Molekulárna biológia

veda, ktorá si kladie za úlohu poznanie podstaty životných javov štúdiom biologických objektov a systémov na úrovni približujúcej sa molekulárnej úrovni a v niektorých prípadoch dosahujúcej túto hranicu. Konečným cieľom je v tomto prípade zistiť, ako a do akej miery sú charakteristické prejavy života, ako dedičnosť, rozmnožovanie vlastného druhu, biosyntéza bielkovín, excitabilita, rast a vývoj, ukladanie a prenos informácií, premeny energie, mobilita atď., sú spôsobené štruktúrou, vlastnosťami a interakciou molekúl biologicky dôležitých látok, predovšetkým dvoch hlavných tried biopolymérov s vysokou molekulovou hmotnosťou (pozri Biopolyméry) - proteíny a nukleové kyseliny. Charakteristickým znakom M. b. - náuka o javoch života na neživých predmetoch alebo takých, ktoré sa vyznačujú najprimitívnejšími prejavmi života. Sú to biologické útvary z bunkovej úrovne a nižšie: subcelulárne organely, ako sú izolované bunkové jadrá, mitochondrie, ribozómy, chromozómy, bunkové membrány; ďalej - systémy, ktoré stoja na hranici živej a neživej prírody - vírusy vrátane bakteriofágov a končiac molekulami najdôležitejších zložiek živej hmoty - nukleových kyselín (Pozri Nukleové kyseliny) a bielkovín (Pozri Proteíny).

M. b. - nový prírodovedný odbor, úzko súvisiaci s dlhodobo etablovanými oblasťami výskumu, ktorými sú biochémia (Pozri Biochémia), biofyzika (Pozri Biofyzika) a bioorganická chémia (Pozri Bioorganická chémia). Rozlíšenie je tu možné len na základe zohľadnenia použitých metód a základného charakteru použitých prístupov.

Základ, na ktorom sa M. vyvinul. neoddeliteľne spojené s molekulárnou genetikou (pozri Molekulárna genetika) , ktorá naďalej tvorí významnú súčasť M. bankovníctva, hoci sa už do značnej miery sformovala do samostatnej disciplíny. M. izolácia. z biochémie je diktované nasledujúcimi úvahami. Úlohy biochémie sa obmedzujú najmä na zisťovanie účasti určitých chemických látok na určitých biologických funkciách a procesoch a objasňovanie podstaty ich premien; vedúca hodnota patrí informácii o reaktivite a o hlavných znakoch chemickej štruktúry, vyjadrené obvyklým chemickým vzorcom. Pozornosť sa teda v podstate sústreďuje na transformácie ovplyvňujúce chemické väzby principál-valent. Medzitým, ako zdôraznil L. Pauling , v biologických systémoch a prejavoch vitálnej aktivity by sa hlavný význam nemal pripisovať väzbám principál-valent pôsobiacim v rámci jednej molekuly, ale rôznym typom väzieb, ktoré určujú medzimolekulové interakcie (elektrostatické, van der Waalsove, vodíkové väzby atď.) .

Konečný výsledok biochemickej štúdie môže byť reprezentovaný vo forme jedného alebo druhého systému chemických rovníc, zvyčajne úplne vyčerpaných ich znázornením v rovine, to znamená v dvoch rozmeroch. Charakteristickým znakom M. b. je jeho trojrozmernosť. Podstatou M. b. M. Perutz to vidí v interpretácii biologických funkcií z hľadiska molekulárnej štruktúry. Dá sa povedať, že ak predtým, pri štúdiu biologických objektov, bolo potrebné odpovedať na otázku „čo“, to znamená, aké látky sú prítomné, a na otázku „kde“ - v ktorých tkanivách a orgánoch, potom M. b. má za cieľ získať odpovede na otázku „ako“, keď sa naučil podstatu úlohy a participácie celej štruktúry molekuly, a na otázky „prečo“ a „načo“, keď na jednej strane zistil, súvislosti medzi vlastnosťami molekuly (opäť predovšetkým proteínov a nukleových kyselín) a funkciami, ktoré vykonáva a na druhej strane úlohou takýchto jednotlivých funkcií v celkovom komplexe prejavov vitálnej činnosti.

Rozhodujúcu úlohu nadobúda vzájomné usporiadanie atómov a ich zoskupení vo všeobecnej štruktúre makromolekuly, ich priestorové vzťahy. To platí ako pre jednotlivé, jednotlivé zložky, tak aj pre celkovú konfiguráciu molekuly ako celku. V dôsledku vzniku presne stanovenej objemovej štruktúry získavajú molekuly biopolymérov také vlastnosti, vďaka ktorým sú schopné slúžiť ako materiálny základ biologických funkcií. Tento princíp prístupu k štúdiu živého je najcharakteristickejším, typickým znakom M. b.

Odkaz na históriu. Veľký význam štúdia biologických problémov na molekulárnej úrovni predvídal I. P. Pavlov , ktorý hovoril o poslednom kroku vo vede o živote – fyziológii živej molekuly. Samotný výraz „M. b." bol prvýkrát použitý v angličtine. vedci W. Astbury v aplikácii na výskum súvisiaci s objasňovaním vzťahu medzi molekulárnou štruktúrou a fyzikálnymi a biologickými vlastnosťami fibrilárnych (vláknitých) proteínov, ako je kolagén, krvný fibrín alebo proteíny kontraktilných svalov. Široko používa termín „M. b." ocele od začiatku 50. rokov 20. storočia. 20. storočie

Vznik M.. Ako etablovaná veda sa zvykne odvolávať na rok 1953, keď J. Watson a F. Crick v Cambridge (Veľká Británia) objavili trojrozmernú štruktúru deoxyribonukleovej kyseliny (DNA). To umožnilo hovoriť o tom, ako detaily tejto štruktúry určujú biologické funkcie DNA ako materiálneho nosiča dedičnej informácie. V zásade sa táto úloha DNA stala známou o niečo skôr (1944) ako výsledok práce amerického genetika O. T. Averyho a spolupracovníkov (pozri Molekulárna genetika), ale nebolo známe, do akej miery táto funkcia závisí od molekulárnej štruktúry DNA. To sa stalo možným až po tom, čo laboratóriá W. L. Bragga, J. Bernala a i. vyvinuli nové princípy röntgenovej difrakčnej analýzy, ktoré zabezpečili využitie tejto metódy na detailné poznanie priestorovej štruktúry proteínových makromolekúl a nukleových kyselín.

Úrovne molekulárnej organizácie. V roku 1957 J. Kendrew stanovil trojrozmernú štruktúru Myoglobínu a , av ďalších rokoch to urobil M. Perutz vo vzťahu k Hemoglobin a. Boli sformulované predstavy o rôznych úrovniach priestorovej organizácie makromolekúl. Primárna štruktúra je sekvencia jednotlivých jednotiek (monomérov) v reťazci výslednej molekuly polyméru. Pre proteíny sú monoméry aminokyseliny. , pre nukleové kyseliny - Nukleotidy. Lineárna, vláknitá molekula biopolyméru v dôsledku výskytu vodíkových väzieb má schopnosť zapadnúť do priestoru určitým spôsobom, napríklad v prípade proteínov, ako ukazuje L. Pauling, môže trvať tvar špirály. Toto sa označuje ako sekundárna štruktúra. O terciárnej štruktúre sa hovorí, keď sa molekula, ktorá má sekundárnu štruktúru, ďalej zloží tak či onak a vyplní trojrozmerný priestor. Nakoniec, molekuly, ktoré majú trojrozmernú štruktúru, môžu vstúpiť do interakcie, pravidelne sa nachádzajú vo vzájomnom priestore a vytvárajú to, čo je označené ako kvartérna štruktúra; jeho jednotlivé zložky sa bežne označujú ako podjednotky.

Najzrejmejším príkladom toho, ako molekulárna trojrozmerná štruktúra určuje biologické funkcie molekuly, je DNA. Má štruktúru dvojzávitnice: dve nite prebiehajúce vo vzájomne opačnom smere (antiparalelné) sa krútia okolo seba, čím vytvárajú dvojzávitnicu so vzájomne sa dopĺňajúcim usporiadaním báz, t.j. tak, že proti určitej báze jednej reťaze je vždy taká báza, ktorá najlepšie zabezpečuje tvorbu vodíkových väzieb: adepín (A) sa páruje s tymínom (T), guanín (G) s cytozínom (C). Takáto štruktúra vytvára optimálne podmienky pre najdôležitejšie biologické funkcie DNA: kvantitatívne množenie dedičnej informácie v procese bunkového delenia pri zachovaní kvalitatívnej nemennosti tohto toku genetickej informácie. Pri delení bunky sa vlákna dvojzávitnice DNA, ktorá slúži ako templát alebo templát, rozvinú a na každom z nich sa pôsobením enzýmov syntetizuje nové komplementárne vlákno. V dôsledku toho sa z jednej rodičovskej molekuly DNA získajú dve úplne identické dcérske molekuly (pozri Bunka, Mitóza).

Podobne aj v prípade hemoglobínu sa ukázalo, že jeho biologická funkcia – schopnosť reverzibilne naviazať kyslík v pľúcach a následne ho odovzdať tkanivám – úzko súvisí so znakmi trojrozmernej štruktúry hemoglobínu a jeho zmenami v proces implementácie svojej fyziologickej úlohy. Pri väzbe a disociácii O 2 dochádza k priestorovým zmenám v konformácii molekuly hemoglobínu, čo vedie k zmene afinity v nej obsiahnutých atómov železa ku kyslíku. Zmeny veľkosti molekuly hemoglobínu, pripomínajúce zmeny objemu hrudníka pri dýchaní, umožnili nazvať hemoglobín „molekulárnymi pľúcami“.

