이며, 이러한 서열의 중간 또는 이동(DNA의 두 가닥의 동일한 위치)에 의해 끊어짐이 발생할 수 있습니다. 행동 계획 다른 유형제한효소는 그림 1에 나와 있습니다. 1. 첫 번째 경우에는 소위 "무딘" 끝이 얻어지고 두 번째 경우에는 "끈적끈적한" 끝이 나옵니다. 바닥의 ​​"끈적끈적한" 끝단의 경우 사슬이 다른 쪽보다 짧고 단일 가닥 섹션이 형성되며 양쪽 끝에서 동일한 대칭 시퀀스가 ​​형성됩니다.

DNA가 주어진 제한 효소로 절단될 때 말단 서열은 동일할 것이고 상보적 서열을 갖고 있기 때문에 재결합될 수 있다. 그들은 단일 분자를 형성하기 위해 DNA 리가아제와 연결될 수 있습니다. 따라서 두 개의 서로 다른 DNA 조각을 결합하여 소위 재조합 DNA. 이 접근법은 개별 유전자를 획득하고 유전자에 암호화된 단백질을 형성할 수 있는 세포에 도입하는 것을 가능하게 하는 분자 복제 방법에 사용됩니다.

분자 복제

분자 복제는 두 개의 DNA 분자를 사용합니다. 벡터- DNA가 운반체 역할을 합니다. 삽입물은 효소의 도움을 받아 벡터에 "봉합"되어 새로운 재조합 DNA 분자를 얻은 다음 이 분자를 숙주 세포에 도입하고 이 세포는 영양 배지에서 집락을 형성합니다. 콜로니는 한 세포의 자손, 즉 클론이며, 콜로니의 모든 세포는 유전적으로 동일하고 동일한 재조합 DNA를 포함합니다. 따라서 "분자 복제"라는 용어, 즉 관심 있는 DNA 단편을 포함하는 세포 클론을 얻는 것입니다. 관심있는 삽입물을 포함하는 집락을 얻은 후 다양한 방법으로 이 삽입물을 특성화하는 것이 가능합니다. 예를 들어 정확한 서열을 결정하는 것입니다. 세포는 기능적 유전자를 포함하는 경우 삽입물에 의해 암호화된 단백질을 생산할 수도 있습니다.

재조합 분자가 세포에 도입되면 이들 세포의 유전적 변형이 일어난다. 변환- 유기체의 세포가 환경으로부터 자유 DNA 분자를 흡수하고 게놈으로 통합하는 과정은 유기체의 DNA 기증자의 특징인 새로운 유전 형질의 세포에 출현하게 합니다. . 예를 들어, 삽입된 분자에 항생제 암피실린에 대한 내성 유전자가 포함되어 있으면 형질전환된 박테리아가 그 존재하에서 성장할 것입니다. 형질 전환 전에 암피실린은 그들의 죽음을 일으켰습니다. 즉, 형질 전환 된 세포에 새로운 징후가 나타납니다.

벡터

벡터에는 다음과 같은 여러 속성이 있어야 합니다.

    첫째, 조작이 용이한 비교적 작은 DNA 분자이다.

    둘째, DNA가 세포에서 보존되고 복제되기 위해서는 복제를 보장하는 특정 서열(복제원점 또는 복제원점)이 포함되어야 합니다.

    셋째, 다음을 포함해야 합니다. 마커 유전자, 벡터가 입력된 셀만 선택하도록 합니다. 일반적으로 이들은 항생제 내성 유전자입니다. 그러면 항생제가 있는 경우 벡터를 포함하지 않는 모든 세포가 죽습니다.

유전자 복제는 배양하기 쉽고 빠르게 증식하기 때문에 세균 세포에서 가장 자주 수행됩니다. 박테리아 세포에는 일반적으로 박테리아에 필요한 모든 유전자인 박테리아 염색체를 포함하는 수백만 염기쌍 길이의 큰 원형 DNA 분자가 있습니다. 그 외에도 일부 박테리아에는 작은(수천 염기쌍) 원형 DNA가 있습니다. 플라스미드(그림 2). 그것들은 주 DNA와 마찬가지로 복제(ori)할 수 있는 DNA의 능력을 제공하는 뉴클레오티드 서열을 포함합니다. 플라스미드는 주요(염색체) DNA와 독립적으로 복제하므로 세포에 많은 사본으로 존재합니다. 이들 플라스미드의 대부분은 항생제 내성 유전자를 갖고 있어 플라스미드를 운반하는 세포를 정상 세포와 구별할 수 있습니다. 더 일반적으로, 테트라사이클린 및 아미실린과 같은 두 가지 항생제에 대한 내성을 부여하는 두 개의 유전자를 보유하는 플라스미드가 사용됩니다. 존재하다 간단한 방법박테리아의 주요 염색체의 DNA가없는 그러한 플라스미드 DNA의 분리.

전이의 중요성

한 유기체에서 다른 유기체로 유전자를 전달하는 것을 형질전환, 그리고 그러한 변형된 유기체 - 트랜스제닉. 미생물 세포로의 유전자 전달 방법은 의학용 재조합 단백질 제제, 특히 면역 거부 반응을 일으키지 않는 인간 단백질(인터페론, 인슐린 및 기타 단백질 호르몬, 세포 성장 인자 및 생산용 단백질)을 얻는 데 사용됩니다. 백신. 더 많은 어려운 경우진핵 세포에서만 단백질이 올바르게 변형되면 형질 전환 세포 배양 또는 형질 전환 동물, 특히 필요한 단백질을 우유로 분비하거나 혈액에서 단백질을 분리하는 가축 (주로 염소)이 사용됩니다. 이것이 항체, 혈액 응고 인자 및 기타 단백질을 얻는 방법입니다. 형질전환 방법에 의해 제초제 및 해충에 저항성이 있고 다른 특성을 갖는 재배 식물이 얻어진다. 유용한 속성. 트랜스제닉 미생물을 사용하여 폐수를 정화하고 오염과 싸우면 기름을 분해할 수 있는 트랜스제닉 미생물도 있습니다. 또한 유전자 변형 기술은 과학적 연구- 오늘날 생물학의 발전은 수정 및 유전자 전달 방법의 일상적인 사용 없이는 생각할 수 없습니다.

분자 복제 기술

인서트

모든 유기체에서 개별 유전자를 얻기 위해 모든 염색체 DNA가 분리되고 하나 또는 두 개의 제한 효소로 절단됩니다. 효소는 우리가 관심 있는 유전자를 자르지 않고 가장자리를 따라 파손되도록 선택되며, 플라스미드 DNA에서는 예를 들어 암피실린에 대한 내성 유전자 중 하나가 파손됩니다.

분자 복제 과정에는 다음 단계가 포함됩니다.

    자르고 꿰매기 - 삽입물과 벡터에서 단일 재조합 분자를 구성합니다.

    형질전환은 재조합 분자를 세포에 도입하는 것입니다.

    선택 - 삽입이 있는 벡터를 받은 셀 선택.

자르기와 꿰매기

플라스미드 DNA는 동일한 제한효소로 처리되며, 이러한 제한효소를 선택하면 플라스미드에 1개의 break를 도입하는 선형 분자로 변합니다. 결과적으로 생성된 모든 DNA 단편의 끝에 동일한 끈적한 끝이 나타납니다. 온도가 낮아지면 이 끝이 무작위로 연결되고 DNA 리가아제로 연결됩니다(그림 3 참조).

다른 조성의 원형 DNA의 혼합물이 얻어진다: 그들 중 일부는 박테리아 DNA에 연결된 염색체 DNA의 특정 DNA 서열을 포함할 것이고, 다른 것들은 함께 연결된 염색체 DNA의 단편을 포함할 것이고, 또 다른 것들은 환원된 원형 플라스미드 또는 그 이량체를 포함할 것이다. (그림 4).

변환

다음으로 이 혼합물이 수행됩니다. 유전자 변형플라스미드를 포함하지 않는 박테리아. 변환- 유기체의 세포가 환경으로부터 자유 DNA 분자를 흡수하고 게놈으로 통합하는 과정은 유기체의 DNA 기증자의 특징인 새로운 유전 형질의 세포에 출현하게 합니다. . 하나의 플라스미드만 각 세포에 들어가 증식할 수 있습니다. 이러한 세포는 항생제 테트라사이클린이 함유된 고체 영양 배지에 둡니다. 플라스미드를 얻지 못한 세포는 이 배지에서 자라지 않을 것이며, 플라스미드를 운반하는 세포는 콜로니를 형성합니다. 콜로니의 모든 세포는 동일한 플라스미드를 가지고 있습니다(그림 5 참조).

선택

다음으로 인서트가 있는 벡터가 들어간 세포만 분리하여, 인서트가 없는 벡터만 가지고 있는 세포와 벡터를 가지고 있지 않은 세포와 구별하는 작업이다. 올바른 세포를 선택하는 이 과정을 선택. 이를 위해 신청 선택 마커- 일반적으로 벡터의 항생제 내성 유전자, 및 선택적 매체항생제 또는 기타 선택적 물질을 포함합니다.

