분자생물학이 간략하게 연구하는 것은 무엇인가. 분자 생물학의 주제, 작업 및 목표. 단백질의 구조와 기능

분자 생물학

분자 수준에 접근하고 어떤 경우에는 이 한계에 도달하는 수준에서 생물학적 대상과 시스템을 연구함으로써 생명 현상의 본질에 대한 지식을 과제로 설정하는 과학. 이 경우의 궁극적인 목표는 유전, 동종 번식, 단백질 생합성, 흥분성, 성장 및 발달, 정보 저장 및 전송, 에너지 변환, 이동성, 등은 생물학적으로 중요한 물질 분자의 구조, 특성 및 상호작용에 기인하며, 주로 고분자량 바이오폴리머의 두 가지 주요 부류입니다(바이오폴리머 참조). - 단백질과 핵산. M의 특징 b. - 생명이 없는 물체 또는 생명의 가장 원시적인 발현을 특징으로 하는 물체에 대한 생명 현상에 대한 연구. 이들은 세포 수준 이하의 생물학적 형성입니다: 분리된 세포 핵, 미토콘드리아, 리보솜, 염색체, 세포막과 같은 세포 이하 소기관; 더 나아가 - 생물과 무생물의 경계에 서있는 시스템 - 박테리오파지를 포함하고 생명체의 가장 중요한 구성 요소의 분자로 끝나는 바이러스 - 핵산 (핵산 참조) 및 단백질 (단백질 참조).

엠비. - 생화학(Biochemistry 참조), 생물물리학(Biophysics 참조) 및 생물유기화학(Bioorganic Chemistry 참조)이 다루는 오래된 연구 분야와 밀접한 관련이 있는 새로운 자연 과학 분야입니다. 여기서 구별은 사용된 방법과 사용된 접근 방식의 기본 특성을 고려하는 경우에만 가능합니다.

M.이 개발한 토대는 유전학, 생화학, 기본 과정의 생리학 등과 같은 과학에 의해 마련되었습니다. 개발의 기원에 따르면 M. b. 분자 유전학과 불가분의 관계(Molecular Genetics 참조) , M.banking의 중요한 부분을 계속 구성하고 있지만 이미 대부분 독립적인 분야로 형성되었습니다. M.의 격리. 생화학에서 다음 고려 사항에 의해 결정됩니다. 생화학의 과제는 주로 특정 생물학적 기능 및 과정에 특정 화학 물질의 참여를 확인하고 변형의 특성을 밝히는 것으로 제한됩니다. 주요 역할은 반응성과 화학 구조의 주요 특징에 대한 정보에 속합니다. 화학식. 따라서 본질적으로 주자가 화학 결합에 영향을 미치는 변형에 주의가 집중됩니다. 한편, L. Pauling이 강조한 바와 같이 , 생물학적 시스템과 생명 활동의 징후에서, 동일한 분자 내에서 작용하는 주 원자 결합이 아니라 분자간 상호 작용을 결정하는 다양한 유형의 결합(정전기, 반 데르 발스, 수소 결합 등)에 주된 중요성을 부여해야 합니다. .

생화학 연구의 최종 결과는 일반적으로 평면, 즉 2차원에서의 표현으로 완전히 소진되는 화학 방정식 시스템의 형태로 표현될 수 있습니다. M의 특징 b. 그것의 입체성입니다. M.b의 본질. M. Perutz는 분자 구조의 관점에서 생물학적 기능을 해석하는 데서 그것을 봅니다. 이전에 생물학적 물체를 연구 할 때 "무엇", 즉 어떤 물질이 존재하는지, "어디에"라는 질문에 대답해야했다면 M. b. 분자의 전체 구조의 역할과 참여의 본질을 배운 "어떻게"라는 질문에 대한 답을 얻고, "왜"와 "무엇을 위해"라는 질문에 한편으로는 분자의 특성(주로 단백질과 핵산)과 분자가 수행하는 기능 사이의 연결, 다른 한편으로는 생명 활동의 전체 발현 복합체에서 이러한 개별 기능의 역할입니다.

거대 분자의 일반적인 구조에서 원자와 그룹의 상호 배열, 공간 관계는 결정적인 역할을합니다. 이것은 개별, 개별 구성 요소 및 전체 분자의 전체 구성 모두에 적용됩니다. 생체고분자 분자가 생물학적 기능의 물질적 기초 역할을 할 수 있는 특성을 획득하는 것은 엄격하게 결정된 체적 구조의 출현의 결과입니다. 살아있는 연구에 대한 이러한 접근 원칙은 M. b의 가장 특징적이고 전형적인 특징입니다.