Jednou z najdôležitejších vlastností živých predmetov je ich schopnosť jemne regulovať všetky prejavy životnej činnosti. Hlavný príspevok M. vedecké objavy treba považovať za objav nového, predtým neznámeho regulačného mechanizmu, označovaného ako alosterický efekt. Spočíva v schopnosti látok s nízkou molekulovou hmotnosťou – tzv. ligandy – na úpravu špecifických biologických funkcií makromolekúl, primárne katalyticky pôsobiace proteíny – enzýmy, hemoglobín, receptorové proteíny podieľajúce sa na stavbe biologických membrán (Pozri Biologické membrány), pri synaptickom prenose (pozri Synapsie) atď.

Tri biotické prúdy. Vo svetle myšlienok M. súhrn javov života možno považovať za výsledok kombinácie troch tokov: tok hmoty, ktorý nachádza svoje vyjadrenie vo fenoménoch metabolizmu, t. j. asimilácii a disimilácii; prúdenie energie, ktorá je hnacou silou všetkých prejavov života; a tok informácií, prenikajúci nielen do celého radu procesov vývoja a existencie každého organizmu, ale aj do súvislého radu po sebe nasledujúcich generácií. Je to myšlienka toku informácií, zavedená do doktríny živého sveta vývojom biomateriálov, ktorá v nej zanecháva svoj vlastný špecifický, jedinečný odtlačok.

Najvýznamnejšie úspechy molekulárnej biológie. Rýchlosť, rozsah a hĺbka M. vplyvu. pokrok v chápaní základných problémov skúmania živej prírody sa právom porovnáva napríklad s vplyvom kvantovej teórie na rozvoj atómovej fyziky. Tento revolučný vplyv určili dve vnútorne súvisiace podmienky. Na jednej strane rozhodujúcu úlohu zohralo objavenie možnosti štúdia najdôležitejších prejavov životnej činnosti za najjednoduchších podmienok, približujúcich sa typu chemických a fyzikálnych experimentov. Na druhej strane v dôsledku tejto okolnosti došlo k rýchlemu zapojeniu značného počtu predstaviteľov exaktných vied - fyzikov, chemikov, kryštalografov a potom matematikov - do vývoja biologických problémov. Celkovo tieto okolnosti predurčili nezvyčajne rýchle tempo rozvoja M. b., počet a význam jeho úspechov, dosiahnutých len za dve desaťročia. Tu je zďaleka nie úplný zoznam týchto úspechov: odhalenie štruktúry a mechanizmu biologickej funkcie DNA, všetkých typov RNA a ribozómov (pozri Ribozómy) , odhalenie genetického kódu (pozri genetický kód) ; objav reverznej transkripcie (pozri transkripciu) , t.j. syntéza DNA na templáte RNA; štúdium mechanizmov fungovania respiračných pigmentov; objav trojrozmernej štruktúry a jej funkčnej úlohy pri pôsobení enzýmov (pozri Enzýmy) , princíp syntézy matrice a mechanizmy biosyntézy bielkovín; odhalenie štruktúry vírusov (Pozri Vírusy) a mechanizmov ich replikácie, primárnej a čiastočne aj priestorovej štruktúry protilátok; izolácia jednotlivých génov , chemická a potom biologická (enzymatická) syntéza génov, vrátane ľudských, mimo bunky (in vitro); prenos génov z jedného organizmu do druhého, vrátane do ľudských buniek; rýchlo postupujúce dešifrovanie chemickej štruktúry zvyšujúceho sa počtu jednotlivých proteínov, najmä enzýmov, ako aj nukleových kyselín; objavenie javov „samo-skladania“ niektorých biologických objektov stále narastajúcej zložitosti, počnúc molekulami nukleových kyselín a prechádzajúcimi k viaczložkovým enzýmom, vírusom, ribozómom atď.; objasnenie alosterických a iných základných princípov regulácie biologických funkcií a procesov.

Redukcionizmus a integrácia. M. b. je posledným stupňom tohto smeru v štúdiu živých objektov, ktorý sa označuje ako „redukcionizmus“, t. j. túžba zredukovať zložité životné funkcie na javy vyskytujúce sa na molekulárnej úrovni, a preto je možné ich študovať metódami fyziky a chémie. . Dosiahnutý M. b. úspechy svedčia o účinnosti tohto prístupu. Zároveň je potrebné vziať do úvahy, že v prirodzených podmienkach bunky, tkaniva, orgánu a celého organizmu máme do činenia so sústavami čoraz zložitejšie. Takéto systémy sa formujú z komponentov nižšej úrovne prostredníctvom ich pravidelnej integrácie do celkov, získavajú štrukturálnu a funkčnú organizáciu a majú nové vlastnosti. Preto, keďže znalosť vzorov dostupných na zverejnenie na molekulárnej a susednej úrovni je podrobná, pred M. b. vyvstáva úloha porozumieť mechanizmom integrácie ako línii ďalšieho vývoja v skúmaní javov života. Východiskom je tu štúdium síl medzimolekulových interakcií – vodíkových väzieb, van der Waalsových síl, elektrostatických síl atď. Svojou kombináciou a priestorovým usporiadaním tvoria to, čo možno označiť ako „integračnú informáciu“. Treba to považovať za jednu z hlavných častí už spomínaného toku informácií. V oblasti M. príkladmi integrácie môžu byť javy samozostavovania zložitých útvarov zo zmesi ich základných častí. Ide napríklad o tvorbu viaczložkových proteínov z ich podjednotiek, tvorbu vírusov z ich základných častí - proteínov a nukleových kyselín, obnovu pôvodnej štruktúry ribozómov po oddelení ich proteínových a nukleových zložiek atď. štúdium týchto javov priamo súvisí s poznaním hlavných javov „rozpoznávanie“ molekúl biopolymérov. Ide o to zistiť, aké kombinácie aminokyselín - v molekulách proteínov alebo nukleotidov - v nukleových kyselinách na seba vzájomne pôsobia pri procesoch spájania jednotlivých molekúl s tvorbou komplexov prísne špecifického, vopred určeného zloženia a štruktúry. Patria sem procesy tvorby komplexných proteínov z ich podjednotiek; ďalej selektívna interakcia medzi molekulami nukleových kyselín, napríklad transportom a matricou (v tomto prípade odhalenie genetického kódu výrazne rozšírilo naše informácie); nakoniec ide o tvorbu mnohých typov štruktúr (napríklad ribozómov, vírusov, chromozómov), na ktorých sa podieľajú proteíny aj nukleové kyseliny. Odhalenie zodpovedajúcich zákonov, znalosť „jazyka“, ktorý je základom týchto interakcií, je jednou z najdôležitejších oblastí matematickej lingvistiky, ktorá stále čaká na svoj rozvoj. Táto oblasť je považovaná za jednu z radu základných problémov pre celú biosféru.

Problémy molekulárnej biológie. Popri špecifikovaných dôležitých úlohách by M. (poznanie vzorcov „rozpoznania“, sebausporiadania a integrácie) skutočným smerom vedeckého hľadania blízkej budúcnosti je vývoj metód, ktoré umožňujú dešifrovanie štruktúry a následne trojrozmerné, priestorové usporiadanie vysokomolekulárnych nukleových kyselín. Toto bolo teraz dosiahnuté s ohľadom na všeobecný plán trojrozmernej štruktúry DNA (dvojitá špirála), ale bez presnej znalosti jej primárnej štruktúry. Rýchly pokrok vo vývoji analytických metód nám umožňuje s istotou očakávať dosiahnutie týchto cieľov v nasledujúcich rokoch. Tu, samozrejme, hlavné príspevky pochádzajú od predstaviteľov príbuzných vied, predovšetkým fyziky a chémie. Všetky najdôležitejšie metódy, ktorých použitie zabezpečilo vznik a úspech M. b., navrhli a vyvinuli fyzici (ultracentrifugácia, röntgenová difrakčná analýza, elektrónová mikroskopia, nukleárna magnetická rezonancia atď.). Takmer všetky nové fyzikálne experimentálne prístupy (napríklad použitie počítačov, synchrotrónu alebo brzdného žiarenia, žiarenia, laserovej technológie a iné) otvárajú nové možnosti pre hĺbkové štúdium problémov meteorologickej analýzy. Medzi najdôležitejšie úlohy praktického charakteru, na ktoré sa očakáva odpoveď od M. b., patrí v prvom rade problém molekulárnych základov malígneho rastu, potom - spôsoby prevencie a možno aj prekonania dedičných chorôb - “ molekulárne choroby“ (Pozri Molekulárne choroby). Veľký význam bude mať objasnenie molekulárnej podstaty biologickej katalýzy, teda pôsobenia enzýmov. Medzi najvýznamnejšie moderné smery M. b. by mala zahŕňať túžbu rozlúštiť molekulárne mechanizmy pôsobenia hormónov (pozri Hormóny) , toxické a liečivé látky, ako aj zistiť podrobnosti o molekulárnej štruktúre a fungovaní takých bunkových štruktúr, ako sú biologické membrány, ktoré sa podieľajú na regulácii procesov prenikania a transportu látok. Vzdialenejšie ciele M. b. - znalosť podstaty nervových procesov, pamäťových mechanizmov (Pozri Pamäť) atď. Jedna z dôležitých vznikajúcich častí M. b. - tzv. genetické inžinierstvo, ktorého cieľom je cieľavedome prevádzkovať genetický aparát (Genóm) živých organizmov, počnúc mikróbmi a nižšími (jednobunkovými) a končiac ľuďmi (v druhom prípade predovšetkým za účelom radikálnej liečby dedičných chorôb (Viď. dedičné choroby) a korekcia genetických chýb). O rozsiahlejších zásahoch do ľudského genetického základu možno diskutovať až vo viac-menej vzdialenej budúcnosti, keďže v tomto prípade vznikajú vážne prekážky, technické aj zásadné. Čo sa týka mikróbov, rastlín, a je to možné, a strana - x. Pre zvieratá sú takéto vyhliadky veľmi povzbudivé (napríklad získanie odrôd pestovaných rastlín, ktoré majú zariadenie na fixáciu dusíka zo vzduchu a nepotrebujú hnojivá). Vychádzajú z už dosiahnutých úspechov: izolácia a syntéza génov, prenos génov z jedného organizmu do druhého, využitie masových bunkových kultúr ako producentov hospodársky alebo medicínsky dôležitých látok.