우리가 고려하고 있는 예에서, 암피실린의 존재하에 성장한 콜로니의 세포는 두 가지 배지에서 계대배양됩니다. 첫 번째는 암피실린을 포함하고 두 번째는 테트라사이클린을 포함합니다. 플라스미드만 포함하는 콜로니는 두 배지 모두에서 성장하는 반면, 플라스미드에 삽입된 염색체 DNA를 포함하는 콜로니는 테트라사이클린이 포함된 배지에서 성장하지 않습니다(그림 5). 그 중 우리가 관심을 갖고 있는 유전자를 포함하고 있는 유전자를 특별한 방법으로 선별하여 충분한 양으로 성장시킨 후 플라스미드 DNA를 분리합니다. 이로부터 재조합 DNA를 얻는 데 사용된 것과 동일한 제한효소를 사용하여 관심 있는 개별 유전자를 잘라냅니다. 이 유전자의 DNA는 뉴클레오타이드의 서열을 결정하고, 새로운 특성을 얻기 위해 유기체에 도입하거나 원하는 단백질을 합성하는 데 사용할 수 있습니다. 이 유전자 분리 방법을 분자 복제.

형광 단백질

진핵 생물 연구에서 형광 단백질을 마커 유전자로 사용하는 것은 매우 편리합니다. 첫 번째 형광 단백질의 유전자, 녹색 형광 단백질(GFP)해파리 Aqeuorea victoria에서 분리되어 다양한 모델 유기체에 도입되었습니다(그림 6 참조). 2008년 O. Shimomura, M. Chalfi 및 R. Tsien은 이 단백질의 발견 및 적용으로 노벨상을 받았습니다.

그런 다음 빨간색, 파란색, 노란색과 같은 다른 형광 단백질의 유전자를 분리했습니다. 이 유전자는 원하는 특성을 가진 단백질을 생산하도록 인위적으로 변형되었습니다. 형광 단백질의 다양성은 그림 1에 나와 있습니다. 도 7은 다양한 형광 단백질에 대한 유전자를 포함하는 박테리아가 있는 페트리 접시를 보여줍니다.

형광 단백질의 응용

형광 단백질 유전자는 다른 단백질의 유전자와 융합될 수 있으며, 번역 중에 단일 단백질이 형성됩니다 - 번역 융합 단백질, 또는 퓨전(융합 단백질), 형광. 따라서 예를 들어 세포에서 관심있는 모든 단백질의 위치 (위치), 움직임을 연구하는 것이 가능합니다. 특정 유형의 세포에서만 형광 단백질의 발현을 사용하여 다세포 유기체에서 이러한 유형의 세포를 표시하는 것이 가능합니다(그림 8 참조 - 특정 형광 단백질 조합으로 인해 개별 뉴런이 다른 색상을 갖는 마우스 뇌) 유전자). 형광 단백질은 현대 분자 생물학에서 없어서는 안될 도구입니다.

PCR

유전자를 얻는 또 다른 방법은 중합효소연쇄반응(PCR). 이는 DNA 복제 동안 세포에서 발생하는 것처럼 상보적 가닥을 따라 DNA의 두 번째 가닥을 완성하는 DNA 중합효소의 능력에 기반합니다.

이 방법에서 복제의 기원은 두 개의 작은 DNA 조각에 의해 제공됩니다. 씨앗,또는 프라이머. 이 프라이머는 DNA의 두 가닥에서 관심 유전자의 말단에 상보적입니다. 먼저, 유전자를 분리하고자 하는 염색체 DNA를 종자와 혼합하고 99℃로 가열한다. 이는 수소결합이 끊어지고 DNA 가닥이 갈라지게 된다. 그 후, 온도를 약 섭씨 50-70도로 낮춥니다(종자의 길이와 순서에 따라 다름). 이러한 조건에서 프라이머는 염색체 DNA의 상보적인 영역에 부착되어 규칙적인 이중 나선을 형성합니다(그림 9 참조). 그 후, DNA 합성 및 DNA 중합효소에 필요한 4개의 뉴클레오티드 모두의 혼합물이 추가됩니다. 효소는 프라이머의 부착 지점에서 이중 가닥 DNA를 구축하여 프라이머를 연장합니다. 유전자의 끝에서 단일 가닥 염색체 분자의 끝까지.

혼합물이 이제 다시 가열되면 염색체 및 새로 합성된 사슬이 분산됩니다. 냉각 후 씨앗이 다시 합류하여 과도하게 섭취됩니다 (그림 10 참조).

새로 합성된 사슬에서는 DNA 사슬이 역평행하기 때문에 첫 번째 합성이 시작된 끝이 아니라 반대쪽 끝으로 연결됩니다. 따라서 합성의 두 번째 주기에서는 이러한 사슬에서 유전자에 해당하는 서열만 완성됩니다(그림 11 참조).

에 이 방법끓는 것을 견딜 수 있고 70-80 ° C의 온도에서 작동하는 호열성 박테리아의 DNA 중합 효소가 사용되며 매번 추가 할 필요는 없지만 실험 초기에 추가하면 충분합니다. 동일한 순서로 가열 및 냉각 절차를 반복하면 도입된 종자에 의해 양쪽 끝이 경계가 지정된 각 주기의 순서 수를 두 배로 늘릴 수 있습니다(그림 12 참조).

이러한 주기가 약 25회 지나면 유전자 사본의 수가 백만 배 이상 증가합니다. 이러한 양은 시험관에 도입된 염색체 DNA에서 쉽게 분리되어 다양한 용도로 사용될 수 있습니다.

DNA 시퀀싱

또 다른 중요한 성과는 DNA의 뉴클레오티드 서열을 결정하는 방법의 개발입니다. DNA 시퀀싱(영어 시퀀스에서 - 시퀀스). 이렇게 하려면 설명된 방법 중 하나를 사용하여 다른 DNA에서 순수한 유전자를 얻을 필요가 있습니다. 그런 다음 가열하여 DNA 사슬을 분리하고 방사성 인으로 표지된 프라이머 또는 형광 표지를 추가합니다. 하나의 사슬에 보완적인 하나의 종자가 취해집니다. 그런 다음 DNA 중합효소와 4개의 뉴클레오티드 혼합물이 추가됩니다. 이러한 혼합물은 4부분으로 나뉘고 각각에 뉴클레오티드 중 하나가 추가되어 데옥시리보스의 세 번째 원자에 수산기를 포함하지 않도록 변형됩니다. 이러한 뉴클레오티드가 합성된 DNA 사슬에 포함되어 있으면 연장이 계속될 수 없습니다. 중합효소는 다음 뉴클레오티드를 붙일 곳이 없습니다. 따라서 이러한 뉴클레오티드를 포함시킨 후 DNA 합성이 중단됩니다. 디데옥시뉴클레오타이드라고 하는 이러한 뉴클레오타이드는 평소보다 훨씬 적게 추가되므로 사슬 종결은 때때로 다른 위치의 각 사슬에서 발생합니다. 그 결과 각각 끝에 동일한 뉴클레오티드가 있는 서로 다른 길이의 사슬이 혼합되어 있습니다. 따라서 사슬 길이는 연구된 서열의 뉴클레오티드 번호에 해당합니다. 예를 들어, 아데닐 디데옥시뉴클레오티드가 있고 결과 사슬의 길이가 2, 7 및 12개 뉴클레오티드인 경우 아데닌은 2, 7 및 12번째 위치에 있습니다. 유전자. 생성된 사슬의 혼합물은 전기영동을 이용하여 크기별로 쉽게 분리할 수 있으며 합성된 사슬은 X선 필름의 방사능에 의해 식별할 수 있다(그림 10 참조).

그것은 radioautograph라고 하는 그림의 맨 아래에 표시된 그림으로 밝혀졌습니다. 그것을 따라 아래에서 위로 이동하고 각 영역의 열 위에 있는 문자를 읽으면 사인 오른쪽 그림과 같은 염기서열을 얻을 수 있습니다. 디데옥시뉴클레오타이드뿐만 아니라 설탕의 세 번째 위치에 형광염료와 같은 일부 화학 그룹이 부착된 뉴클레오타이드에 의해서도 합성이 중단되는 것으로 밝혀졌습니다. 각 뉴클레오티드가 고유한 염료로 표지되면 합성된 사슬을 분리하여 얻은 영역이 다른 빛으로 빛납니다. 이를 통해 하나의 시험관에서 모든 뉴클레오티드에 대해 동시에 반응을 수행할 수 있으며 생성된 사슬을 길이별로 분리하여 색상으로 뉴클레오티드를 식별할 수 있습니다(그림 11 참조).

이러한 방법을 통해 개별 유전자의 서열을 결정할 수 있을 뿐만 아니라 전체 게놈을 읽을 수 있게 되었습니다. 유전자에서 뉴클레오티드 서열을 결정하는 훨씬 더 빠른 방법이 현재 개발되었습니다. 대규모 국제 컨소시엄에서 최초의 인간 게놈이 12년 만에 주어진 첫 번째 방법을 사용하여 첫 번째 인간 게놈을 해독했다면 두 번째 사람은 두 번째 방법을 사용하여 3년 만에 이 작업을 한 달 만에 완료할 수 있습니다. 이를 통해 많은 질병에 대한 사람의 소인을 예측하고 사전에 예방 조치를 취할 수 있습니다.