역사 참조. 훌륭한 가치분자 수준의 생물학적 문제에 대한 연구는 I. P. Pavlov에 의해 예견되었습니다. , 생명 과학의 마지막 단계인 살아있는 분자의 생리학에 대해 이야기한 사람입니다. "M. 비." 영어로 처음 사용되었습니다. 과학자 W. Astbury는 분자 구조와 콜라겐, 혈액 섬유소 또는 수축성 근육 단백질과 같은 원섬유(섬유질) 단백질의 물리적 및 생물학적 특성 사이의 관계를 설명하는 것과 관련된 연구에 적용하고 있습니다. "M. 비." 1950년대 초부터 철강. 20 세기

M.의 등장. 성숙한 과학으로서 캠브리지(영국)의 J. Watson과 F. Crick이 데옥시리보핵산(DNA)의 3차원 구조를 발견한 1953년을 언급하는 것이 일반적입니다. 이것은 이 구조의 세부 사항이 어떻게 유전 정보의 물질 전달자로서 DNA의 생물학적 기능을 결정하는지에 대해 말할 수 있게 했습니다. 원칙적으로 DNA의 이러한 역할은 미국 유전학자 O. T. Avery와 동료(Molecular Genetics 참조)의 연구 결과로 다소 일찍(1944년) 알려졌지만 이 기능이 DNA의 분자 구조에 어느 정도 의존하는지는 알려지지 않았습니다. DNA. 이것은 W. L. Bragg, J. Bernal 등의 연구실에서 X선 ​​회절 분석의 새로운 원리를 개발한 후에야 가능해졌으며, 이를 통해 단백질 거대분자와 핵산의 공간 구조에 대한 자세한 지식을 얻기 위해 이 방법을 사용할 수 있게 되었습니다.

분자 조직의 수준. 1957년 J. Kendrew는 미오글로빈 a의 3차원 구조를 확립했습니다. , 이후 몇 년 동안 이것은 헤모글로빈 a와 관련하여 M. Perutz에 의해 수행되었습니다. 거대 분자의 다양한 수준의 공간 구성에 대한 아이디어가 공식화되었습니다. 1차 구조는 생성된 폴리머 분자의 사슬에 있는 개별 단위(단량체)의 시퀀스입니다. 단백질의 경우 단량체는 아미노산입니다. , 핵산 - 뉴클레오티드. 수소 결합의 결과로 생체 고분자의 선형 필라멘트 분자는 예를 들어 L. Pauling이 보여준 것처럼 단백질의 경우와 같이 특정 방식으로 공간에 맞출 수 있습니다. 나선형의 형태. 이를 2차 구조라고 합니다. 3차 구조는 2차 구조를 가진 분자가 어떤 식으로든 추가로 접혀서 3차원 공간을 채우는 것을 말합니다. 마지막으로, 3차원 구조를 가진 분자는 서로에 대해 규칙적으로 공간에 위치하고 4차 구조로 지정된 것을 형성하는 상호 작용에 들어갈 수 있습니다. 개별 구성 요소는 일반적으로 하위 단위라고 합니다.

분자의 3차원 구조가 분자의 생물학적 기능을 결정하는 가장 확실한 예는 DNA입니다. 그것은 이중 나선의 구조를 가지고 있습니다: 서로 반대 방향(반평행)으로 실행되는 두 개의 스레드가 서로 꼬여 서로 상호 보완적인 염기 배열로 이중 나선을 형성합니다. 아데핀(A)은 티민(T)과 쌍을 이루고 구아닌(G)은 시토신(C)과 쌍을 이룹니다. 이러한 구조는 DNA의 가장 중요한 생물학적 기능, 즉 세포 분열 과정에서 유전 정보의 양적 증식을 위한 최적의 조건을 만드는 동시에 이러한 유전 정보 흐름의 질적 불변성을 유지합니다. 세포가 분열할 때 주형 또는 주형 역할을 하는 DNA 이중 나선의 가닥이 풀리고 효소의 작용에 따라 각각의 가닥에서 상보적인 새로운 가닥이 합성됩니다. 그 결과, 하나의 부모 DNA 분자로부터 완전히 동일한 두 개의 딸 분자가 얻어집니다(세포, 유사분열 참조).

마찬가지로 헤모글로빈의 경우에도 폐에서 산소를 가역적으로 부착한 후 조직에 공급하는 생물학적 기능이 헤모글로빈의 3차원 구조의 특징과 생리적 역할을 수행하는 과정. O 2를 결합하고 분리할 때 헤모글로빈 분자 구조의 공간적 변화가 발생하여 산소에 대한 철 원자의 친화력이 변경됩니다. 부피의 변화와 유사한 헤모글로빈 분자의 크기 변화 가슴숨을 쉴 때 헤모글로빈을 "분자 폐"라고 부를 수 있습니다.

살아있는 물체의 가장 중요한 특징 중 하나는 생명 활동의 모든 징후를 미세하게 조절하는 능력입니다. M.의 주요 공헌. 과학적 발견은 알로스테릭 효과라고 하는 이전에 알려지지 않은 새로운 규제 메커니즘의 발견으로 간주되어야 합니다. 그것은 소위 저 분자량 물질의 능력에 있습니다. 리간드 - 효소, 헤모글로빈, 생체막 구성에 관여하는 수용체 단백질(생물막 참조), 시냅스 전달(시냅스 참조) 등 주로 촉매 작용을 하는 단백질인 거대분자의 특정 생물학적 기능을 수정합니다.

세 가지 생물학적 흐름. M.의 아이디어에 비추어. 생명 현상의 총체성은 세 가지 흐름의 조합의 결과로 간주될 수 있습니다. 생명의 모든 발현을 위한 원동력인 에너지의 흐름; 정보의 흐름은 각 유기체의 다양한 발달 과정과 존재뿐만 아니라 일련의 연속적인 세대에도 침투합니다. 생체 재료의 발달로 인해 살아있는 세계의 교리에 도입된 정보의 흐름에 대한 아이디어는 고유하고 고유한 각인을 남깁니다.