Organizácia výskumu v molekulárnej biológii. Rýchly vývoj M. viedla k vzniku veľkého počtu špecializovaných výskumných centier. Ich počet rýchlo rastie. Najväčší: vo Veľkej Británii - Laboratórium molekulárnej biológie v Cambridge, Kráľovský inštitút v Londýne; vo Francúzsku - ústavy molekulárnej biológie v Paríži, Marseille, Štrasburgu, Pasteurov inštitút; v USA - oddelenia M. b. na univerzitách a inštitútoch v Bostone (Harvard University, Massachusetts Institute of Technology), San Franciscu (Berkeley), Los Angeles (California Institute of Technology), New Yorku (Rockefeller University), zdravotných inštitútoch v Bethesde atď.; v Nemecku - inštitúty Maxa Plancka, univerzity v Göttingene a Mníchove; vo Švédsku Karolínsky inštitút v Štokholme; v NDR - Ústredný ústav molekulárnej biológie v Berlíne, ústavy v Jene a Halle; v Maďarsku - Biologické centrum v Szegede. V ZSSR by bol prvým špecializovaným ústavom M. bola vytvorená v Moskve v roku 1957 v systéme Akadémie vied ZSSR (pozri. ); potom vznikli: Ústav bioorganickej chémie Akadémie vied ZSSR v Moskve, Proteínový ústav v Puščine, Biologické oddelenie Ústavu pre atómovú energiu (Moskva) a oddelenia M. b. v ústavoch Sibírskej pobočky Akadémie vied v Novosibirsku, Medzirezortnom laboratóriu bioorganickej chémie Moskovskej štátnej univerzity, Sektoru (neskôr Ústavu) molekulárnej biológie a genetiky Akadémie vied Ukrajinskej SSR v Kyjeve. ; významné dielo o M. b. sa uskutočňuje v Ústave makromolekulárnych zlúčenín v Leningrade, v mnohých oddeleniach a laboratóriách Akadémie vied ZSSR a ďalších oddeleniach.

Spolu s jednotlivými výskumnými centrami vznikali organizácie širšieho rozsahu. V západnej Európe vznikla Európska organizácia pre M. (EMBO), na ktorom sa zúčastňuje viac ako 10 krajín. V ZSSR bola v roku 1966 na Ústave molekulárnej biológie zriadená Vedecká rada o M. B., ktorá je koordinačným a organizačným centrom v tejto oblasti poznania. Vydal rozsiahlu sériu monografií o najvýznamnejších úsekoch M. b., pravidelne sa organizujú „zimné školy“ o M. b., konajú sa konferencie a sympóziá k aktuálnym problémom M. b. Vedecké rady o M. by v budúcnosti. boli vytvorené na Akadémii lekárskych vied ZSSR a mnohých republikových akadémiách vied. Časopis Molecular Biology vychádza od roku 1966 (6 čísel ročne).

Za pomerne krátky čas sa v ZSSR rozrástla značná skupina výskumníkov v oblasti M.; ide o vedcov staršej generácie, ktorí čiastočne zmenili svoje záujmy z iných oblastí; z väčšej časti sú to početní mladí výskumníci. Z popredných vedcov, ktorí sa aktívne podieľali na formovaní a rozvoji M. b. v ZSSR možno menovať ako A. A. Baev, A. N. Belozersky, A. E. Braunshtein, Yu, A. Ovchinnikov, A. S. Spirin, M. M. Shemyakin, V. A. Engelgardt. Nové úspechy M. a molekulárnej genetike uľahčí uznesenie ÚV KSSZ a Rady ministrov ZSSR (máj 1974) „O opatreniach na urýchlenie rozvoja molekulárnej biológie a molekulárnej genetiky a využitie ich úspechov v národnom ekonomika“.

Lit.: Wagner R., Mitchell G., Genetika a metabolizmus, prekl. z angličtiny, M., 1958; Szent-Gyorgy a A., Bioenergetika, prekl. z angličtiny, M., 1960; Anfinsen K., Molekulárne základy evolúcie, trans. z angličtiny, M., 1962; Stanley W., Valens E., Vírusy a povaha života, prekl. z angličtiny, M., 1963; Molekulárna genetika, trans. s. Angličtina, časť 1, M., 1964; Volkenstein M.V., Molekuly a život. Úvod do molekulárnej biofyziky, M., 1965; Gaurowitz F., Chémia a funkcie proteínov, trans. z angličtiny, M., 1965; Bresler S. E., Úvod do molekulárnej biológie, 3. vydanie, M. - L., 1973; Ingram V., Biosyntéza makromolekúl, trans. z angličtiny, M., 1966; Engelhardt V. A., Molekulárna biológia, v knihe: Rozvoj biológie v ZSSR, M., 1967; Úvod do molekulárnej biológie, prel. z angličtiny, M., 1967; Watson, J., Molecular Biology of the Gene, trans. z angličtiny, M., 1967; Finean J., Biologické ultraštruktúry, trans. z angličtiny, M., 1970; Bendoll, J., Muscles, Molecules, and Movement, trans. z angličtiny, M., 1970; Ichas M., Biologický kód, prekl. z angličtiny, M., 1971; Molekulárna biológia vírusov, M., 1971; Molekulové základy biosyntézy proteínov, M., 1971; Bernhard S., Štruktúra a funkcia enzýmov, trans. z angličtiny, M., 1971; Spirin A.S., Gavrilova L.P., Ribosome, 2. vydanie, M., 1971; Frenkel-Konrat H., Chémia a biológia vírusov, prekl. z angličtiny, M., 1972; Smith C., Hanewalt F., Molekulárna fotobiológia. Procesy inaktivácie a obnovy, trans. z angličtiny, M., 1972; Harris G., Základy ľudskej biochemickej genetiky, trans. z angličtiny, M., 1973.

V. A. Engelhardt.

Veľká sovietska encyklopédia. - M.: Sovietska encyklopédia. 1969-1978 .

Pre koho? Stredoškoláci, študenti.
Čo dáva? Znalosť základov molekulárnej biológie.
Učitelia. Vedúci Laboratória molekulárnej genetiky mikroorganizmov na Ústave génovej biológie Ruskej akadémie vied, profesor na Rutgers University (USA), profesor na Skolkovskom inštitúte vedy a techniky (SkolTech).
Kedy? Treba si to ujasniť.
Cena. 9 000 rubľov.
Podmienky účasti. Na stránke je potrebné zanechať žiadosť o účasť.

Biologické kruhy. Moskovská štátna univerzita M.V. Lomonosov.

Pre koho? 9.-11.ročník.
Čo dáva? Znalosť biológie, zručnosť vykonávať dizajnérske práce, zručnosť práce v laboratóriu.
Učitelia. Zamestnanci biologickej fakulty Moskovskej štátnej univerzity.
Kedy?
Cena. Treba si to ujasniť.
Podmienky účasti. Treba si to ujasniť.

Biologické oddelenie Moskovského gymnázia č. 1543 na juhozápade.

Pre koho? 7-10 ročníkov.
Čo dáva? Pokročilé znalosti z biológie.
Učitelia. Zamestnanci Moskovskej štátnej univerzity, absolventi gymnázia.
Kedy? Je možné sledovať dátum začiatku náboru.
Povinné požiadavky. Je potrebné absolvovať prijímacie skúšky.
Cena. Zadarmo (existuje dobrovoľný príspevok).
Podmienky účasti. Prijatie na gymnázium na plnohodnotné vzdelávanie.

Škola "Chem*Bio*Plus". Ruská národná výskumná lekárska univerzita pomenovaná po N.I. Pirogov.

Pre koho? 10-11 ročníkov.
Čo dáva? Vedomosti z biológie, chémie.
Kedy? Set - ročne, v septembri.
Povinné požiadavky. Nastavte na základe výsledkov testov.
Cena. 10 000 - 75 000 rubľov (existuje skúšobná lekcia).

akadémie. "PostScience".

Pre koho?Školáci, študenti.
Čo dáva?

• znalosti v oblasti fyziky elementárnych častíc, chémie, medicíny, matematiky, neurofyziológie, genetiky, sociológie, informatiky;
• znalosti o tom, ako sa vedecký vývoj uplatňuje v reálnom živote.