분자 생물학

분자 수준에 접근하고 경우에 따라 이 한계에 도달하는 수준에서 생물학적 대상 및 시스템을 연구함으로써 생명 현상의 본질에 대한 지식을 과제로 설정하는 과학. 이 경우의 궁극적인 목표는 유전, 자기 종류의 번식, 단백질 생합성, 흥분성, 성장 및 발달, 정보의 저장 및 전달, 에너지 변환, 이동성, 등은 생물학적으로 중요한 물질 분자의 구조, 특성 및 상호 작용으로 인해 주로 두 가지 주요 부류의 고분자량 바이오폴리머(바이오폴리머 참조) - 단백질과 핵산. M. b.의 독특한 특징. - 생명이 없는 물체 또는 생명의 가장 원시적인 표현을 특징으로 하는 물체에 대한 생명 현상에 대한 연구. 이들은 세포 수준 이하의 생물학적 형성입니다. 분리된 세포 핵, 미토콘드리아, 리보솜, 염색체, 세포막과 같은 세포 내 소기관; 더 나아가 - 생물과 무생물의 경계에 서 있는 시스템 - 박테리오파지를 포함한 바이러스, 그리고 생물의 가장 중요한 구성 요소인 핵산(핵산 참조) 및 단백질(단백질 참조) 분자로 끝나는 바이러스.

엠.비. - 생화학(생화학 참조), 생물물리학(생물물리학 참조) 및 생물유기화학(생물유기화학 참조)을 다루는 오랜 연구 분야와 밀접하게 관련된 자연 과학의 새로운 분야. 여기에서 구분은 사용된 방법과 사용된 접근 방식의 근본적인 특성을 고려하는 경우에만 가능합니다.

M.이 발전한 기초는 유전학, 생화학, 기본 과정의 생리학 등과 같은 과학에 의해 마련되었습니다. 발달의 기원에 따르면 M. b. 분자 유전학과 불가분의 관계(Molecular Genetics 참조) , M. 뱅킹의 중요한 부분을 계속 구성하고 있지만, 이미 상당 부분 독립적인 분야로 형성되었습니다. M.의 격리. 생화학에서 다음과 같은 고려 사항에 의해 결정됩니다. 생화학의 작업은 주로 특정 생물학적 기능과 과정에서 특정 화학 물질의 참여를 확인하고 변형의 특성을 설명하는 것으로 제한됩니다. 주요 역할은 반응성에 대한 정보와 화학 구조의 주요 특징에 대한 정보에 속합니다. 화학식. 따라서 본질적으로 주-가 화학 결합에 영향을 미치는 변환에 관심이 집중됩니다. 한편, L. Pauling이 강조한 바와 같이 , 생물학적 시스템 및 생명 활동의 발현에서, 동일한 분자 내에서 작용하는 주-가 결합이 아니라 분자간 상호 작용(정전기, 반 데르 발스, 수소 결합 등)을 결정하는 다양한 유형의 결합이 가장 중요합니다. .

생화학 적 연구의 최종 결과는 일반적으로 평면, 즉 2 차원에서의 표현으로 완전히 소진 된 화학 방정식 시스템의 형태로 나타낼 수 있습니다. M. b.의 독특한 특징. 그 입체감이다. M.의 본질 b. M. Perutz는 분자 구조의 관점에서 생물학적 기능을 해석할 때 그것을 봅니다. 이전에 생물학적 개체를 연구할 때 "무엇", 즉 어떤 물질이 존재하는지에 대한 질문과 "어디에"라는 질문에 대답해야 했다면 M. b. 분자의 전체 구조의 역할과 참여의 본질을 배운 "어떻게"라는 질문에 대한 답을 얻는 것과 "왜"와 "무엇을 위해"라는 질문에 대한 답을 찾는 것이 그의 임무입니다. 한편으로는 분자의 특성(주로 단백질과 핵산)과 분자가 수행하는 기능 사이의 연결, 다른 한편으로는 생명 활동의 복합적 발현에서 이러한 개별 기능의 역할이 있습니다.

거대 분자의 일반적인 구조에서 원자의 상호 배열과 그 그룹화, 그들의 공간적 관계는 결정적인 역할을 합니다. 이것은 개별, 개별 구성 요소 및 분자 전체의 전체 구성에 모두 적용됩니다. 생체 고분자 분자가 생물학적 기능의 물질적 기초 역할을 할 수 있는 특성을 획득하는 것은 엄격하게 결정된 체적 구조의 출현의 결과입니다. 이러한 생활 연구 접근 원칙은 M. b.

역사 참조. 훌륭한 가치 I. P. Pavlov는 분자 수준에서 생물학적 문제에 대한 연구를 예견했습니다. , 그는 생명 과학의 마지막 단계인 살아있는 분자의 생리학에 대해 이야기했습니다. 바로 "M. 비." 영어로 처음 사용되었습니다. 과학자 W. Astbury는 분자 구조와 콜라겐, 혈액 섬유소 또는 수축성 근육 단백질과 같은 원섬유(섬유) 단백질의 물리적 및 생물학적 특성 사이의 관계를 밝히는 것과 관련된 연구에 적용했습니다. "M. 비." 1950년대 초반부터 철강. 20 세기

M.의 등장. 성숙한 과학으로서, 케임브리지(영국)의 J. Watson과 F. Crick이 디옥시리보핵산(DNA)의 3차원 구조를 발견한 1953년을 언급하는 것이 일반적입니다. 이것은 이 구조의 세부 사항이 유전 정보의 물질적 운반체로서 DNA의 생물학적 기능을 결정하는 방법에 대해 말할 수 있게 했습니다. 원칙적으로 DNA의 이러한 역할은 미국 유전학자 O. T. Avery와 동료들의 연구(Molecular Genetics 참조)의 결과로 다소 일찍(1944) 알려졌지만 이 기능이 어느 정도 분자 구조에 의존하는지는 알려지지 않았습니다. DNA. 이것은 W. L. Bragg, J. Bernal 및 다른 사람들의 실험실이 X선 회절 분석의 새로운 원리를 개발한 후에야 가능하게 되었으며, 이는 단백질 거대분자 및 핵산의 공간 구조에 대한 자세한 지식을 위해 이 방법의 사용을 보장했습니다.

분자 조직의 수준. 1957년 J. Kendrew는 Myoglobin a의 3차원 구조를 확립했습니다. , 이후 몇 년 동안 이것은 헤모글로빈 a와 관련하여 M. Perutz에 의해 수행되었습니다. 거대분자의 공간적 조직화 수준에 대한 아이디어가 공식화되었습니다. 1차 구조는 생성된 폴리머 분자의 사슬에 있는 개별 단위(단량체)의 시퀀스입니다. 단백질의 경우 단량체는 아미노산입니다. , 핵산 - 뉴클레오티드. 생체 고분자의 선형 필라멘트 분자는 수소 결합의 발생으로 인해 특정 방식으로 공간에 맞출 수 있는 능력이 있습니다. 예를 들어 L. Pauling이 나타낸 것처럼 단백질의 경우 나선의 형태. 이것을 2차 구조라고 합니다. 3차 구조는 2차 구조를 가진 분자가 어떤 식으로든 더 접혀서 3차원 공간을 채울 때라고 합니다. 마지막으로, 3차원 구조를 가진 분자는 상호 작용할 수 있으며, 서로에 대해 규칙적으로 공간에 위치하며 4차 구조로 지정된 것을 형성합니다. 개별 구성 요소는 일반적으로 하위 단위라고 합니다.

분자 3차원 구조가 분자의 생물학적 기능을 결정하는 가장 확실한 예는 DNA입니다. 그것은 이중 나선의 구조를 가지고 있습니다. 서로 반대 방향(역평행)으로 달리는 두 개의 실이 서로 뒤틀려 서로 상보적인 염기 배열이 있는 이중 나선을 형성합니다. 즉, 한 사슬의 특정 염기에 대해 거기에 아데핀(A)은 티민(T)과, 구아닌(G)은 시토신(C)과 결합하여 항상 수소 결합의 형성을 가장 잘 제공하는 염기입니다. 이러한 구조는 DNA의 가장 중요한 생물학적 기능, 즉 세포 분열 과정에서 유전 정보의 양적 증식을 위한 최적의 조건을 생성하는 동시에 이러한 유전 정보 흐름의 질적 불변성을 유지합니다. 세포가 분열할 때 주형 또는 주형 역할을 하는 DNA 이중 나선의 가닥이 풀리고 각 가닥에서 효소의 작용에 따라 상보적인 새로운 가닥이 합성됩니다. 그 결과, 하나의 부모 DNA 분자에서 완전히 동일한 두 개의 딸 분자가 얻어집니다(세포, 유사분열 참조).