분자 생물학의 가장 중요한 업적. M.의 영향력의 신속성, 범위 및 깊이. 살아있는 자연 연구의 근본적인 문제를 이해하는 과정은 예를 들어 원자 물리학의 발전에 대한 양자 이론의 영향과 올바르게 비교됩니다. 본질적으로 관련된 두 가지 조건이 이 혁신적인 영향을 결정했습니다. 한편으로는 화학적 및 물리적 실험 유형에 접근하여 가장 단순한 조건에서 생명 활동의 가장 중요한 징후를 연구할 가능성을 발견함으로써 결정적인 역할을 수행했습니다. 한편, 이러한 상황의 결과로 상당한 수의 대표자들이 빠르게 포함되었습니다. 정확한 과학- 물리학자, 화학자, 결정학자, 그리고 수학자 - 생물학 문제의 발전에. 전체적으로 이러한 상황은 단 20년 만에 달성한 성공의 수와 중요성인 M.b.의 비정상적으로 빠른 개발 속도를 결정했습니다. 다음은 이러한 성과의 전체 목록과는 거리가 멀다: DNA, 모든 유형의 RNA 및 리보솜의 생물학적 기능의 구조 및 메커니즘 공개(리보솜 참조) , 유전자 코드 공개(유전자 코드 참조) ; 역전사 발견(전사 참조) , 즉, RNA 주형에서 DNA 합성; 호흡기 색소 기능 메커니즘 연구; 3차원 구조의 발견과 효소 작용에서의 기능적 역할(효소 참조) , 매트릭스 합성 원리 및 단백질 생합성 메커니즘; 바이러스의 구조 공개(바이러스 참조) 및 복제 메커니즘, 1차 및 부분적으로는 항체의 공간 구조; 개별 유전자의 분리 , 인간을 포함한 화학적 및 생물학적(효소적) 유전자 합성, 세포 외부(시험관 내); 인간 세포를 포함하여 한 유기체에서 다른 유기체로 유전자 전달; 점점 더 많은 개별 단백질, 주로 효소 및 핵산의 화학 구조에 대한 급속한 해독; 핵산 분자에서 시작하여 다성분 효소, 바이러스, 리보솜 등으로 이동하는 점점 더 복잡해지는 일부 생물학적 개체의 "자체 조립" 현상 발견; 알로스테릭 및 기타 생물학적 기능 및 과정 조절의 기본 원리 설명.