Učitelia. Vysoko kvalifikovaní odborníci, vedci.
Kedy? Je možné sledovať termíny náborov V kontakte s a Facebook.
Cena. 9 000 rubľov.
Podmienky účasti. Musíte sledovať správny kurz. Zaregistrujte sa na kurz a zaplaťte za kurz.

Petrozavodsk

STEM centrum Petrozavodskej štátnej univerzity.

Pre koho? 1-11 ročníkov.
Čo dáva? Zručnosti dizajnu, výskumná činnosť v oblasti programovania, biológie, chémie, fyziky.
Kedy? Je možné sledovať dátum začiatku náboru.
Cena. Treba si to ujasniť.
Podmienky účasti.Študenti Petrozavodských škôl.

Otvorené univerzitné lýceum Petrozavodskej štátnej univerzity.

Pre koho? 10. ročník
Čo dáva?

• technický smer (fyzika, matematika, informatika, ruský jazyk);
• biomedicínske (chémia, biológia, ruský jazyk).

Kedy? Je možné sledovať dátum začiatku náboru.
Cena. Treba si to ujasniť.
Podmienky účasti. Občianstvo Ruskej federácie, prihláška, školné.

Majstrovské kurzy

"Štruktúra a funkcie bunky" - lekcia v múzeu.

Pre koho? 14-16 rokov.
Čo dáva?

• praktické zručnosti v biológii;
• mikroskopické zručnosti;
• experimentálna zručnosť.

Kedy? Treba si to ujasniť.
Cena. Treba si to ujasniť.
trvanie. 90 minút.
Špeciálne podmienky pre návštevu. Posledný utorok v mesiaci je sanitárny deň.
Ako sa prihlásiť? Zanechajte žiadosť na stránke.

"Svet pod mikroskopom".

Pre koho? 6-16 rokov.
Čo dáva? Pozorovanie mikroorganizmov, bunkovej štruktúry pod mikroskopom.
Kedy? Treba si to ujasniť.
Cena. 200 r.
trvanie. 1 hodina.
Špeciálne podmienky pre návštevu. Skupinové vyučovanie (pre návštevníkov od 6 rokov) prebieha cez víkendy a školské prázdniny podľa rozvrhu.
Ako sa prihlásiť? Zanechajte žiadosť na stránke.

Lekcia chémie "Najúžasnejšia látka na Zemi."

Pre koho? 14-16 rokov.
Čo dáva?

• znalosti o vlastnostiach vody;
• schopnosť vykonávať laboratórne experimenty.

Kedy? Treba si to ujasniť.
Cena. 16 000 rubľov pre dvojitú skupinu po 15 ľudí.
trvanie. 90 minút.

táborov

Moskovská oblasť

Chemický tábor „Slon a žirafa“.

Pre koho? 9.-11.ročník.
Kedy? Ročne.
Čo dáva?

• znalosť chémie;
• reagenčné zručnosti.

Poznámka: tréningové programy menia každú zmenu, preto je potrebné si s organizátormi ujasniť ich obsah.
Učitelia. Vysokokvalifikovaní lekári rôznych špecializácií, profesionálni biológovia, vedci.
Cena. 32 000 rubľov
Podmienky účasti. Musíte podať žiadosť na stránke.

Vzdelávacie centrum Sirius. Smer "Veda". Posuny "Chémia", "Biológia".

Pre koho? 10-17 rokov.
Čo dáva? Hlboká znalosť základných predmetov, rozšírenie obzorov a osobný rozvoj.
Učitelia. Vedci, učitelia popredných univerzít, fyzikálno-matematických a chemicko-biologických škôl, tréneri národných a regionálnych tímov z matematiky, fyziky, chémie a biológie.
Kedy? Ročne. Je možné sledovať termíny náborov.
Povinné požiadavky. Hlboká znalosť odborných predmetov, úroveň celoruských, medzinárodných olympiád.
Cena. Je zadarmo.
Podmienky účasti. Použiť na stránke. Konkurenčný výber je možný. Podrobnosti je potrebné overiť u organizátorov alebo sledovať na webovej stránke.

univerzity

Moskovská štátna univerzita M.V. Lomonosov.

Katedra biológie.
Rok vytvorenia: 1930.
Čo dáva?
kvalifikácia:

Ruská národná výskumná lekárska univerzita pomenovaná po N.I. Pirogov.

Katedra biochémie a molekulárnej biológie.
Rok vytvorenia: 1963.
Čo dáva? Pripravuje kvalifikovaných odborníkov.
kvalifikácia:špecialista, doba školenia - 6 rokov.

Novosibirsk

Štátna univerzita v Novosibirsku.

Fakulta prírodných vied. Biologické oddelenie. Katedra molekulárnej biológie.
Rok vytvorenia: 1959.
Čo dáva? Pripravuje kvalifikovaných odborníkov.
kvalifikácia: bakalár, doba štúdia - 4 roky, magisterské - 2 roky.

Online kurzy

V ruštine

"Skutočná matematika". Elektronická škola "Znanika".

Pre koho? 5.-9.ročník.
Čo dáva? Hlboká znalosť matematiky.
Kedy? Kedykoľvek.
Učitelia. Kandidáti fyzikálnych a matematických, pedagogických vied, docenti, profesori a lektori popredných univerzít krajiny.
Podmienky účasti. Vyžaduje sa registrácia.

Virtuálne chemické laboratórium. Štátna technická univerzita v Mari.

Pre koho? 8-11 ročníkov.
Čo dáva? Zručnosť práce v chemickom laboratóriu, zručnosť vykonávať experimenty v reálnom čase.
Cena. 3 500 - 9 000 rubľov
Podmienky účasti. Odhlásiť sa.

Mark Zentrum. Medzinárodné vzdelávacie online centrum.

Pre koho? Od 11 rokov.
Čo dáva? Vzdelávacie programy z biológie, chémie, matematiky, cudzích jazykov.
Kedy? Individuálne hodiny sú dohodnuté s vyučujúcim. Skupinové hodiny prebiehajú podľa rozvrhu.
Učitelia. Lingvisti, cviční učitelia odborných predmetov.
Cena. Skúšobná lekcia je bezplatná. Individuálne lekcie: jedna lekcia - 450–1200 rubľov, v závislosti od počtu lekcií (minimálne päť) a dĺžky lekcie. Skupinové lekcie: jedna lekcia - 280–640 rubľov.
Náklady na hodiny cudzích jazykov. Skúšobná hodina s rodeným hovorcom- zaplatené: 10 eur. Cena jednej lekcie: 15-35 eur v závislosti od dĺžky lekcie.
trvanie. Závisí od formy práce. Individuálna lekcia - 45–90 minút, skupinová lekcia - 90 minút, webinár - 120 minút. Prvá skúšobná lekcia trvá 30-40 minút.
Podmienky účasti. Vyplňte prihlášku na skúšobnú hodinu.
Špeciálne podmienky. Potrebné materiály a učebnice zasiela vyučujúci v elektronickej podobe (možnosť zakúpenia študijných materiálov v tlačenej forme).

V angličtine

Prednáška. Prekvapenia a objavy v katalýze.

Pre koho?Školáci, študenti.
Čo dáva? Znalosť najnovších pokrokov v katalýze.
Učitelia. Erick M. Carreira, profesor organickej chémie na univerzite v Zürichu.
Kedy? Kedykoľvek.
Cena. Je zadarmo.

Virtulab v chémii v angličtine. Je možné nastaviť ruský jazyk.

Pre koho?Žiaci.
Čo dáva? Zručnosť v práci v laboratóriu so stovkami činidiel v reálnom čase.
Kedy? Kedykoľvek.
Cena. Je zadarmo.

Detektívny chemický virtulab. Vyšetrovanie trestného činu s pomocou znalostí chémie.

Pre koho?Školáci, študenti.
Čo dáva? Zručnosť aplikovať poznatky z chémie hravou formou.
Kedy? Kedykoľvek.
Trvanie úlohy. 40 – 50 minút.
Cena. Je zadarmo.
Podmienky účasti. Stiahnite si program do počítača.

1 otázka. Účel, úlohy a metódy molekulárnej biológie. Samotný termín „molekulárna biológia“ prvýkrát použili Angličania. vedcov W. Astburyho k výskumu súvisiacemu s objasnením vzťahu medzi molekulárnou štruktúrou a fyzikálnymi a biologickými vlastnosťami fibrilárnych (vláknitých) proteínov, ako je kolagén, krvný fibrín alebo proteíny kontraktilných svalov. Pojem „molekulárna biológia“ sa vo veľkej miere používa od začiatku 50. rokov minulého storočia. 20. storočie Molekulárna biológia je komplex biologických vied, ktorý študuje mechanizmy ukladania, prenosu a implementácie genetickej informácie, štruktúru a funkcie nepravidelných biopolymérov (proteínov a nukleových kyselín). William Thomas Astbury () britský fyzik, molekulárny biológ

Molekulárna biológia študuje základné vlastnosti a prejavy života na molekulárnej úrovni. Zisťuje, ako a do akej miery je rast a vývoj organizmov, ukladanie a prenos dedičných informácií, premena energie v živých bunkách a iné javy podmienené štruktúrou a vlastnosťami biologicky dôležitých makromolekúl (hlavne bielkovín a nukleových kyselín) . Charakteristickým rysom molekulárnej biológie je štúdium javov života na neživých predmetoch alebo na tých predmetoch, ktoré majú najprimitívnejšie prejavy života. Sú to biologické útvary z bunkovej úrovne a nižšie: subcelulárne organely, ako sú izolované bunkové jadrá, mitochondrie, ribozómy, chromozómy, bunkové membrány; ďalej sústavy stojace na hranici živej a neživej prírody, vírusy vrátane bakteriofágov a končiac molekulami najdôležitejších zložiek živej hmoty, nukleovými kyselinami.