마찬가지로 헤모글로빈의 경우에도 폐에 산소를 가역적으로 부착시켜 조직에 공급하는 생물학적 기능이 헤모글로빈의 3차원 구조의 특징과 그 변화와 밀접한 관련이 있는 것으로 밝혀졌다. 생리적 역할을 구현하는 과정. O 2를 결합하고 해리하면 헤모글로빈 분자의 형태가 공간적으로 변화하여 산소에 대한 그 안에 포함된 철 원자의 친화도가 변화합니다. 체적의 변화와 유사한 헤모글로빈 분자의 크기 변화 가슴호흡 할 때 헤모글로빈을 "분자 폐"라고 부를 수 있습니다.

살아있는 물체의 가장 중요한 특징 중 하나는 중요한 활동의 ​​모든 징후를 미세하게 조절하는 능력입니다. M.의 주요 공헌. 과학적 발견은 알로스테릭 효과라고 하는 이전에 알려지지 않은 새로운 조절 메커니즘의 발견으로 간주되어야 합니다. 그것은 소위 저분자량 물질의 능력에 있습니다. 리간드 - 거대분자의 특정 생물학적 기능을 수정하기 위해, 주로 촉매적으로 작용하는 단백질 - 효소, 헤모글로빈, 생물학적 막의 구성에 관여하는 수용체 단백질(생물학적 막 참조), 시냅스 전달(시냅스 참조) 등

세 가지 생물적 흐름. M.의 아이디어에 비추어 볼 때. 생명 현상의 총체는 세 가지 흐름의 조합의 결과로 간주될 수 있습니다. 생명의 모든 표현의 원동력인 에너지의 흐름; 그리고 정보의 흐름, 각 유기체의 발달과 존재의 모든 다양한 과정뿐만 아니라 연속적인 일련의 연속 세대를 관통합니다. 생체 재료의 발달로 살아있는 세계의 교리에 도입된 정보의 흐름에 대한 아이디어는 고유하고 고유한 각인을 남깁니다.

분자생물학의 가장 중요한 업적. M.의 영향력의 신속함, 범위 및 깊이. 살아있는 자연 연구의 근본적인 문제에 대한 이해의 진보는 예를 들어 원자 물리학의 발전에 대한 양자 이론의 영향과 올바르게 비교됩니다. 본질적으로 관련된 두 가지 조건이 이 혁신적인 영향을 결정했습니다. 한편으로는 화학 및 물리적 실험 유형에 접근하여 가장 간단한 조건에서 중요한 활동의 ​​가장 중요한 징후를 연구할 가능성을 발견함으로써 결정적인 역할을 했습니다. 한편, 이러한 상황의 결과로 상당한 수의 대표자들이 급속하게 포함되었다. 정확한 과학- 물리학자, 화학자, 결정학자, 그리고 수학자 - 생물학적 문제의 발전. 전체적으로 이러한 상황은 M. b.의 비정상적으로 빠른 발전 속도, 즉 20년 만에 달성한 성공의 수와 중요성을 결정했습니다. 다음은 이러한 성과의 완전한 목록과는 거리가 멀다: DNA의 생물학적 기능, 모든 유형의 RNA 및 리보솜의 구조 및 메커니즘 공개(리보솜 참조) , 유전자 코드 공개(유전 코드 참조) ; 역전사 발견(전사 참조) , 즉, RNA 주형에서 DNA 합성; 호흡기 색소의 기능 메커니즘 연구; 3차원 구조의 발견과 효소 작용에서의 기능적 역할(효소 참조) , 기질 합성 원리 및 단백질 생합성 메커니즘; 바이러스의 구조 공개(바이러스 참조) 및 복제 메커니즘, 항체의 1차 및 부분적 공간 구조; 개별 유전자의 분리 , 세포 외부(시험관 내)에서 인간을 포함한 화학적 및 생물학적(효소적) 유전자 합성; 인간 세포를 포함하여 한 유기체에서 다른 유기체로의 유전자 전달; 증가하는 수의 개별 단백질, 주로 효소 및 핵산의 화학 구조에 대한 빠르게 진행 중인 해독; 핵산 분자에서 시작하여 다성분 효소, 바이러스, 리보솜 등으로 이동하면서 점점 더 복잡해지는 일부 생물학적 개체의 "자가 조립" 현상의 발견; 생물학적 기능 및 과정의 조절에 대한 알로스테릭 및 기타 기본 원리의 설명.

환원주의와 통합.엠.비. "환원론"으로 지정된 생물체 연구 방향의 마지막 단계입니다. 즉, 복잡한 생명 기능을 분자 수준에서 발생하는 현상으로 환원하여 물리학 및 화학 방법으로 연구할 수 있도록 하려는 욕망입니다. . M.b.를 달성했습니다. 성공 사례는 이 접근 방식의 효과를 입증합니다. 동시에 세포, 조직, 기관 및 전체 유기체의 자연 조건에서 우리는 점점 더 복잡해지는 시스템을 다루고 있다는 점을 고려해야 합니다. 이러한 시스템은 전체로의 규칙적인 통합, 구조적 및 기능적 조직 획득 및 새로운 속성 소유를 통해 하위 수준 구성 요소에서 형성됩니다. 따라서 분자 및 인접 수준에서 공개할 수 있는 패턴에 대한 지식이 자세히 설명되어 있으므로 M. b. 생명 현상 연구에서 추가 개발 라인으로 통합 메커니즘을 이해하는 작업이 발생합니다. 여기에서 출발점은 수소 결합, 반 데르 발스, 정전기력 등 분자간 상호 작용의 힘에 대한 연구입니다. 이들의 조합 및 공간 배열에 의해 "통합 정보"로 지정될 수 있는 것을 형성합니다. 이미 언급한 정보 흐름의 주요 부분 중 하나로 간주되어야 합니다. M.의 영역에서. 통합의 예는 복합 구조물의 자체 조립 현상이 될 수 있습니다. 구성 부품. 여기에는 예를 들어 하위 단위에서 다성분 단백질 형성, 단백질 및 핵산과 같은 구성 부분에서 바이러스 형성, 단백질 및 핵산 구성 요소 분리 후 리보솜의 원래 구조 복원 등이 포함됩니다. 이러한 현상에 대한 연구는 생체 고분자 분자의 주요 현상 "인식"에 대한 지식과 직접적으로 관련되어 있습니다. 요점은 단백질 분자 또는 뉴클레오티드의 아미노산 조합이 엄격하게 특정하고 미리 결정된 구성 및 구조의 복합체 형성과 개별 분자의 결합 과정에서 서로 상호 작용하는지 알아내는 것입니다. 여기에는 하위 단위에서 복잡한 단백질을 형성하는 과정이 포함됩니다. 또한 핵산 분자 사이의 선택적 상호 작용, 예를 들어 수송 및 기질(이 경우 유전 코드의 발견으로 정보가 크게 확장됨); 마지막으로 이것은 단백질과 핵산이 모두 참여하는 많은 유형의 구조(예: 리보솜, 바이러스, 염색체)의 형성입니다. 해당 법률의 공개, 이러한 상호 작용의 기초가 되는 "언어"에 대한 지식은 여전히 ​​발전을 기다리고 있는 수학 언어학의 가장 중요한 영역 중 하나입니다. 이 영역은 전체 생물권에 대한 근본적인 문제의 수에 속하는 것으로 간주됩니다.

분자 생물학의 문제.지정된 중요한 작업과 함께 M.이 할 것입니다. ("인식"의 법칙, 자기 조립 및 통합에 대한 지식) 가까운 미래에 대한 과학적 탐색의 실제 방향은 구조를 해독한 다음 고분자의 3차원, 공간 조직화를 허용하는 방법의 개발입니다. 핵산. 이것은 이제 DNA의 3차원 구조(이중 나선)의 일반적인 계획과 관련하여 달성되었지만 기본 구조에 대한 정확한 지식은 없습니다. 빠른 성공분석 방법의 개발을 통해 향후 몇 년 동안 이러한 목표의 달성을 자신 있게 기대할 수 있습니다. 물론 여기에서 주요 공헌은 주로 물리학 및 화학과 같은 관련 과학의 대표자들로부터 나옵니다. M. b.의 출현과 성공을 보장하는 가장 중요한 모든 방법은 물리학 자에 의해 제안되고 개발되었습니다 (초 원심 분리, X 선 회절 분석, 전자 현미경, 핵 자기 공명 등). 거의 모든 새로운 물리적 실험 접근 방식(예: 컴퓨터, 싱크로트론 또는 bremsstrahlung 복사, 레이저 기술 등)은 다음을 위한 새로운 가능성을 열어줍니다. 심도 있는 연구문제 M. b. 실무적 성격의 가장 중요한 과제 중 M.b.에게 기대되는 답은 우선 문제다. 분자 염기악성 성장 - 유전성 질병을 예방하고 아마도 극복하는 방법 - "분자 질병"(분자 질병 참조). 생물학적 촉매의 분자적 기초, 즉 효소의 작용에 대한 설명이 매우 중요할 것입니다. M. b.의 가장 중요한 현대 방향 중. 호르몬 작용의 분자 메커니즘을 해독하려는 욕구를 포함해야 합니다(호르몬 참조) , 독성 및 의약 물질뿐만 아니라 분자 구조의 세부 사항 및 물질의 침투 및 수송 과정의 조절에 관여하는 생물학적 막과 같은 세포 구조의 기능을 알아냅니다. 더 먼 목표 M. b. - 신경 과정의 특성, 기억 메커니즘(기억 참조) 등에 대한 지식. M. b. - 소위. 미생물 및 하위 (단세포)에서 시작하여 인간으로 끝나는 살아있는 유기체의 유전 장치 (게놈)의 의도적 인 작동을 임무로 설정하는 유전 공학 (후자의 경우 주로 근본적인 치료의 목적을 위해) 유전 질환 (유전 질환 참조) 및 유전 적 결함 교정 ). 인간의 유전적 기초에 대한 보다 광범위한 개입은 다소 먼 미래에 논의될 수 있습니다. 이 경우에는 기술적으로나 근본적으로 심각한 장애물이 발생하기 때문입니다. 미생물, 식물에 관해서는 가능하며 페이지 - x. 동물의 경우 그러한 전망은 매우 고무적입니다(예: 공기 중에서 질소를 고정하는 장치가 있고 비료가 필요하지 않은 다양한 재배 식물을 얻는 것). 그것들은 이미 달성된 성공을 기반으로 합니다: 유전자의 분리 및 합성, 한 유기체에서 다른 유기체로의 유전자 이전, 경제적 또는 의학적으로 중요한 물질의 생산자로서 대량 세포 배양의 사용.