환원주의와 통합.엠비. "환원주의(reductionism)", 즉 복잡한 생명 기능을 분자 수준에서 발생하는 현상으로 환원하여 물리 및 화학 방법으로 연구할 수 있는 욕구로 지정되는 생명체 연구 방향의 최종 단계입니다. . M 달성 b. 성공은 이 접근법의 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 통합을 통해 하위 구성 요소로 구성되며 구조적 및 기능적 조직을 획득하고 새로운 속성을 소유합니다. 따라서 분자 및 인접 수준에서 공개할 수 있는 패턴에 대한 지식이 자세히 설명되어 있으므로 M. b. 삶의 현상에 대한 연구에서 더 발전된 방향으로 통합 메커니즘을 이해하는 작업이 발생합니다. 여기서 출발점은 수소 결합, 반 데르 발스, 정전기력 등과 같은 분자간 상호작용의 힘에 대한 연구입니다. 이들의 조합과 공간적 배열에 의해 이들은 "통합 정보"로 지정될 수 있는 것을 형성합니다. 이미 언급한 정보 흐름의 주요 부분 중 하나로 간주되어야 합니다. M.의 영역에서. 통합의 예는 그들의 혼합에서 복잡한 형성의 자기 조립 현상일 수 있습니다. 구성 부품. 여기에는 예를 들어 하위 단위에서 다성분 단백질의 형성, 단백질 및 핵산과 같은 구성 부분에서 바이러스의 형성, 단백질 및 핵산 성분 분리 후 리보솜의 원래 구조 복원 등이 포함됩니다. 이러한 현상에 대한 연구는 바이오폴리머 분자의 주요 현상 "인식"에 대한 지식과 직접적으로 관련됩니다. 요점은 개별 분자가 엄격하게 특이적이고 미리 결정된 구성 및 구조의 복합체 형성과 결합하는 과정에서 핵산에서 단백질 분자 또는 뉴클레오티드의 아미노산 조합이 서로 상호 작용하는 것을 알아내는 것입니다. 여기에는 하위 단위에서 복잡한 단백질을 형성하는 과정이 포함됩니다. 또한 핵산 분자 사이의 선택적 상호 작용, 예를 들어 수송 및 매트릭스(이 경우 유전 코드의 발견은 우리의 정보를 크게 확장했습니다); 마지막으로 이것은 단백질과 핵산이 모두 참여하는 많은 유형의 구조(예: 리보솜, 바이러스, 염색체)의 형성입니다. 해당 법칙의 공개, 이러한 상호작용의 근간이 되는 "언어"에 대한 지식은 여전히 ​​개발을 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", 자기 조립 및 통합의 법칙에 대한 지식) 가까운 미래에 대한 과학적 탐색의 실제 방향은 구조를 해독할 수 있는 방법의 개발이며, 그 다음에는 고분자의 3차원 공간 조직입니다. 핵산. 이것은 이제 DNA의 3차원 구조(이중 나선)의 일반적인 계획과 관련하여 달성되었지만 기본 구조에 대한 정확한 지식이 없습니다. 빠른 성공분석 방법의 개발에서 우리는 앞으로 몇 년 동안 이러한 목표의 달성을 자신 있게 기대할 수 있습니다. 물론 여기에서 주요 기여는 관련 과학, 주로 물리학 및 화학의 대표자들로부터 나옵니다. M.b.의 출현과 성공을 보장하는 가장 중요한 모든 방법은 물리학 자 (초 원심 분리, X 선 회절 분석, 전자 현미경, 핵 자기 공명 등)에 의해 제안되고 개발되었습니다. 거의 모든 새로운 물리적 실험적 접근(예: 컴퓨터, 싱크로트론 또는 제동복사선, 레이저 기술 등)은 다음을 위한 새로운 가능성을 열어줍니다. 심층 연구문제 M. b. 실용적인 성격의 가장 중요한 작업 중 M.b.에서 기대하는 답은 우선 문제입니다. 분자 염기악성 성장 - 유전병을 예방하고 아마도 극복하는 방법 - "분자 질환"(분자 질환 참조). 큰 중요성생물학적 촉매 작용의 분자적 기초, 즉 효소의 작용을 해명하게 될 것입니다. M. b의 가장 중요한 현대 방향 중. 호르몬 작용의 분자 메커니즘을 해독하려는 욕구를 포함해야 합니다(호르몬 참조). , 독성 및 의약 물질, 물질의 침투 및 수송 과정의 조절에 관여하는 생물학적 막과 같은 세포 구조의 분자 구조 및 기능에 대한 세부 사항을 알아냅니다. 더 먼 목표 M. b. - 신경 과정, 기억 메커니즘(기억 참조) 등의 특성에 대한 지식. M. b. -소위. 미생물 및 하위(단세포)에서 시작하여 인간으로 끝나는 살아있는 유기체의 유전 장치(게놈)의 의도적인 작동을 임무로 설정하는 유전 공학(후자의 경우 주로 근본적인 치료 목적으로) 유전병 (유전병 참조) 및 유전 적 결함 교정 ). 인간의 유전적 기반에 대한 보다 광범위한 개입은 다소 먼 미래에야 논의될 수 있습니다. 이 경우에는 기술적 및 근본적인 심각한 장애물이 발생하기 때문입니다. 미생물, 식물에 관해서는 가능하며 페이지-x. 동물의 경우 이러한 전망은 매우 고무적입니다(예를 들어, 공기에서 질소를 고정하는 장치가 있고 비료가 필요하지 않은 다양한 재배 식물을 얻는 것). 그들은 이미 달성한 성공을 기반으로 합니다: 유전자 분리 및 합성, 한 유기체에서 다른 유기체로 유전자 전달, 적용 대중 문화경제적 또는 의학적 중요한 물질의 생산자로서의 세포.

분자 생물학 연구 조직. 빠른 개발엠비. 많은 수의 전문 연구 센터가 등장했습니다. 그들의 수는 빠르게 증가하고 있습니다. 가장 큰 곳: 영국 - 케임브리지의 분자 생물학 연구소, 런던의 왕립 연구소; 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 보건 기관 등의 대학 및 연구소; 독일 - 막스 플랑크 연구소, 괴팅겐과 뮌헨의 대학교; 스웨덴 스톡홀름의 Karolinska Institute; 동독 - 베를린의 분자 생물학 중앙 연구소, Jena 및 Halle의 연구소; 헝가리 - Szeged의 생물학 센터. 소련에서는 최초의 전문 기관 M.이 될 것입니다. 소련 과학 아카데미 시스템에서 1957 년 모스크바에서 만들어졌습니다 (참조. ); 그런 다음 구성되었습니다 : 모스크바에있는 소련 과학 아카데미의 생물 유기 화학 연구소, 연구소의 생물학과 인 Pushchino에있는 단백질 연구소 원자력(모스크바), 부서 M. b. 노보시비르스크 과학 아카데미 시베리아 지부 연구소, 모스크바 주립 대학교 생물 유기 화학 부서 간 실험실, 키예프에 있는 우크라이나 SSR 과학 아카데미의 분자 생물학 및 유전학 부문(이후 연구소) ; M. b에 대한 중요한 작업. 레닌그라드의 고분자 화합물 연구소, 소련 과학 아카데미의 여러 부서 및 실험실 및 기타 부서에서 수행됩니다.

개별 연구 센터와 함께 더 큰 규모의 조직이 생겨났습니다. 서유럽에서는 M.을 위한 유럽 조직이 생겼습니다. (EMBO), 10개 이상의 국가가 참여합니다. 소련에서는 1966년 분자 생물학 연구소에서 이 지식 분야의 조정 및 조직 센터인 M.B. 과학 위원회가 설립되었습니다. 그는 M.b.의 가장 중요한 섹션에 대한 광범위한 논문 시리즈를 출판했으며 M.b.의 "겨울 학교"는 정기적으로 조직되고 M.b의 주제별 문제에 대한 회의 및 심포지엄이 개최됩니다. 미래에 M.에 대한 과학적 조언이 될 것입니다. 소련 의학 아카데미와 많은 공화당 과학 아카데미에서 만들어졌습니다. Molecular Biology 저널은 1966년부터 발간되었습니다(연간 6호).