Predmet výskumu MB Mechanizmy uchovávania, prenosu a realizácie genetickej informácie, štruktúra a funkcie nepravidelných biopolymérov Predmetom výskumu MB sú vírusy subcelulárnych organel (bakteriofágov). jadro mitochondrie ribozómy chromozómové systémy, ktoré stoja na hranici živej a neživej prírody

Úlohy molekulárnej biológie Hľadanie riešenia problému molekulárnej podstaty malígneho rastu Spôsoby prevencie a prekonania dedičných chorôb Objasnenie molekulárnej podstaty biologickej katalýzy, teda pôsobenia enzýmov Dešifrovanie molekulárnych mechanizmov účinku hormónov, toxických a liečivé látky objasnenie detailov molekulárnej štruktúry a fungovania biologických membrán podieľajúcich sa na regulačných procesoch penetrácie a transportu látok Vzdialenejšie úlohy - poznanie podstaty nervových procesov, pamäťových mechanizmov

Vo svetle koncepcií molekulárnej biológie možno život považovať za výsledok kombinácie troch tokov: tok hmoty, ktorý nachádza svoje vyjadrenie vo fenoménoch metabolizmu, t. j. asimilácii a disimilácii; prúdenie energie, ktorá je hnacou silou všetkých prejavov života; tok informácií, ktorý preniká nielen celou rozmanitosťou procesov vývoja a existencie každého organizmu, ale aj súvislým radom po sebe nasledujúcich generácií. Je to myšlienka toku informácií, zavedená do doktríny živého sveta vývojom molekulárnej biológie, ktorá v nej zanecháva svoj vlastný špecifický, jedinečný odtlačok.

Molekulárna biológia je posledným stupňom v štúdiu živých objektov, ktoré sa nazýva „redukcionizmus“, t. j. túžba zredukovať zložité životné funkcie na javy vyskytujúce sa na molekulárnej úrovni, a preto prístupné na štúdium metódami fyziky a chémia. Úspechy dosiahnuté v molekulárnej biológii svedčia o účinnosti tohto prístupu. Zároveň je potrebné vziať do úvahy, že v prirodzených podmienkach sú bunka, tkanivo, orgán a celý organizmus sústavami s narastajúcou zložitosťou. Tieto systémy sú tvorené z komponentov nižšej úrovne ich integráciou do celku, ktorý získava nové vlastnosti.

Metódy molekulárnej biológie. Keďže molekulárna biológia je komplex biologických vied, využíva metódy týchto vied: ultracentrifugáciu, röntgenovú difrakčnú analýzu, elektrónovú mikroskopiu, nukleárnu magnetickú rezonanciu, metódu polymerázovej reťazovej reakcie. Okrem toho molekulárna biológia využíva metódy iných vied – napríklad fyziky: využitie počítačov, synchrotrón, čiže brzdné žiarenie, žiarenie, laserové technológie.

Elektrónový mikroskop Elektrónový mikroskop je zariadenie, ktoré umožňuje získať obraz predmetov s maximálnym miliónovým zväčšením vďaka použitiu, na rozdiel od optického mikroskopu, elektrónového lúča namiesto svetelného toku. Na získanie obrazu v elektrónovom mikroskope sa používajú špeciálne magnetické šošovky, ktoré riadia pohyb elektrónov v stĺpci prístroja pomocou magnetického poľa.

Fluorescenčná (luminiscenčná) mikroskopia je založená na schopnosti určitých látok luminiscovať, teda žiariť pri osvetlení neviditeľným ultrafialovým alebo modrým svetlom. Keď je luminiscencia excitovaná modrým svetlom, jeho farba môže byť od zelenej po červenú; ak je luminiscencia excitovaná ultrafialovým žiarením, potom môže byť žiara v ktorejkoľvek časti viditeľného spektra. Zariadenie luminiscenčného mikroskopu a pravidlá práce s ním sa líšia od mikroskopu s prechádzajúcim svetlom v tomto: Prítomnosť výkonného svetelného zdroja v iluminátore, vyžarujúceho najmä v krátkovlnnej (ultrafialovej, modrej) časti spektra. (supervysokotlaková ortuťovo-kremenná výbojka alebo halogénová kremenná výbojka). Dostupnosť systému svetelných filtrov: 1. Budiace filtre prepúšťajú len tú časť spektra, ktorá budí luminiscenciu; 2. Tepelne tieniaci svetelný filter chráni ostatné svetelné filtre, prípravu a optiku luminiscenčného mikroskopu pred prehriatím. 3. Medzi okulárom sú umiestnené "uzamykacie" filtre. Tieto svetelné filtre absorbujú vzrušujúce žiarenie a prenášajú luminiscenčné svetlo zo vzorky do oka pozorovateľa.

Centrifugation Centrifugation Separácia nehomogénnych systémov (napr. častice kvapalina-pevná látka) na hustotné frakcie pomocou odstredivých síl. Centrifugácia sa vykonáva v zariadeniach nazývaných centrifúgy. Centrifúga - zariadenie, ktoré vytvára vysoké odstredivé sily v dôsledku otáčania rotora od 200 otáčok za minútu do otáčok. Centrifugácia v biológii sa používa na oddelenie sedimentu bunkových štruktúr od roztoku. Na štúdium makromolekulových látok (proteíny, nukleové kyseliny a pod.) a biologických systémov sa používajú ultracentrifúgy s rýchlosťou rotora 2000 ot/min až ot/min (až 2500 ot/min).

Elektroforéza Elektroforéza je pohyb častíc dispergovanej fázy koloidných alebo proteínových roztokov v kvapalnom alebo plynnom prostredí pôsobením vonkajšieho elektrického poľa. Prvýkrát ho objavili profesori Moskovskej univerzity P. I. Strakhov a F. F. Reiss v roku 1809. V biológii sa elektroforéza využíva na separáciu makromolekúl.

Polymerázovú reťazovú reakciu (PCR, PCR) vynašiel v roku 1983 americký vedec Cary Mullis. Následne za tento vynález dostal Nobelovu cenu. Základom metódy PCR je opakované zdvojenie určitého úseku DNA. Výsledkom je, že sa vytvorí dostatočné množstvo DNA na vizuálnu detekciu. Molekulárne klonovanie (Gene cloning) je produkcia veľkého počtu identických molekúl DNA pomocou živých organizmov (baktérií alebo vírusov). Imunocytochemické metódy umožňujú lokalizáciu a identifikáciu bunkových a tkanivových zložiek (antigénov) na základe ich väzby na protilátky. Väzbové miesto sa určí pomocou značených protilátok alebo sekundárneho značenia. Metóda PCR umožňuje určiť prítomnosť pôvodcu ochorenia, aj keď je vo vzorke prítomných len niekoľko molekúl DNA pôvodcu ochorenia.

Molekulárna biológia sa historicky objavila ako odvetvie biochémie. Za dátum narodenia molekulárnej biológie sa považuje apríl 1953, keď sa v anglickom časopise Nature objavil článok Jamesa Watsona a Francisa Cricka, ktorý navrhoval priestorový model molekuly DNA. 2 otázka. História vývoja molekulárnej biológie. Tento zásadný objav pripravila dlhá etapa výskumu genetiky a biochémie vírusov a baktérií. V roku 1928 Frederick Griffith ako prvý ukázal, že extrakt z teplom usmrtených baktérií spôsobujúcich choroby môže preniesť črtu patogenity na benígne baktérie.

Ďalším dôležitým objavom pre metodiku bol objav bakteriofágových vírusov na začiatku 20. storočia. V 50. rokoch 20. storočia sa ukázalo, že baktérie majú primitívny sexuálny proces, sú schopné vymieňať si extrachromozomálnu DNA – plazmid. Štruktúra bakteriofága Bakteriofágy na povrchu bakteriálnej bunky

Ďalší rozvoj molekulárnej biológie sprevádzal jednak rozvoj jej metodológie, najmä vynález metódy na určenie nukleotidovej sekvencie DNA (W. Gilbert a F. Sanger, 1980 - Nobelova cena za chémiu), ako aj nové objavy v oblasti výskumu štruktúry a fungovania génov. Do začiatku 21. storočia sa získali údaje o primárnej štruktúre celej DNA človeka a množstva ďalších organizmov, najvýznamnejších pre medicínu, poľnohospodárstvo a vedecký výskum, čo viedlo k vzniku niekoľkých nových oblastí v r. biológia: genomika, bioinformatika atď.).

Odhalenie štruktúry a mechanizmu biologickej funkcie DNA, všetkých typov RNA a ribozómov, odhalenie genetického kódu; objavenie reverznej transkripcie, t.j. syntézy DNA na templáte RNA; štúdium mechanizmov fungovania respiračných pigmentov; objav trojrozmernej štruktúry a jej funkčnej úlohy v pôsobení enzýmov, objav princípu syntézy matrice a mechanizmov biosyntézy bielkovín; odhalenie štruktúry vírusov a mechanizmov ich replikácie, primárnej a čiastočne aj priestorovej štruktúry protilátok; izolácia jednotlivých génov, chemická a následne biologická (enzymatická) syntéza génov vrátane ľudských mimo bunky (in vitro); prenos génov z jedného organizmu do druhého, vrátane do ľudských buniek; objavenie javov „samo-skladania“ niektorých biologických objektov stále narastajúcej zložitosti, počnúc molekulami nukleových kyselín a prechádzajúcimi k viaczložkovým enzýmom, vírusom, ribozómom atď.; objasnenie alosterických a iných základných princípov regulácie biologických funkcií a procesov. 3 otázka. Najvýznamnejšie úspechy molekulárnej biológie a jej prepojenie s inými vedami. Najvýznamnejšie úspechy molekulárnej biológie:

Oblasť záujmu molekulárnych biológov dnes pokrýva široké spektrum základných vedeckých otázok. Tak ako predtým, vedúcu úlohu zohráva štúdium štruktúry nukleových kyselín a biosyntézy proteínov, štúdium štruktúry a funkcií rôznych intracelulárnych štruktúr a bunkových povrchov.