분자 생물학 연구 조직. M.의 급속한 발전. 수많은 전문 연구 센터의 출현으로 이어졌습니다. 그들의 수는 빠르게 증가하고 있습니다. 가장 큰 규모: 영국 - 케임브리지 분자생물학 연구소, 런던 왕립연구소 프랑스 - 파리, 마르세유, 스트라스부르, 파스퇴르 연구소의 분자 생물학 연구소; 미국 - 부서 M. b. 보스턴(Harvard University, Massachusetts Institute of Technology), San Francisco(Berkeley), Los Angeles(California Institute of Technology), New York(Rockefeller University), Bethesda의 의료 기관 등의 대학 및 연구소에서; 독일 - 막스 플랑크 연구소, 괴팅겐 및 뮌헨 대학; 스웨덴의 스톡홀름 카롤린스카 연구소; 동독 - 베를린 중앙 분자 생물학 연구소, 예나 및 할레 연구소; 헝가리 - Szeged의 생물 센터. 소련에서는 최초의 전문 연구소 M.이 될 것입니다. 소련 과학 아카데미 시스템에서 1957 년 모스크바에서 만들어졌습니다 (참조. ); 그런 다음 모스크바에있는 소련 과학 아카데미의 생물 유기 화학 연구소, 푸쉬 키노의 단백질 연구소, 원자력 연구소 (모스크바)의 생물학 부서 및 M. b. 노보시비르스크에 있는 과학 아카데미 시베리아 지부 연구소, 모스크바 주립 대학의 생물 유기 화학 학과간 연구소, 키예프에 있는 우크라이나 SSR 과학 아카데미의 분자 생물학 및 유전학 부문(이후 연구소) ; M에 대한 중요한 작업 b. 레닌그라드의 고분자 화합물 연구소, 소련 과학 아카데미의 여러 부서 및 실험실 및 기타 부서에서 수행됩니다.

개별 연구 센터와 함께 더 넓은 규모의 조직이 생겨났습니다. 서유럽에서는 M.에 대한 유럽기구가 생겼습니다. (EMBO), 10개 이상의 국가가 참여합니다. 1966년 소련에서는 분자 생물학 연구소(Institute of Molecular Biology)에서 M.B.에 대한 과학 위원회가 설립되었으며, 이 위원회는 이 지식 분야의 조정 및 조직 센터입니다. 그는 M. b.의 가장 중요한 부분에 대한 광범위한 모노그래프 시리즈를 출판했으며, M. b.에 대한 "겨울 학교"는 정기적으로 조직되고, M. b.의 주제 문제에 대한 회의 및 심포지엄이 개최됩니다. 미래에 M.에 대한 과학적 조언은. 소련 의학 아카데미와 많은 공화당 과학 아카데미에서 만들어졌습니다. Molecular Biology 저널은 1966년부터 발행되었습니다(연간 6호).

상대적으로 단기소련에서는 M. 분야의 연구원이 크게 분리되었습니다. 이들은 부분적으로 다른 분야에서 관심을 전환한 기성세대의 과학자들이다. 대부분의 경우 그들은 수많은 젊은 연구원입니다. M.의 형성과 개발에 적극적으로 참여한 주요 과학자들 중에서 b. 소련에서는 A. A. Baev, A. N. Belozersky, A. E. Braunshtein, Yu. A. Ovchinnikov, A. S. Spirin, M. M. Shemyakin, V. A. Engelgardt와 같은 이름을 지정할 수 있습니다. M.의 새로운 업적. 분자 유전학은 CPSU 중앙위원회와 소련 각료회의(1974년 5월)의 결의에 의해 촉진될 것입니다. 경제."

문학.: Wagner R., Mitchell G., 유전학 및 대사, trans. 영어, M., 1958; Szent-Gyorgy 및 A., Bioenergetics, trans. 영어, M., 1960; Anfinsen K., 진화의 분자적 기초, trans. 영어, M., 1962에서; Stanley W., Valens E., 바이러스와 생명의 본성, trans. 영어에서 M., 1963; 분자 유전학, 트랜스. 와 함께. 영어, 파트 1, M., 1964; Volkenstein M.V., 분자와 생명. 분자 생물 물리학 소개, M., 1965; Gaurowitz F., Chemistry and functions of protein, trans. 영어, M., 1965에서; Bresler S. E., 분자 생물학 소개, 3판, M. - L., 1973; Ingram V., Biosynthesis of macromolecules, trans. 영어, M., 1966; Engelhardt V. A., 분자 생물학, 책: 소련의 생물학 개발, M., 1967; 분자생물학 입문, 트랜스. 영어, M., 1967에서; Watson, J., Molecular Biology of the Gene, trans. 영어, M., 1967에서; Finean J., Biological ultrastructures, trans. 영어, M., 1970에서; Bendoll, J., 근육, 분자 및 운동, trans. 영어, M., 1970에서; Ichas M., Biological code, trans. 영어, M., 1971에서; 바이러스의 분자 생물학, M., 1971; 단백질 생합성의 분자 염기, M., 1971; Bernhard S., 효소의 구조와 기능, trans. 영어, M., 1971에서; Spirin A. S., Gavrilova L.P., Ribosome, 2nd ed., M., 1971; Frenkel-Konrat H., 바이러스의 화학 및 생물학, trans. 영어, M., 1972에서; Smith C., Hanewalt F., 분자 광생물학. 비활성화 및 복구 과정, 트랜스. 영어, M., 1972에서; Harris G., 인간 생화학적 유전학의 기초, trans. 영어, M., 1973에서.

V. A. 엥겔하르트.


위대한 소비에트 백과사전. - M.: 소련 백과사전. 1969-1978 .

분자 생물학은 생명 활동의 기본 징후(개별 생물학적 거대분자, 이들의 복합체 또는 소기관일 수 있음)가 있는 무생물 구조 또는 시스템에서 생명의 표현을 연구하고, 생물을 특징짓는 핵심 과정이 화학 물질을 통해 실현되는 방법을 연구한다고 말할 수 있습니다. 상호작용과 변형.

생화학에서 독립 과학 분야로 분자 생물학을 분리하는 것은 주요 임무가 다양한 과정에 관여하는 생물학적 거대 분자의 구조와 특성을 연구하고 상호 작용의 메커니즘을 설명하는 것이라는 사실에 의해 결정됩니다. 반면에 생화학은 생명 활동의 실제 과정, 살아있는 유기체에서의 과정 패턴 및 이러한 과정에 수반되는 분자의 변형에 대한 연구를 다룹니다. 궁극적으로 분자생물학은 왜 이런 과정이 일어나는지에 대한 질문에 답하려고 하는 반면, 생화학은 화학의 관점에서 문제의 과정이 어디에서 어떻게 발생하는지에 대한 질문에 답합니다.

이야기

생화학의 별도 영역으로서의 분자 생물학은 1930년대에 형태를 갖추기 시작했습니다. 생명 현상에 대한 더 깊은 이해를 위해 생물체에서 유전 정보를 저장하고 전달하는 과정에 대한 분자 수준의 표적 연구에 대한 필요성이 대두된 것은 바로 그때였습니다. 그런 다음 분자 생물학의 임무는 핵산과 단백질의 구조, 특성 및 상호 작용 연구에서 정의되었습니다. "분자 생물학"이라는 용어는 영국 과학자 William Astbury가 분자 구조와 콜라겐, 혈액 섬유소 또는 근육 수축성 단백질과 같은 원섬유 단백질의 물리적 및 생물학적 특성 간의 관계를 밝히는 것과 관련된 연구 맥락에서 처음 사용했습니다. .