상대적으로 단기소련에서는 M. 분야의 연구원들이 크게 분리되었습니다. 이들은 다른 분야에서 관심을 부분적으로 전환한 구세대 과학자들입니다. 대부분의 경우 그들은 수많은 젊은 연구자들이다. M. b의 형성과 발전에 적극적으로 참여한 주요 과학자들 중에서. 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 각료회의의 결의안(1974년 5월)에 의해 촉진될 것입니다. 경제."

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분자 생물학 / 나 엘ɛ 에게제이ʊ 엘어 / DNA, RNA, 단백질 및 이들의 생합성 사이의 상호 작용 및 이러한 상호 작용의 조절을 포함하여 다양한 세포 시스템에서 생체 분자 사이의 생물학적 활동의 분자적 기초와 관련된 생물학의 한 분야입니다. 에 녹음 자연 1961년에 Astbury는 분자 생물학을 다음과 같이 설명했습니다.

접근 방식으로서의 기술이 아니라 해당 분자 계획에 대한 고전 생물학의 대규모 표현 아래에서 검색하는 선도적 아이디어를 가진 소위 기초 과학의 관점에서 접근합니다. 특히 다음과 관련이 있습니다. 양식생물학적 분자와 [...] 주로 3차원적이고 구조적입니다. 그러나 이것이 단지 형태학의 개선이라는 의미는 아닙니다. 그는 기원과 기능을 동시에 조사해야 합니다.

다른 생물학과와의 관계

분자생물학 분야의 연구자들은 분자생물학을 성장시키는 특정 방법을 사용하지만 점점 더 많은 방법과 유전학 및 생화학의 아이디어를 결합합니다. 이러한 분야 사이에는 정의된 경계가 없습니다. 이는 다음 다이어그램에 나와 있으며, 필드 사이의 가능한 관계 유형을 보여줍니다.

• 생화학 살아있는 유기체에서 발생하는 화학 물질 및 중요한 과정에 대한 연구입니다. 생화학자들은 생체 분자의 역할, 기능 및 구조에 초점을 맞추는 데 어려움을 느낍니다. 생물학적 과정 뒤에 있는 화학 연구와 생물학적 활성 분자의 합성은 생화학의 예입니다.
• 유전학 유기체의 유전적 차이가 미치는 영향을 연구하는 학문입니다. 이것은 종종 정상적인 구성 요소(예: 단일 유전자)가 없기 때문에 추론할 수 있습니다. "돌연변이체"에 대한 연구 - 소위 "야생형" 또는 정상 표현형과 관련하여 하나 이상의 기능적 구성 요소를 갖는 유기체. 유전적 상호작용(epistasis)은 이러한 "녹아웃" 연구의 단순한 해석으로 종종 혼동됩니다.
• 분자 생물학 복제, 전사, 번역 및 세포 기능 과정의 분자적 기초에 대한 연구입니다. 유전 물질이 RNA로 전사된 다음 단백질로 번역된다는 분자 생물학의 중심 교리는 지나치게 단순화되었음에도 불구하고 여전히 해당 분야를 이해하는 데 좋은 출발점을 제공합니다. 이 그림은 RNA의 새로운 역할에 비추어 수정되었습니다.

분자 생물학의 방법

분자 복제

단백질의 기능을 연구하기 위한 가장 기본적인 분자 생물학 기술 중 하나는 분자 복제입니다. 이 기술에서 관심 있는 단백질을 암호화하는 DNA는 중합효소 연쇄 반응(PCR) 및/또는 플라스미드(발현 벡터)의 제한 효소를 사용하여 클로닝됩니다. 벡터에는 3이 있습니다. 고유 한 특징: 복제 기점, 다중 클로닝 사이트(MCS) 및 일반적으로 항생제 내성이 있는 선택 가능한 마커. 업스트림 다중 클로닝 사이트는 클로닝된 유전자의 발현을 조절하는 프로모터 및 전사 시작 사이트 영역입니다. 이 플라스미드는 박테리아 또는 동물 세포에 삽입될 수 있습니다. 에 DNA 도입 박테리아 세포 Naked DNA uptake transformation, cell-to-cell conjugation, 또는 바이러스 벡터를 이용한 transduction에 의해 수행될 수 있습니다. DNA를 동물 세포와 같은 진핵 세포에 물리적 또는 화학적 수단으로 도입하는 것을 형질감염이라고 합니다. 인산 칼슘 형질 감염, 전기 천공, 미세 주입 및 리포솜 형질 감염과 같은 여러 가지 형질 감염 방법을 사용할 수 있습니다. 플라스미드는 게놈에 통합되어 안정적인 형질감염을 일으키거나, 형질감염 과도기라고 하는 게놈과 독립적으로 남아 있을 수 있습니다.