MOLEKULÁRNA BIOLÓGIA MOLEKULÁRNA BIOLÓGIA

študovanie zákl vlastnosti a prejavy života na molekulárnej úrovni. Najdôležitejšie smery v M. b. sú štúdie štrukturálnej a funkčnej organizácie genetického aparátu buniek a mechanizmu realizácie dedičnej informácie (molekulárna genetika), štúdium pier. mechanizmy interakcie vírusov s bunkami (molekulárna virológia), štúdium zákonitostí imunitných reakcií organizmu (molekulárna imunológia), štúdium výskytu rôznej kvality buniek v priebehu individuálneho vývoja organizmov a špecializácie buniek (vývoj M. b.) atď. M. b. oddelená od biochémie a sformovaná ako samostatná veda v 50. rokoch. Narodenie M. často sa pripisuje roku 1953, kedy bola publikovaná práca J. Watsona a F. Cricka o priestorovej štruktúre molekuly DNA (tzv. dvojitá špirála), a biol. funkcia tejto molekuly bola spojená s jej chemikáliou. štruktúry (už v roku 1944 O. Avery a spolupracovníci zistili, že DNA je nositeľom dedičstva, informácií). Vo formácii M. veľkú úlohu zohrali myšlienky a metódy klasickej genetiky, mikrobiológie, virológie, využitie výdobytkov exaktných vied – fyzika, chémia, matematika, kryštalografia, najmä röntgenová difrakčná analýza). Hlavné objekty výskumu v M.. sú vírusy vrátane bakteriofágov, bunky a subcelulárne štruktúry (jadrá, mitochondrie, ribozómy, chromozómy, bunkové membrány), ako aj makromolekuly (proteíny, nukleové kyseliny). Naib, hlavné úspechy M. b. - rozlúštenie štruktúry určitých proteínov a stanovenie spojenia medzi ich štruktúrou a funkciou (M. Peruts, J. Kendrew, F. Sanger, K. Anfinsen atď.), určenie štruktúry a mechanizmus biol. funkcie nukleových kyselín a ribozómov (J. Watson, f. Crick, R. Holley a i.), dekódovanie genetick. kód (M. Nirenberg, S. Ochoa), objav reverznej transkripcie (X. Temin, D. Baltimore), mechanizmus hl. štádiá biosyntézy molekuly proteínu (F. Crick, F. Jacob, J. Mono) a nukleových kyselín (A. Kornberg, S. Ochoa), stanovenie štruktúry vírusov a ich replikačných mechanizmov, rozvoj genetického inžinierstva metódy (P. Berg, V Arber, G. O. Smith, D. Nathan), syntéza génov (X. Korán) atď. Sov. vedci vlastnia formuláciu princípu matricovej syntézy biopolymérov (N. K. Koltsov), vytvorenie základov moderných. bioenergetika a mechapochémia (V. A. Engelgardt), dôkaz existencie DNA vo vyšších rastlinách (N. A. Belozersky), vytvorenie virogenet. teória nástupu rakoviny (L. A. Zilber), stanovenie nukleotidovej sekvencie v transferovej RNA (A. A. Baev), objav a štúdium informozómov (A. S. Spirin) atď. M. b. má veľký praktický význam pri rozvoji x-va (riadená a riadená zmena dedičného aparátu zvierat a rastlín na získanie vysoko produktívnych plemien a odrôd), mikrobiologický priemysel (bakteriálna syntéza biologicky aktívnych polypeptidov a bielkovín, aminokyselín atď.) a ako teoretická. základ dec. odbory medicíny (virológia, imunológia atď.). Pred M. b. sú úlohou riešiť problémy, ktoré hovoria. základy zhubného bujnenia, prevencia dedičných ochorení, objasnenie molekulárnej podstaty katalýzy, pôsobenie hormónov, toxický. a liečivých látok, znalosť mechanizmov pamäti, podstaty nervových procesov. Veľký význam má rozvoj genetického inžinierstva, ktoré umožňuje cielene prevádzkovať genetiku. aparát živočíšnych organizmov. M. b. spolu s biochémiou, biofyzikou, bioorganickou chémiou sa často spájajú do jedného všeobecného smeru – fyzikálnej a chemickej biológie.

.(Zdroj: "Biologický encyklopedický slovník." Vedúci redaktor M. S. Gilyarov; Redakčná rada: A. A. Babaev, G. G. Vinberg, G. A. Zavarzin a ďalší - 2. vydanie, opravené. - M.: Sov. Encyklopédia, 1986.)

molekulárna biológia

Odvetvie biológie, ktoré študuje štruktúry a procesy vlastné živým organizmom na molekulárnej úrovni. Molekulárna biológia sa snaží vysvetliť najdôležitejšie javy života (dedičnosť, premenlivosť, rast, vývoj, pohyb, metabolizmus a energia, citlivosť, imunitu atď.) štruktúrou, vlastnosťami a interakciami chemických látok, ktoré tvoria organizmy. V každom organizme v každom okamihu jeho existencie prebieha obrovské množstvo biochemických reakcií, na ktorých sa zúčastňujú molekuly veľké i malé, jednoduché aj zložité, organické a anorganické. Všetky tieto reakcie sú prísne nariadené a v závislosti od podmienok a potrieb organizmu podliehajú úprave a regulácii. Rozhodujúcu úlohu v organizácii týchto procesov majú dve triedy veľkých molekúl - bielkoviny a nukleových kyselín. Tieto biopolyméry slúžia ako hlavný predmet štúdia v molekulárnej biológii.
Molekulárna biológia sa od začiatku rozvíjala ako vedný odbor súvisiaci predovšetkým s biochémiou a biofyzikou, ale aj genetikou, mikrobiológiou a virológiou. V 30-40 rokoch. 20. storočie na stanovenie priestorovej štruktúry najdôležitejších proteínov sa začala používať röntgenová difrakčná analýza, ktorá následne zohrala rozhodujúcu úlohu pri stanovení štruktúry DNA. Zavedenie metód a myšlienok fyziky a chémie do biológie v týchto rokoch položilo základ pre rozvoj „molekulárneho“ smeru. Jeho budúce úspechy v mnohom predurčili záujem fyzikov a chemikov o tento problém dedičnosť. V roku 1944 vyšla kniha jedného zo zakladateľov kvantovej mechaniky E. Schrödingera „Čo je život? Z pohľadu fyzika“, ktorý obsahoval súhrn základov genetiky. Táto práca bola mnohými predstaviteľmi exaktných vied vnímaná ako výzva sústrediť úsilie na vyriešenie hádanky „podstaty dedičnosti“.
Po 9 rokoch tento problém vyriešili J. Watson a F. Crick. V čase uverejnenia ich článku (apríl 1953), v ktorom bol navrhnutý model molekuly DNA (tzv. dvojitá špirála), je zvykom pripisovať zrod molekulárnej biológii. Watson-Crickov model živo vyjadril hlavný smer novej vedy: biologické funkcie makromolekuly možno vysvetliť jej štruktúrou (pozri obr. Deoxyribonukleové kyseliny). Zároveň bola molekulárna úroveň (dvojvláknová DNA) logicky spojená so subcelulárnou úrovňou (replikácia chromozómov), mobilné ( mitóza, meióza) a organizmickej (dedičnosť vlastností).
Podobný prístup bol nájdený aj v starších prácach. Ešte v roku 1927 N.K. Kolcov vyjadrili hypotézu „dedičných molekúl“, ktoré môžu byť reprodukované syntézou matrice, a V.A. Engelhardtovi sa v roku 1939 podarilo spojiť štruktúru svalových bielkovín s ich úlohou pri svalovej kontrakcii. Až po „dvojzávitnici“ sa však začal prudký rozvoj molekulárnej biológie, ktorá sa stala lídrom prírodných vied. Okrem mnohých konkrétnych úspechov (dešifrovanie genetický kód, odhalenie mechanizmov biosyntézy proteínov, priestorovej štruktúry enzýmov a iných proteínov, štruktúry a úlohy biologických membrán v bunkových procesoch atď.), molekulárna biológia odhalila niektoré všeobecné princípy, na základe ktorých existuje široká škála biologických procesy. Komplementarita interagujúcich molekúl (ich komplementarita, vzájomná korešpondencia ako „kľúč a zámok“), vedúca k vytvoreniu nekovalentných chemických väzieb medzi nimi, je teda základom procesov, ktoré si vyžadujú biologickú špecifickosť (selektivitu, „rozpoznanie“). od syntézy DNA a proteínov a končiac tvorbou komplexov medzi enzýmom a substrátom, protilátkou a antigénom, samoskladaním vírusových častíc a cytoskeletu. Podobne princíp syntézy matrice bunky nevyužívajú raz, ale v rôznych štádiách implementácie genetickej informácie.
V apríli 2003 vedci z celého sveta oslávili polstoročné výročie „dvojitej špirály“ a molekulárnej biológie. V našej krajine položili základy rozvoja tohto smeru diela akademikov V.A. Engelhardt (1894-1984), A.N. Belozersky (1905-1972), A.A. Baeva (1903/04-1994).