분자생물학 초창기에는 RNA가 식물과 균류의 구성 요소로 간주되었지만 DNA는 동물 세포의 전형적인 구성 요소로 여겨졌습니다. 식물에서 DNA가 발견된다는 것을 최초로 증명한 연구원은 1935년 완두콩 DNA를 분리한 Andrey Nikolaevich Belozersky였습니다. 이 발견은 DNA가 식물과 동물 세포에 존재하는 보편적인 핵산이라는 사실을 입증했습니다.

주요 업적은 George Beadle과 Edward Tatum이 유전자와 단백질 사이의 직접적인 인과 관계를 확립한 것입니다. 그들의 실험에서 그들은 신경포자 세포를 노출시켰습니다( 신경포자크라사) 돌연변이를 일으킨 X선 노출. 얻은 결과는 이것이 특정 효소의 특성을 변화시키는 것으로 나타났습니다.

1940년 Albert Claude는 미토콘드리아보다 작은 동물 세포의 세포질에서 세포질 RNA 함유 과립을 분리했습니다. 그는 그것들을 마이크로솜이라고 불렀습니다. 그 후, 분리된 입자의 구조와 특성에 대한 연구에서 단백질 생합성 과정에서 이들의 기본적인 역할이 확립되었습니다. 1958년 이 입자에 대한 첫 번째 심포지엄에서 이 ​​입자를 리보솜이라고 부르기로 결정했습니다.

분자생물학 발전의 또 다른 중요한 단계는 1944년 Oswald Avery, Colin MacLeod 및 MacLean McCarthy의 실험 데이터가 발표되었는데, 이는 DNA가 박테리아 변형의 원인임을 보여주었습니다. 이것은 유전 정보 전달에서 DNA의 역할에 대한 최초의 실험적 증거였으며, 유전자의 단백질 특성에 대한 초기 아이디어를 폭로했습니다.

1950년대 초 Frederick Sanger는 단백질 사슬이 아미노산 잔기의 독특한 서열임을 보여주었습니다. 1950년대 후반에 Max Perutz와 John Kendrew는 최초의 단백질의 공간 구조를 해독했습니다. 2000년에 이미 수십만 개의 천연 아미노산 서열과 수천 개의 단백질 공간 구조가 알려져 있습니다.

거의 같은 시기에 Erwin Chargaff의 연구를 통해 DNA의 질소 염기 비율을 설명하는 규칙을 공식화할 수 있었습니다(규칙에 따르면 DNA의 종의 차이에 관계없이 구아닌의 양은 시토신의 양과 동일하며 아데닌의 양은 분의 양과 같습니다), 이는 나중에 분자 생물학의 가장 큰 돌파구이자 일반적으로 생물학에서 가장 위대한 발견 중 하나를 만드는 데 도움이 되었습니다.

이 사건은 Rosalind Franklin과 Maurice Wilkins의 작업을 바탕으로 James Watson과 Francis Crick이 1953년에 발생했습니다. X선 회절 분석 DNA는 DNA 분자의 이중 가닥 구조를 확립했습니다. 이 발견은 유전 정보 전달자가 자가 재생산 능력에 대한 근본적인 질문에 답하고 그러한 정보의 전송 메커니즘을 이해하는 것을 가능하게 했습니다. 같은 과학자들은 초분자 구조의 형성 메커니즘을 이해하는 데 핵심적인 질소 염기의 상보성 원리를 공식화했습니다. 현재 모든 분자 복합체를 설명하는 데 사용되는 이 원리를 통해 2차, 3차 등의 형성 가능성을 결정하는 약한(비가) 분자간 상호 작용의 출현 조건을 설명하고 예측할 수 있습니다. 거대 분자의 구조, 매우 다양한 분자 구조 및 기능 세트를 결정하는 초분자 생물학적 시스템의 자가 조립. 그러다 1953년에 과학 잡지분자생물학 저널. 그것은 과학적 관심 분야가 구상 단백질의 구조 연구(Max Perutz와 공동으로 1962년 노벨상)였던 John Kendrew가 이끌었습니다. Molecular Biology라는 유사한 러시아어 저널이 1966년 V. A. Engelhardt에 의해 소련에서 창간되었습니다.

1958년에 Francis Crick은 소위 공식화했습니다. 분자 생물학의 중심 교리 : DNA → DNA (복제, DNA 사본 생성), DNA → RNA (전사, 유전자 복사), RNA → 단백질(구조 단백질에 대한 정보의 번역, 해독). 이 교리는 역전사 현상이 Howard Temin과 David Baltimore에 의해 독립적으로 발견 되었기 때문에 축적 된 지식을 고려하여 1970 년에 다소 수정되었습니다. 효소가 발견되었습니다 - 역전사 구현을 담당하는 역전사 효소 - 발암성 바이러스에서 발생하는 단일 가닥 RNA 주형에 이중 가닥 DNA의 형성. 핵산에서 단백질로 유전 정보의 흐름의 엄격한 필요성은 여전히 ​​분자 생물학의 기초로 남아 있다는 점에 유의해야 합니다.

1957년 Alexander Sergeevich Spirin은 Andrei Nikolaevich Belozersky와 함께 다른 유기체의 DNA의 뉴클레오티드 구성에 상당한 차이가 있음에도 불구하고 총 RNA의 구성이 유사함을 보여주었습니다. 이 데이터를 기반으로, 그들은 세포의 전체 RNA가 구성이 일치하지 않기 때문에 DNA에서 단백질로 유전 정보의 운반체로 작용할 수 없다는 놀라운 결론에 도달했습니다. 동시에 그들은 뉴클레오티드 구성이 DNA와 완전히 일치하고 DNA에서 단백질로 유전 정보의 진정한 운반자가 될 수 있는 소량의 RNA가 있음을 알아냈습니다. 그 결과, 그들은 DNA의 개별 부분과 구조가 유사하고 DNA에 포함된 유전 정보를 리보솜으로 전달하는 중개자 역할을 하는 비교적 작은 RNA 분자의 존재를 예측했으며, 이 정보를 사용하여 단백질 분자가 합성됩니다. 1961 년 (S. Brenner, F. Jacob, M. Meselson 및 F. Gros, Francois Jacob 및 Jacques Monod는 정보 (매트릭스) RNA와 같은 분자의 존재를 실험적으로 처음으로 확인했습니다. 동시에 그들은 원핵 생물에서 유전자 발현의 조절이 어떻게 수행되는지 정확하게 설명 할 수있게 해주는 오페론 인 DNA 기능 단위의 개념과 모델을 개발했습니다. 단백질 생합성의 메커니즘과 구조적 조직의 원리에 대한 연구 및 분자 기계(리보솜)의 작동은 분자 생물학의 중심 교리라고 하는 유전 정보의 이동을 설명하는 가정을 공식화하는 것을 가능하게 했습니다. DNA - mRNA는 단백질입니다.

1961년과 그 후 몇 년 동안 Heinrich Mattei와 Marshall Nirenberg, 그리고 Har Korana와 Robert Holly는 유전 암호를 해독하기 위한 여러 연구를 수행했으며 그 결과 DNA 구조와 합성 단백질 사이에 직접적인 관계가 확립되었습니다. 및 단백질의 아미노산 세트를 결정하는 뉴클레오티드 서열. 유전자 코드의 보편성에 대한 데이터도 확보했습니다. 발견이 표시되었습니다 노벨상 1968년.

RNA 기능에 대한 현대적 아이디어의 발전을 위해 1958년 Andrei Nikolaevich Belozersky와 함께 Alexander Sergeevich Spirin, 공동 저자인 Charles Brenner, Saul 1961년 슈피겔만은 결정적이었습니다. 이 유형의 RNA는 세포 RNA의 대부분을 구성합니다. 리보솜 RNA는 주로 비암호화입니다.

동물 세포를 배양하고 교잡하는 방법이 심각한 개발을 받았습니다. 1963년에 François Jacob과 Sydney Brenner는 유전자 복제 조절의 중요한 측면을 설명하는 본질적으로 복제하는 유전자의 시퀀스인 레플리콘(replicon)이라는 아이디어를 공식화했습니다.

1967년 A. S. Spirin의 연구실에서 조밀하게 접힌 RNA의 모양이 리보솜 입자의 형태를 결정한다는 것이 처음으로 입증되었습니다.

1968년에 중요한 근본적인 발견이 이루어졌습니다. Okazaki는 복제 과정 연구에서 지연 가닥의 DNA 단편을 발견하고 그녀의 이름을 따서 Okazaki 단편이라고 명명했으며 DNA 복제의 메커니즘을 설명했습니다.

1970 년 Howard Temin과 David Baltimore는 독립적으로 중요한 발견을했습니다. 효소가 발견되었습니다 - 역전사 구현을 담당하는 역전사 효소 - 단일 가닥 RNA 템플릿에서 이중 가닥 DNA 형성 RNA를 포함하는 발암성 바이러스.

분자생물학의 또 다른 중요한 업적은 분자 수준에서 돌연변이의 메커니즘에 대한 설명이었습니다. 일련의 연구 결과 복제, 역위, 삭제, 전좌 및 전치와 같은 주요 유형의 돌연변이가 확립되었습니다. 이를 통해 유전자 과정의 관점에서 진화적 변화를 고찰할 수 있게 되었고, 계통발생학에서 사용되는 분자시계 이론의 발전도 가능하게 되었다.