관심 있는 단백질을 암호화하는 DNA는 이제 세포 내부에 있으며 이제 단백질을 발현할 수 있습니다. 유도성 프로모터 및 특정 세포 신호 인자와 같은 다양한 시스템은 단백질 관심을 높은 수준으로 표현하는 데 도움이 됩니다. 그런 다음 박테리아 또는 진핵 세포에서 다량의 단백질을 추출할 수 있습니다. 단백질은 다양한 상황에서 효소 활성을 테스트할 수 있고, 단백질을 결정화하여 3차 구조를 연구할 수 있으며, 제약 산업에서는 단백질에 대한 신약의 활성을 연구할 수 있습니다.

폴리 메라 제 연쇠 반응

거대분자-블로팅 및 연구

자귀 북부 사투리 , 서쪽그리고 동양인블로팅은 원래 있던 것을 꺼냅니다. 분자 생물학용어에 대한 농담 서던넷, BLOTTED DNA 혼성화에 대해 Edwin Southern이 기술한 기술을 따릅니다. RNA 블로팅의 개발자인 패트리샤 토마스(Patricia Thomas)는 북부 - 얼룩, 실제로 용어를 사용하지 마십시오.

서던 블로팅

발명가인 생물학자 Edwin Southern의 이름을 딴 Southern blot은 DNA 샘플에서 특정 DNA 서열의 존재를 검사하는 기술입니다. 제한 효소(제한 효소) 소화 전후의 DNA 샘플을 겔 전기영동으로 분리한 다음 모세관 블로팅으로 막으로 옮깁니다. 그런 다음 막은 관심 있는 DNA의 염기 서열과 상보적인 염기 서열을 가진 표지된 DNA 프로브에 노출됩니다. Southern blotting은 PCR과 같은 다른 방법이 DNA 샘플에서 특정 DNA 서열을 검출할 수 있기 때문에 과학 실험실에서 덜 널리 사용됩니다. 그러나 이러한 블롯은 트랜스제닉 마우스에서 트랜스진 카피 수를 측정하거나 배아 줄기 세포의 유전자 녹아웃 라인을 조작하는 것과 같은 일부 응용 분야에 여전히 사용됩니다.

북부 얼룩

노던 블롯 차트

이스트 블로팅

분자 생물학에서 비롯된 임상 연구 및 의료 요법은 부분적으로 유전자 요법에 포함됩니다. 분자 생물학 또는 분자 세포 생물학을 의학에 적용하는 것을 이제 분자 의학이라고 합니다. 분자 생물학은 또한 신약을 효과적으로 표적화하고 질병을 진단하고 세포 생리를 이해하는 데 사용할 수 있는 세포의 다양한 부분의 형성, 작용 및 조절을 이해하는 데 중요한 역할을 합니다.

추가 읽기

• Cohen, SN, Chang, NKD, Boyer, H. & Heling, RB 생물학적 기능성 박테리아 플라스미드의 구축 체외 .

분자생물학자는 위험한 질병으로부터 인류를 구하는 것이 임무인 의료 연구원입니다. 예를 들어, 그러한 질병 중에서 오늘날 세계의 주요 사망 원인 중 하나가 된 종양학은 리더 인 심혈관 질환보다 약간 열등합니다. 종양학의 조기 진단, 암 예방 및 치료의 새로운 방법은 현대 의학의 우선 과제입니다. 종양학 분야의 분자생물학자는 신체의 조기 진단 또는 표적 약물 전달을 위해 항체 및 재조합(유전자 조작) 단백질을 개발합니다. 이 분야의 전문가들은 과학과 기술의 최신 성과를 사용하여 연구 및 임상 활동에 더 많이 사용하기 위해 새로운 유기체와 유기 물질을 만듭니다. 분자 생물학자가 사용하는 방법 중에는 복제, 형질 감염, 감염, 중합 효소 연쇄 반응, 유전자 시퀀싱 등이 있습니다. 러시아의 분자 생물학자에 관심이 있는 회사 중 하나는 PrimeBioMed LLC입니다. 이 조직은 암 진단용 항체 시약 생산에 종사하고 있습니다. 이러한 항체는 주로 종양의 유형, 그 기원 및 악성 종양, 즉 전이(신체의 다른 부분으로 퍼짐) 능력을 결정하는 데 사용됩니다. 항체는 검사 조직의 얇은 부분에 적용한 후 세포에서 특정 단백질에 결합합니다. 마커는 종양 세포에 있지만 건강한 세포에는 없으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 연구 결과에 따라 추가 치료가 처방됩니다. PrimeBioMed의 고객에는 의학뿐만 아니라 과학 기관도 포함됩니다. 항체는 연구 문제를 해결하는 데에도 사용될 수 있기 때문입니다. 이러한 경우 연구된 단백질에 결합할 수 있는 고유한 항체가 특별 주문에 의해 특정 작업을 위해 생산될 수 있습니다. 이 회사 연구의 또 다른 유망한 방향은 신체 내 약물의 표적(표적) 전달입니다. 이 경우 항체는 수송 수단으로 사용됩니다. 도움을 받으면 약물이 영향을받는 기관에 직접 전달됩니다. 따라서 치료는 예를 들어 암 세포뿐만 아니라 다른 세포에도 영향을 미치는 화학 요법보다 신체에 더 효과적이며 부정적인 결과가 적습니다. 분자 생물 학자의 직업은 앞으로 수십 년 동안 점점 더 많은 수요가 될 것으로 예상됩니다. 사람의 평균 수명이 증가함에 따라 종양 질환의 수가 증가합니다. 종양의 조기 발견과 분자 생물학자들이 얻은 물질을 사용한 혁신적인 치료 방법은 생명을 구하고 질을 향상시킬 것입니다. 엄청난 숫자사람들의.