.(Zdroj: "Biology. Modern Illustrated Encyclopedia." Šéfredaktor A.P. Gorkin; M.: Rosmen, 2006.)

Pozrite sa, čo je „MOLEKULÁRNA BIOLOGIA“ v iných slovníkoch:

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

Moderná encyklopédia

MOLEKULÁRNA BIOLÓGIA, biologické štúdium štruktúry a funkcie MOLEKÚL, ktoré tvoria živé organizmy. Medzi hlavné oblasti štúdia patria fyzikálne a chemické vlastnosti proteínov a NUKLEOVÝCH KYSELÍN, ako je DNA. pozri tiež… … Vedecko-technický encyklopedický slovník

Sekcia biológie, ktorá skúma základné vlastnosti a prejavy života na molekulárnej úrovni. Zisťuje, ako a do akej miery rast a vývoj organizmov, ukladanie a prenos dedičných informácií, premena energie v živých bunkách a ... ... Mikrobiologický slovník

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

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

Tento výraz má iné významy, pozri Molekulárna biológia (časopis). Molekulárna biológia je komplex biologických vied, ktorý študuje mechanizmy ukladania, prenosu a implementácie genetickej informácie, štruktúru a funkcie ... ... Wikipedia

Veda, ktorá si kladie za úlohu poznanie podstaty životných javov štúdiom biologických objektov a systémov na úrovni približujúcej sa molekulárnej úrovni a v niektorých prípadoch dosahujúcej túto hranicu. Konečným cieľom tohto je…… Veľká sovietska encyklopédia

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

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

Rozvoj biochémie, biofyziky, genetiky, cytochémie, mnohých sekcií mikrobiológie a virológie okolo začiatku 40-tych rokov XX storočia. úzko viedli k štúdiu životných javov na molekulárnej úrovni. Úspechy dosiahnuté týmito vedami súčasne a z rôznych strán viedli k poznaniu skutočnosti, že na molekulárnej úrovni fungujú hlavné riadiace systémy tela a že ďalší pokrok týchto vied bude závisieť od odhalenia biologické funkcie molekúl, ktoré tvoria telá organizmov, ich účasť na syntéze a dezintegrácii, vzájomných premenách a reprodukcii zlúčenín v bunke, ako aj výmena energie a informácií, ku ktorej v tomto prípade dochádza. Na styku týchto biologických disciplín s chémiou a fyzikou tak vznikol úplne nový odbor – molekulárna biológia.

Na rozdiel od biochémie sa pozornosť modernej molekulárnej biológie sústreďuje najmä na štúdium štruktúry a funkcie najdôležitejších tried biopolymérov - proteínov a nukleových kyselín, z ktorých prvé určujú samotnú možnosť metabolických reakcií a druhé - tzv. biosyntéza špecifických proteínov. Je teda jasné, že nie je možné jasne rozlišovať medzi molekulárnou biológiou a biochémiou, zodpovedajúcimi odvetviami genetiky, mikrobiológie a virológie.

Vznik molekulárnej biológie bol úzko spojený s vývojom nových výskumných metód, o ktorých už bola reč v príslušných kapitolách. Spolu s rozvojom elektrónovej mikroskopie a iných metód mikroskopickej techniky zohrali významnú úlohu metódy frakcionácie bunkových elementov vyvinuté v 50. rokoch 20. storočia. Boli založené na zdokonalených metódach diferenciálnej centrifugácie (A. Claude, 1954). V tom čase už existovali celkom spoľahlivé metódy na izoláciu a frakcionáciu biopolymérov. Patrí sem najmä metóda frakcionácie proteínov elektroforézou navrhnutá A. Tiseliusom (1937; Nobelova cena, 1948), metódy izolácie a čistenia nukleových kyselín (E. Kay, A. Downs, M. Sevag, A. Mirsky a ďalšie.). Zároveň boli v mnohých svetových laboratóriách vyvinuté rôzne metódy chromatografickej analýzy (A. Martin a R. Sing, 1941; Nobelova cena, 1952), následne výrazne zdokonalené.

Röntgenová difrakčná analýza zohrala neoceniteľnú službu pri dešifrovaní štruktúry biopolymérov. Základné princípy röntgenovej difrakčnej analýzy boli vyvinuté na King's College London University pod vedením W. Bragga skupinou výskumníkov, ku ktorým patrili J. Bernal, A. Londsdale, W. Astbury, J. Robertson a ďalší.

Osobitne treba spomenúť štúdie biochémie protoplazmy (1925 - 1929), profesora Moskovskej štátnej univerzity A. R. Kizela, ktoré mali veľký význam pre ďalší rozvoj molekulárnej biológie. Kizel zasadil ranu pevne zakorenenej predstave, že každá protoplazma je založená na špeciálnom proteínovom tele – doštičkách, ktoré údajne určuje všetky jej najdôležitejšie štrukturálne a funkčné znaky. Ukázal, že doštičky sú proteín, ktorý sa nachádza iba v myxomycétach a potom v určitom štádiu vývoja a že v protoplazme neexistuje žiadna trvalá zložka - jediný kostrový proteín. Štúdium problému štruktúry protoplazmy a funkčnej úlohy proteínov sa teda uberalo správnou cestou a dostalo priestor pre svoj rozvoj. Kiselov výskum získal celosvetové uznanie a stimuloval štúdium chémie základných častí bunky.

Pojem „molekulárna biológia“, ktorý prvýkrát použil anglický kryštalograf profesor Leedsskej univerzity W. Astbury, sa pravdepodobne objavil začiatkom 40. rokov 20. storočia (pred rokom 1945). Základné röntgenové difrakčné štúdie proteínov a DNA, ktoré vykonal Astbury v 30. rokoch 20. storočia, slúžili ako základ pre následné úspešné rozlúštenie sekundárnej štruktúry týchto biopolymérov. V roku 1963 J. Bernal napísal: „Pomník mu postaví celá molekulárna biológia – veda, ktorú pomenoval a skutočne založil“ * , V literatúre sa tento termín prvýkrát objavil snáď v roku 1946 v článku W. Astburyho „Progress in X-ray difraction analysis of organic and fibrillar materials“, publikovanom v anglickom časopise „Nature“**. Astbury (1950) vo svojej Harvey Lecture poznamenal: "Som rád, že termín molekulárna biológia je teraz pomerne široko používaný, aj keď je nepravdepodobné, že by som ho navrhol ja ako prvý. Páčilo sa mi to a dlho som sa ho snažil šíriť." “***. Už v roku 1950 bolo Astbury jasné, že molekulárna biológia sa zaoberá predovšetkým štruktúrou a konformáciou makromolekúl, ktorých štúdium má rozhodujúci význam pre pochopenie fungovania živých organizmov.

* (biogr. Mem. Kolegovia Roy. Soc, 1963, v. 9, 29.)

** (W. T. Astbury. Pokrok v röntgenovej analýze organických a vláknitých štruktúr.- Príroda,. 1946, v. 157, 121.)

*** (W. T. Astbury. Dobrodružstvá v molekulárnej biológii. Thomas Springfield, 1952, s. 3.)

Molekulárna biológia čelila a čelí v podstate tým istým úlohám ako biológia ako celok – poznanie podstaty života a jeho základných javov, najmä dedičnosti a premenlivosti. Moderná molekulárna biológia má predovšetkým dešifrovať štruktúru a funkciu génov, spôsoby a mechanizmy realizácie genetickej informácie organizmov v rôznych štádiách ontogenézy a v rôznych štádiách jej čítania. Je navrhnutý tak, aby odhalil jemné mechanizmy regulácie génovej aktivity a diferenciácie buniek, objasnil podstatu mutagenézy a molekulárny základ evolučného procesu.

Stanovenie genetickej úlohy nukleových kyselín

Pre rozvoj molekulárnej biológie mali najväčší význam nasledujúce objavy. V roku 1944 americkí výskumníci O. Avery, K. McLeod (Nobelova cena, 1923) a M. McCarthy ukázali, že molekuly DNA izolované z pneumokokov majú transformačnú aktivitu. Po hydrolýze týchto DNA deoxyribonukleázou ich transformačná aktivita úplne vymizla. Prvýkrát sa tak presvedčivo dokázalo, že genetické funkcie v bunke má DNA, a nie proteín.

Pre spravodlivosť treba poznamenať, že fenomén bakteriálnej transformácie bol objavený oveľa skôr ako objav Averyho, McLeoda a McCarthyho. V roku 1928 F. Griffith publikoval článok, v ktorom uvádza, že po pridaní usmrtených buniek enkapsulovaného virulentného kmeňa k nevirulentným (nezapuzdreným) pneumokokom sa výsledná zmes buniek stáva pre myši osudnou. Navyše živé pneumokokové bunky izolované zo zvierat infikovaných touto zmesou už boli virulentné a mali polysacharidovú kapsulu. V tomto experimente sa teda ukázalo, že vplyvom niektorých zložiek usmrtených pneumokokových buniek sa neopuzdrená forma baktérií mení na virulentnú formu tvoriacu kapsuly. O šestnásť rokov neskôr Avery, McLeod a McCarthy v tomto experimente nahradili usmrtené celé pneumokokové bunky ich deoxyribonukleovou kyselinou a ukázali, že to bola DNA, ktorá mala transformačnú aktivitu (pozri tiež kapitoly 7 a 25). Význam tohto objavu je ťažké preceňovať. Podnietilo to štúdium nukleových kyselín v mnohých laboratóriách po celom svete a prinútilo vedcov zamerať sa na DNA.