1970년대 초까지 살아있는 유기체에서 핵산과 단백질의 기능에 대한 기본 원리가 공식화되었습니다. 신체의 단백질과 핵산은 매트릭스 메커니즘에 따라 합성되며, 매트릭스 분자는 아미노산(단백질 내) 또는 뉴클레오티드(핵산 내)의 서열에 대한 암호화된 정보를 전달한다는 것이 밝혀졌습니다. 복제(DNA의 이중화) 또는 전사(mRNA 합성) 중에 DNA는 번역(단백질 합성) 또는 역전사(mRNA) 동안 이러한 주형으로 작용합니다.

따라서 분자 생물학, 특히 유전 공학의 응용 분야 개발을 위한 이론적 전제 조건이 만들어졌습니다. 1972년 Paul Berg, Herbert Bauer 및 Stanley Cohen은 분자 복제 기술을 개발했습니다. 그런 다음 그들은 시험관 내에서 재조합 DNA를 최초로 획득했습니다. 이러한 뛰어난 실험은 유전공학의 토대를 마련했으며, 올해는 이러한 과학적 방향의 탄생일로 여겨진다.

1977년 Frederick Sanger와 독립적으로 Allan Maxum 및 Walter Gilbert는 DNA의 기본 구조(서열 분석)를 결정하는 다양한 방법을 개발했습니다. 소위 체인 종료 방법인 Sanger 방법은 현대적인 시퀀싱 방법의 기초입니다. 시퀀싱의 원리는 순환 시퀀싱 반응에서 종결자 역할을 하는 표지된 염기의 사용을 기반으로 합니다. 이 방법은 분석을 신속하게 수행할 수 있는 능력으로 인해 널리 보급되었습니다.

1976 - 프레데릭. Sanger는 5375개의 뉴클레오티드 쌍의 길이를 갖는 파지 φ174의 DNA의 뉴클레오티드 서열을 해독하였다.

1981 - 겸상적혈구빈혈이 DNA 검사로 진단된 최초의 유전 질환이 되었습니다.

1982-1983년 T. Check와 S. Altman의 미국 연구실에서 RNA의 촉매 기능이 발견되면서 단백질의 배타적 역할에 대한 기존의 생각이 바뀌었습니다. 촉매 단백질 - 효소와 유추하여 촉매 RNA를 리보자임이라고 불렀습니다.

1987년 Keri Mullez는 폴리머라제 연쇄 반응을 발견했습니다. 덕분에 추가 작업을 위해 용액에서 DNA 분자의 수를 인위적으로 크게 늘릴 수 있습니다. 오늘날 그것은 유전성 및 바이러스성 질병 연구, 유전자 연구, 유전적 식별 및 혈연 관계 등에 사용되는 분자 생물학의 가장 중요한 방법 중 하나입니다.

1990년에 동시에 세 그룹의 과학자들이 실험실에서 합성 기능적 활성 RNA(인공 리보자임 또는 다양한 리간드와 상호 작용하는 분자 - 앱타머)를 신속하게 얻을 수 있는 방법을 발표했습니다. 이 방법을 "시험관 내 진화"라고 합니다. 그리고 얼마 지나지 않아 1991-1993년에 A.B. Chetverina는 고체 배지에서 콜로니 형태의 RNA 분자의 존재, 성장 및 증폭 가능성을 실험적으로 보여주었습니다.

거의 동시에 1998년에 Craig Mello와 Andrew Fire는 박테리아와 꽃에 대한 유전자 실험에서 초기에 관찰된 메커니즘을 설명했습니다. RNA 간섭, 작은 이중 가닥 RNA 분자가 유전자 발현의 특정 억제를 유도합니다.

RNA 간섭 메커니즘의 발견은 현대 분자 생물학에서 매우 실용적입니다. 이 현상은 개별 유전자의 발현을 억제하는 "꺼짐"을 위한 도구로 과학 실험에서 널리 사용됩니다. 특히 흥미로운 점은 이 방법이 연구된 유전자의 활성을 가역적으로(일시적으로) 억제할 수 있다는 사실입니다. 이 현상을 바이러스성, 종양성, 퇴행성 및 대사성 질환의 치료에 적용하기 위한 연구가 진행 중입니다. 2002년에는 RNA 간섭을 피할 수 있는 소아마비 바이러스 돌연변이가 발견되었으므로 이 현상을 기반으로 진정으로 효과적인 치료법을 개발하려면 더 많은 노력이 필요합니다.

1999-2001년에 여러 연구자 그룹이 5.5~2.4 옹스트롬의 분해능으로 박테리아 리보솜의 구조를 결정했습니다.

주제

살아있는 자연에 대한 지식에서 분자 생물학의 성과는 거의 과대 평가될 수 없습니다. 성공적인 연구 개념 덕분에 큰 성공을 거두었습니다. 복잡한 생물학적 과정을 개별 분자 시스템의 관점에서 고려하여 정확한 적용이 가능합니다. 물리적 및 화학적 방법연구. 또한 화학, 물리학, 세포학, 바이러스학과 같은 과학 분야와 관련된 관련 분야에서 많은 위대한 사람들을 끌어들였으며 이 분야의 과학적 지식 발전의 규모와 속도에도 유익한 영향을 미쳤습니다. DNA 구조의 결정, 유전 코드의 해독, 게놈의 인위적인 지시 변형과 같은 중요한 발견은 유기체의 발달 과정의 세부 사항을 훨씬 더 깊이 이해하고 수많은 중요한 기본 및 문제를 성공적으로 해결할 수있게했습니다. 얼마 전까지만 해도 풀 수 없다고 여겨졌던 응용 과학, 의학, 사회 문제.

분자생물학의 연구 주제는 주로 단백질, 핵산 및 이들을 기반으로 하는 분자 복합체(분자 기계)와 이들이 참여하는 과정입니다.

핵산은 인산기의 에스테르 결합으로 연결된 뉴클레오티드 단위(주기의 다섯 번째 원자에 인산기가 있는 5원당과 4개의 질소 염기 중 하나)로 구성된 선형 중합체입니다. 따라서 핵산은 측면 치환기로 질소 염기를 갖는 오탄당 인산 중합체입니다. 화학적 구성 요소 RNA 사슬은 첫 번째는 5원 리보스 탄수화물 순환으로 구성되고 두 번째는 디하이드록실화된 리보스 유도체인 데옥시리보스로 구성된다는 점에서 DNA와 다릅니다. 동시에, RNA는 유연한 단일 가닥 분자이고 DNA는 이중 가닥 분자이기 때문에 이러한 분자는 공간에서 극적으로 다릅니다.

단백질은 펩타이드 결합으로 연결된 알파 아미노산의 사슬인 선형 중합체이므로 두 번째 이름인 폴리펩타이드입니다. 천연 단백질의 구성은 다양한 아미노산 단위(인간의 경우 최대 20개)를 포함하며, 이는 기능적 특성이러한 분자. 이들 또는 이러한 단백질은 신체의 거의 모든 과정에 참여하고 많은 작업을 수행합니다. 세포 건축 자재의 역할을 하고, 물질과 이온의 수송을 제공하고, 화학 반응을 촉매합니다. 이 목록은 매우 깁니다. 단백질은 다양한 수준의 조직(2차 및 3차 구조)과 분자 복합체의 안정적인 분자 구조를 형성하여 기능을 더욱 확장합니다. 이러한 분자는 복잡한 공간 구형 구조의 형성으로 인해 특정 작업을 수행하는 데 높은 특이성을 가질 수 있습니다. 다양한 단백질은 이러한 종류의 분자에 대한 과학자들의 지속적인 관심을 보장합니다.

분자생물학의 주제에 대한 현대적 아이디어는 1958년 Francis Crick이 분자생물학의 중심 교리로 처음 제시한 일반화에 기반을 두고 있습니다. 그 본질은 살아있는 유기체의 유전 정보가 엄격하게 정의 된 구현 단계를 거친다는 주장이었습니다. 유전의 입구에서 DNA에서 DNA로, DNA에서 RNA로, 그리고 나서 RNA에서 단백질로 복사하고 역전이는 불가능합니다. 이 진술은 부분적으로만 사실이었고, 따라서 이후에 새로 발견된 데이터에 주목하여 중심 교리를 수정했습니다.

에 이 순간유전 정보의 세 가지 유형, 즉 DNA, RNA 및 단백질을 실현하는 다른 순서를 나타내는 유전 물질을 실현하는 몇 가지 알려진 방법이 있습니다. 실현의 9가지 가능한 방법에서 세 그룹이 구별됩니다. 이들은 대부분의 살아있는 유기체에서 정상적으로 수행되는 세 가지 일반적인 변형(일반)입니다. 일부 바이러스 또는 특수 실험실 조건에서 수행되는 세 가지 특수 변환(특수); 세 가지 알 수 없는 변환(알 수 없음), 구현이 불가능한 것으로 간주됩니다.

일반적인 변형에는 유전자 코드를 구현하는 다음과 같은 방법이 포함됩니다: DNA→DNA(복제), DNA→RNA(전사), RNA→단백질(번역).