기본 직업 교육

백분율은 노동 시장에서 일정 수준의 교육을 받은 전문가의 분포를 반영합니다. 직업 마스터를 위한 주요 전문화는 녹색으로 표시됩니다.

능력과 기술

• 시약, 시료를 다루는 능력, 작은 물체를 다룰 수 있어야 함
• 대량의 정보 작업 능력
• 손으로 작업하는 능력

관심사 및 선호도

• 새로운 것을 배우고자 하는 열망
• 멀티태스킹 모드로 작업하는 기능(동시에 여러 반응 및 프로세스의 진행 상황을 모니터링해야 함)
• 정확성
• 책임 (샘플이 손상될 수 있으므로 "내일" 작업을 맡길 수 없습니다)
• 꼼꼼함
• 근면
• Mindfulness (마이크로 프로세스를 모니터링하는 데 필요함)

얼굴의 직업

마리아 시토바

다리아 사모일로바

알렉세이 그라체프

종양학 분야의 분자 생물학은 암과의 싸움이 세계 의학의 우선 과제 중 하나이기 때문에 유망한 전문 분야입니다.

분자 생물학자는 과학, 생명 공학 및 혁신 기업의 활발한 발전으로 인해 많은 분야에서 수요가 있습니다. 현재까지 전문가, 특히 해당 전문 분야에 어느 정도 경험이 있는 전문가가 부족합니다. 지금까지 상당히 많은 수의 졸업생이 계속해서 해외에서 일하고 있습니다. 기회가 생기기 시작합니다 효과적인 작업러시아의 생명 공학 분야에서는 대중적 성격에 대해 이야기하기에는 너무 이르다.

분자 생물학자의 작업에는 전문가의 적극적인 참여가 포함됩니다. 과학적 활동, 경력 발전을위한 메커니즘이됩니다. 관련 지식 분야의 개발을 통해 과학 프로젝트 및 회의에 참여함으로써 직업 개발이 가능합니다. 또한, 향후에는 주니어 연구원에서 선임 연구원을 거쳐 수석 연구원, 교수 및/또는 학과/연구실장에 이르기까지 학문적 발전이 가능합니다.

분자 생물학,분자 수준에 접근하고 어떤 경우에는 이 한계에 도달하는 수준에서 생물학적 대상과 시스템을 연구함으로써 생명 현상의 본질에 대한 지식을 과제로 설정하는 과학. 이 경우의 궁극적인 목표는 유전, 동종 번식, 단백질 생합성, 흥분성, 성장 및 발달, 정보 저장 및 전송, 에너지 변환, 이동성, 등 , 생물학적으로 중요한 물질 분자의 구조, 특성 및 상호 작용, 주로 고분자 생체 고분자의 두 가지 주요 클래스 인 단백질과 핵산 때문입니다. M의 특징 b. - 생명이 없는 물체 또는 생명의 가장 원시적인 발현을 특징으로 하는 물체에 대한 생명 현상에 대한 연구. 이들은 세포 수준 이하의 생물학적 형성입니다: 분리된 세포 핵, 미토콘드리아, 리보솜, 염색체, 세포막과 같은 세포 이하 소기관; 추가 - 생물 및 무생물의 경계에 서있는 시스템 - 박테리오파지를 포함한 바이러스, 생물의 가장 중요한 구성 요소 인 핵산 및 단백질의 분자로 끝납니다.

M.이 개발한 토대는 유전학, 생화학, 기본 과정의 생리학 등과 같은 과학에 의해 마련되었습니다. 개발의 기원에 따르면 M. b. 계속해서 중요한 부분을 차지하는 분자 유전학과 불가분의 관계가 있습니다.

M의 특징 b. 그것의 입체성입니다. M.b의 본질. M. Perutz는 분자 구조의 관점에서 생물학적 기능을 해석하는 데서 그것을 봅니다. 엠비. 분자 전체 구조의 역할과 참여의 본질을 알고 "어떻게"라는 질문에 대한 답을 얻고, 한편으로는 관계를 발견한 "왜"와 "왜"라는 질문에 대한 답을 얻는 것을 목표로 합니다. 분자의 특성(주로 단백질과 핵산)과 분자가 수행하는 기능, 그리고 생명 활동의 전체 발현 복합체에서 이러한 개별 기능의 역할 사이.

분자 생물학의 가장 중요한 업적.다음은 이러한 업적의 전체 목록과는 거리가 멀다: DNA, 모든 유형의 RNA 및 리보솜의 생물학적 기능의 구조 및 메커니즘 공개, 유전자 코드 공개; 역전사의 발견, 즉 RNA 주형에서 DNA 합성; 호흡기 색소 기능 메커니즘 연구; 3차원 구조와 효소 작용에서의 기능적 역할, 매트릭스 합성 원리 및 단백질 생합성 메커니즘의 발견; 바이러스의 구조 및 복제 메커니즘 공개, 항체의 1차 및 부분적 공간 구조; 개별 유전자의 분리, 인간을 포함한 화학적 및 생물학적(효소적) 유전자 합성, 세포 외부(체외); 인간 세포를 포함하여 한 유기체에서 다른 유기체로 유전자 전달; 점점 더 많은 개별 단백질, 주로 효소 및 핵산의 화학 구조에 대한 급속한 해독; 핵산 분자에서 시작하여 다성분 효소, 바이러스, 리보솜 등으로 이동하는 점점 더 복잡해지는 일부 생물학적 개체의 "자체 조립" 현상 발견; 알로스테릭 및 기타 생물학적 기능 및 과정 조절의 기본 원리 설명.

분자 생물학의 문제.지정된 중요한 작업과 함께 M.이 할 것입니다. ("인식", 자기 조립 및 통합의 법칙에 대한 지식) 가까운 미래에 대한 과학적 탐색의 실제 방향은 구조를 해독할 수 있는 방법의 개발이며, 그 다음에는 고분자의 3차원 공간 조직입니다. 핵산. M.b.의 출현과 성공을 보장하는 가장 중요한 모든 방법은 물리학 자 (초 원심 분리, X 선 회절 분석, 전자 현미경, 핵 자기 공명 등)에 의해 제안되고 개발되었습니다. 거의 모든 새로운 물리적 실험 접근법(예: 컴퓨터, 싱크로트론 또는 제동기, 방사선, 레이저 기술 및 기타 사용)은 M. b의 문제에 대한 심층 연구를 위한 새로운 가능성을 열어줍니다. 실용적인 성격의 가장 중요한 작업 중 M.b.에서 예상되는 대답은 우선 악성 성장의 분자 기반 문제이며 유전병을 예방하고 극복하는 방법입니다. " 분자 질병". 매우 중요한 것은 생물학적 촉매 작용, 즉 효소 작용의 분자적 기초를 밝히는 것입니다. M. b의 가장 중요한 현대 방향 중. 호르몬, 독성 및 의약 물질의 작용에 대한 분자적 메커니즘을 해독하려는 욕구를 포함해야 하며, 분자 구조의 세부 사항과 침투 과정의 조절에 관여하는 생물학적 막과 같은 세포 구조의 기능을 알아내고자 하는 욕구를 포함해야 합니다. 물질 운송. 더 먼 목표 M. b. - 신경 과정의 본질, 기억 메커니즘 등에 대한 지식. M. b의 중요한 신흥 섹션 중 하나. -소위. 유전 공학, 미생물 및 하위 (단세포)에서 시작하여 인간으로 끝나는 살아있는 유기체의 유전 장치 (게놈)의 의도적 인 작동을 임무로 설정합니다 (후자의 경우 주로 근본적인 치료 목적으로 유전 질환 및 유전 적 결함 교정).

MB의 가장 중요한 방향:

- 분자 유전학 - 세포 유전 장치의 구조적 및 기능적 조직과 유전 정보 구현 메커니즘에 대한 연구

– 분자 바이러스학 – 바이러스와 세포의 상호 작용에 대한 분자 메커니즘 연구

– 분자 면역학 – 신체의 면역 반응 패턴을 연구하는 학문

– 발달의 분자 생물학 – 유기체의 개별 발달 및 세포의 전문화 과정에서 세포 다양성의 출현에 대한 연구

주요 연구 대상: 바이러스(박테리오파지 포함), 세포 및 세포 이하 구조, 거대분자, 다세포 유기체.

31.2

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참조

분자 생물학은 1953년 4월에 생화학에서 파생되었습니다. 그 모양은 DNA 분자의 구조를 발견한 James Watson과 Francis Crick의 이름과 관련이 있습니다. 이러한 발견은 유전학, 박테리아 및 바이러스의 생화학 연구를 통해 가능해졌습니다. 분자 생물학자의 직업은 널리 퍼져 있지는 않지만 오늘날 현대 사회매우 큰. 유전적 수준에서 나타나는 질병을 포함하여 많은 질병은 과학자들이 이 문제에 대한 해결책을 찾아야 합니다.

활동 설명

바이러스와 박테리아는 끊임없이 돌연변이를 일으키며, 이는 약이 더 이상 사람을 돕지 못하고 질병이 다루기 어려워진다는 것을 의미합니다. 분자 생물학의 과제는 이 과정을 한발 앞서 질병에 대한 새로운 치료법을 개발하는 것입니다. 과학자들은 잘 확립 된 계획에 따라 작업합니다. 질병의 원인을 차단하고 유전 메커니즘을 제거하여 환자의 상태를 완화합니다. 분자 생물학자들이 환자를 돕기 위해 새로운 치료법을 개발하고 있는 전 세계 여러 센터, 진료소 및 병원이 있습니다.

직무 책임

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

경력 성장의 특징

분자 생물 학자의 직업은 해당 분야에서 매우 유망하며 이미 오늘날 미래의 의료 직업 순위에서 첫 번째라고 주장합니다. 그런데, 분자 생물학자이 지역에 항상 머물 필요는 없습니다. 직업을 바꾸고 싶은 마음이 있다면 실험실 장비 판매 관리자로 재교육을 받거나 다양한 연구를위한 장비 개발을 시작하거나 자신의 사업을 시작할 수 있습니다.