유전 형질의 전달을 수행하려면 부모는 본격적인 DNA 분자를 후손에게 물려주어야 합니다. 원래 DNA의 정확한 사본이 합성될 수 있고 따라서 유전 물질이 전달될 수 있는 과정을 복제라고 합니다. 이것은 분자를 풀고(부분을 곧게 펴고), 이중 나선을 풀고, DNA 중합효소를 사용하여 원래 DNA 분자의 정확한 사본을 생성하는 특수 단백질에 의해 수행됩니다.

세포의 수명을 보장하려면 DNA 이중 나선에 포함된 유전 코드를 지속적으로 참조해야 합니다. 그러나 이 분자는 연속적인 단백질 합성을 위한 유전 물질의 직접적인 공급원으로 사용하기에는 너무 크고 서툴다. 따라서 DNA에 포함된 정보를 구현하는 과정에서 중간 단계가 있습니다. 즉, 특정 단백질을 암호화하는 DNA의 특정 부분에 상보적인 작은 단일 가닥 분자인 mRNA의 합성입니다. 전사 과정은 RNA 중합효소와 전사 인자에 의해 제공됩니다. 생성된 분자는 단백질 합성을 담당하는 세포 부분인 리보솜으로 쉽게 전달될 수 있습니다.

RNA가 리보솜에 들어간 후 유전 정보 실현의 마지막 단계가 시작됩니다. 이 경우 리보솜은 코돈이라고 하는 삼중항의 mRNA에서 유전자 코드를 읽고 수신된 정보를 기반으로 해당 단백질을 합성합니다.

특수 변환 과정에서 유전자 코드는 RNA → RNA(복제), RNA → DNA(역전사), DNA → 단백질(직접 번역) 체계에 따라 실현됩니다. 이 유형의 복제는 효소 RNA 의존성 RNA 중합효소에 의해 수행되는 많은 바이러스에서 실현됩니다. 유사한 효소가 진핵 세포에서도 발견되며, 여기서 RNA 침묵 과정과 관련이 있습니다. 역전사는 역전사 효소에 의해 수행되는 레트로바이러스에서 발견되었으며 일부 경우에는 예를 들어 텔로머 합성 동안 진핵 세포에서 발견되었습니다. 라이브 전송은 세포 외부의 고립된 시스템에서 인공적인 조건에서만 수행됩니다.

단백질에서 단백질, RNA 또는 DNA로의 유전 정보의 세 가지 가능한 전환은 모두 불가능한 것으로 간주됩니다. 단백질에 대한 프리온의 작용의 경우 유사한 프리온이 형성된 결과 유전 정보 단백질 → 단백질의 실현 유형에 조건부로 기인 할 수 있습니다. 그러나 형식적으로는 그렇지 않습니다. 단백질의 아미노산 서열에 영향을 미치지 않기 때문입니다.

"중앙 도그마"라는 용어가 등장한 역사가 궁금합니다. 도그마(dogma)라는 단어는 일반적으로 의심의 여지가 없는 진술을 의미하고, 그 단어 자체가 분명한 종교적 함의를 내포하고 있기 때문에 그것을 과학적 사실에 대한 설명으로 선택하는 것은 전적으로 정당하지 않습니다. Francis Crick 자신에 따르면, 그것은 그의 실수였습니다. 그는 그 이론을 다른 이론 및 가설의 배경과 구별하기 위해 더 많은 의미를 부여하기를 원했습니다. 그가 이 장엄한 단어를 사용하기로 결정한 이유는 그의 의견으로는 그 진정한 의미를 이해하지 못한 것입니다. 그러나 이름은 붙어 있었습니다.

오늘날의 분자생물학

분자 생물학의 급속한 발전, 이 분야의 성과에 대한 사회의 끊임없는 관심, 연구의 객관적인 중요성으로 인해 전 세계에 분자 생물학의 대규모 연구 센터가 많이 생겨났습니다. 가장 큰 것 중 다음이 언급되어야합니다. Cambridge의 분자 생물학 실험실, 런던의 Royal Institute - 영국; 파리, 마르세유 및 스트라스부르의 분자 생물학 연구소, 파스퇴르 연구소 - 프랑스; 하버드 대학교 분자생물학과와 매사추세츠 공과대학교, 버클리 대학교, 캘리포니아 공과대학교, 록펠러 대학교, 베데스다에 있는 공중보건연구소 - 미국; 막스 플랑크 연구소, 괴팅겐 및 뮌헨 대학, 베를린 중앙 분자생물학 연구소, 독일 예나 및 할레 연구소, 스웨덴 스톡홀름에 있는 카롤린스카 연구소.

러시아에서 이 분야의 주요 센터는 분자 생물학 연구소입니다. 분자유전학연구소 RAS, 유전자생물학연구소 RAS, 물리화학적 생물학 연구소 V.A. A. N. Belozersky 모스크바 주립 대학. M.V. Lomonosov 생화학 연구소. A.N. Bach RAS 및 Pushchino의 단백질 RAS 연구소.

오늘날 분자생물학자들의 관심 분야는 광범위한 기초 과학 문제를 다루고 있습니다. 이전과 마찬가지로 주요 역할은 핵산 및 단백질 생합성의 구조 연구, 다양한 세포 내 구조 및 세포 표면의 구조 및 기능 연구입니다. 또한 중요한 연구 분야는 수신 및 신호 전달 메커니즘, 세포 내 및 세포에서 외부 환경 및 역방향으로 화합물 수송의 분자 메커니즘에 대한 연구입니다. 응용 분자 생물학 분야의 과학 연구의 주요 방향 중 가장 우선 순위 중 하나는 종양의 출현 및 발달 문제입니다. 또한 분자생물학의 분과인 분자유전학에서 연구하는 매우 중요한 영역은 유전성 질환 및 AIDS와 같은 바이러스성 질환의 발생에 대한 분자적 기초 연구와 이를 위한 방법의 개발이다. 예방 및 가능하면 유전자 수준에서의 치료. 법의학에서 분자 생물학자들의 발견과 발전은 폭넓게 적용되고 있습니다. 개인 식별 분야의 진정한 혁명은 80년대 러시아, 미국 및 영국의 과학자들에 의해 일상적인 관행에서 DNA 식별인 "게놈 지문" 방법의 개발 및 구현 덕분에 이루어졌습니다. 이 분야에 대한 연구는 오늘날까지 계속되고 있습니다. 현대적인 방법 10억분의 1퍼센트의 오류 확률로 사람을 식별할 수 있습니다. 이미 예상대로 범죄 수준을 크게 줄일 유전자 여권 프로젝트가 활발하게 개발되고 있습니다.

방법론

오늘날 분자 생물학은 과학자들이 직면한 가장 진보되고 복잡한 문제를 해결하기 위한 광범위한 방법을 보유하고 있습니다.

분자생물학에서 가장 일반적인 방법 중 하나 겔 전기영동이다, 거대 분자 혼합물을 크기 또는 전하로 분리하는 문제를 해결합니다. 거의 항상 겔에서 거대 분자를 분리 한 후 블로 팅이 사용됩니다. 이는 추가 작업, 특히 혼성화의 편의를 위해 겔에서 거대 분자를 막 표면으로 옮길 수있는 방법입니다 ( sorb). 혼성화(Hybridization) - 서로 다른 성질의 두 가닥에서 혼성 DNA의 형성 - 중요한 역할을 하는 방법 기초 연구. 결정하는 데 사용됩니다. 보완적인서로 다른 DNA의 세그먼트(DNA 다른 유형), 그 도움으로 새로운 유전자를 찾고, 그 도움으로 RNA 간섭을 발견하고, 그 원리가 게놈 지문의 기초를 형성했습니다.

분자 생물학 연구의 현대 관행에서 중요한 역할은 시퀀싱 방법에 의해 수행됩니다. 즉, 핵산의 뉴클레오티드 및 단백질의 아미노산 서열을 결정합니다.

현대 분자생물학은 중합효소연쇄반응(PCR) 방법 없이는 상상할 수 없습니다. 이 방법 덕분에 한 분자에서 추가 작업에 필요한 충분한 양의 물질을 얻기 위해 특정 DNA 서열의 사본 수(증폭)가 증가합니다. 유사한 결과가 분자 복제 기술에 의해 달성됩니다. 이 기술에서는 필요한 뉴클레오티드 서열을 박테리아(살아 있는 시스템)의 DNA에 도입한 후 박테리아를 증식시켜 원하는 결과를 얻습니다. 이 접근 방식은 기술적으로 훨씬 더 복잡하지만 연구된 뉴클레오티드 서열의 발현 결과를 동시에 얻을 수 있습니다.

또한 초원심분리법(고분자(대량), 세포, 소기관 분리), 전자 및 형광현미경, 분광광도법, X선 회절분석, 자가방사선사진 등은 분자생물학 연구에 널리 사용됩니다.

화학, 물리학, 생물학 및 컴퓨터 과학 분야의 기술 발전과 과학적 연구 덕분에 현대 장비를 통해 개별 유전자와 관련 프로세스를 분리, 연구 및 변경할 수 있습니다.