Spolu s objavom Averyho, McLeoda a McCarthyho sa začiatkom 50. rokov 20. storočia už nahromadilo pomerne veľké množstvo priamych a nepriamych dôkazov o tom, že nukleové kyseliny hrajú v živote výnimočnú úlohu a nesú genetickú funkciu. Naznačoval to najmä charakter lokalizácie DNA v bunke a údaje R. Vendrelliho (1948), že obsah DNA na bunku je prísne konštantný a koreluje so stupňom ploidie: v haploidných zárodočných bunkách je DNA polovicu v porovnaní s diploidnými somatickými bunkami. Výrazná metabolická stabilita DNA tiež svedčila v prospech genetickej úlohy DNA. Začiatkom 50. rokov sa nahromadilo množstvo rôznych faktov, ktoré naznačujú, že väčšina známych mutagénnych faktorov pôsobí hlavne na nukleové kyseliny a najmä na DNA (R. Hotchkiss, 1949; G. Ephrussi-Taylor, 1951; E. Freese, 1957 a ďalšie).

Osobitný význam pri stanovení genetickej úlohy nukleových kyselín malo štúdium rôznych fágov a vírusov. V roku 1933 našiel D. Schlesinger DNA v bakteriofágu Escherichia coli. Od izolácie vírusu tabakovej mozaiky (TMV) v kryštalickom stave W. Stanleym (1935, Nobelova cena, 1946) sa začala nová etapa štúdia rastlinných vírusov. V rokoch 1937-1938. pracovníci poľnohospodárskej stanice Rothamsted (Anglicko) F. Bowden a N. Pirie ukázali, že mnohé nimi izolované rastlinné vírusy nie sú globulíny, ale sú to ribonukleoproteíny a ako povinnú zložku obsahujú nukleovú kyselinu. Na samom začiatku 40. rokov boli publikované práce G. Schramma (1940), P. A. Agatova (1941), G. Millera a W. Stanleyho (1941), ktoré naznačujú, že výrazná chemická modifikácia bielkovinovej zložky nevedie k strate infekčnosti TMV. To naznačovalo, že proteínová zložka nemôže byť nositeľom dedičných vlastností vírusu, ako sa mnohí mikrobiológovia naďalej domnievali. Presvedčivé dôkazy v prospech genetickej úlohy nukleovej kyseliny (RNA) v rastlinných vírusoch získali v roku 1956 G. Schramm v Tübingene (Nemecko) a H. Frenkel-Konrath v Kalifornii (USA). Títo výskumníci takmer súčasne a nezávisle od seba izolovali RNA z TMV a ukázali, že ona, a nie proteín, má infekčnosť: v dôsledku infekcie tabakových rastlín touto RNA sa v nich vytvorili a rozmnožili normálne vírusové častice. To znamenalo, že RNA obsahovala informácie pre syntézu a zostavenie všetkých vírusových zložiek, vrátane vírusového proteínu. V roku 1968 I. G. Atabekov zistil, že proteín hrá významnú úlohu pri samotnej infekcii rastlín - spektrum hostiteľských rastlín je určené povahou proteínu.

V roku 1957 Frenkel-Konrat prvýkrát vykonal rekonštrukciu TMV z jeho základných zložiek - RNA a proteínu. Spolu s normálnymi časticami dostal zmiešané „hybridy“, v ktorých bola RNA z jedného kmeňa a proteín z druhého. Dedičnosť takýchto hybridov bola úplne určená RNA a potomstvo vírusov patrilo kmeňu, ktorého RNA bola použitá na získanie počiatočných zmiešaných častíc. Neskôr experimenty A. Gierera, G. Schustera a G. Schramma (1958) a G. Witmana (1960 - 1966) ukázali, že chemická modifikácia jadrovej zložky TMV vedie k objaveniu sa rôznych mutantov tohto vírusu.

V roku 1970 D. Baltimore a G. Temin zistili, že prenos genetickej informácie môže nastať nielen z DNA do RNA, ale aj naopak. V niektorých onkogénnych vírusoch obsahujúcich RNA (onkornavírusy) našli špeciálny enzým, takzvanú reverznú transkriptázu, ktorá je schopná syntetizovať komplementárnu DNA na reťazcoch RNA. Tento významný objav umožnil pochopiť mechanizmus inzercie genetickej informácie vírusov obsahujúcich RNA do hostiteľského genómu a nový pohľad na povahu ich onkogénneho účinku.

Objav nukleových kyselín a štúdium ich vlastností

Termín nukleové kyseliny zaviedol nemecký biochemik R. Altman v roku 1889 po tom, čo tieto zlúčeniny v roku 1869 objavil švajčiarsky lekár F. Miescher. Misher extrahoval bunky hnisu zriedenou kyselinou chlorovodíkovou niekoľko týždňov a vo zvyšku získal takmer čistý jadrový materiál. Tento materiál považoval za charakteristickú "látku bunkových jadier a nazval ho nukleín. Z hľadiska svojich vlastností sa nukleín výrazne líšil od bielkovín: bol kyslejší, neobsahoval síru, ale obsahoval veľa fosforu, bol ľahko rozpustný v zásadách, ale nerozpúšťa sa v zriedených kyselinách.

Misher poslal výsledky svojich pozorovaní o nukleíne F. Goppe-Seylerovi na publikovanie v časopise. Látka, ktorú opísal, bola taká nezvyčajná (v tom čase bol zo všetkých biologických zlúčenín obsahujúcich fosfor známy iba lecitín), že Goppe-Seyler Misherovým experimentom neveril, vrátil mu rukopis a dal pokyn svojim zamestnancom N. Ploshovi a N. Lyubavinovi, aby skontrolujte jeho závery na inom materiáli. Miescherova práca „O chemickom zložení buniek hnisu“ vyšla o dva roky neskôr (1871). Súčasne boli publikované práce Goppe-Seylera a jeho spolupracovníkov o zložení buniek hnisu, erytrocytov vtákov, hadov a iných buniek. Počas nasledujúcich troch rokov bol nukleín izolovaný zo živočíšnych buniek a kvasiniek.

Misher vo svojej práci poznamenal, že podrobné štúdium rôznych nukleínov môže viesť k zisteniu rozdielov medzi nimi, čím sa predvída myšlienka špecifickosti nukleových kyselín. Misher pri štúdiu lososového mlieka zistil, že nukleín v nich je vo forme soli a je spojený so základným proteínom, ktorý nazval protamín.

V roku 1879 začal A. Kossel študovať nukleíny v laboratóriu Goppe-Seyler. V roku 1881 izoloval hypoxantín z nukleínu, no vtedy ešte pochyboval o pôvode tejto bázy a veril, že hypoxantín môže byť degradačným produktom bielkovín. V roku 1891 objavil Kossel medzi produktmi hydrolýzy nukleínu adenín, guanín, kyselinu fosforečnú a ďalšiu látku s vlastnosťami cukru. Za výskum chémie nukleových kyselín získal Kossel v roku 1910 Nobelovu cenu.

Ďalší pokrok v dešifrovaní štruktúry nukleových kyselín je spojený s výskumom P. Levina a kolektívu (1911 - 1934). V roku 1911 P. Levin a V. Jacobs identifikovali sacharidovú zložku adenozínu a guanozínu; zistili, že tieto nukleozidy obsahujú D-ribózu. V roku 1930 Lewin ukázal, že sacharidová zložka deoxyribonukleozidov je 2-deoxy-D-ribóza. Z jeho práce sa stalo známe, že nukleové kyseliny sú postavené z nukleotidov, t.j. fosforylovaných nukleozidov. Levin veril, že hlavným typom väzby v nukleových kyselinách (RNA) je 2", 5" fosfodiesterová väzba. Táto predstava sa ukázala ako nesprávna. Vďaka práci anglického chemika A. Todda (Nobelova cena, 1957) a jeho spolupracovníkov, ako aj anglických biochemikov R. Markhama a J. Smitha sa začiatkom 50. rokov preslávilo, že hlavným typom väzby v RNA je 3", 5" - fosfodiesterová väzba.

Lewin ukázal, že rôzne nukleové kyseliny sa môžu líšiť v povahe sacharidovej zložky: niektoré z nich obsahujú cukor deoxyribózu, zatiaľ čo iné obsahujú ribózu. Okrem toho sa tieto dva typy nukleových kyselín líšili povahou jednej zo zásad: nukleové kyseliny pentózového typu obsahovali uracil a nukleové kyseliny deoxypentózového typu obsahovali tymín. Nukleová kyselina deoxypentózová (v modernej terminológii kyselina deoxyribonukleová - DNA) sa zvyčajne ľahko izolovala vo veľkých množstvách z týmusu (sladkej žľazy) teliat. Preto sa nazývala tymonukleová kyselina. Zdrojom nukleovej kyseliny pentózového typu (RNA) boli najmä kvasinky a pšeničné klíčky. Tento typ bol často označovaný ako kvasinková nukleová kyselina.

Začiatkom 30-tych rokov 20. storočia bol skôr pevne zakorenený názor, že rastlinné bunky sú charakterizované nukleovou kyselinou kvasinkového typu, kým tymonukleová kyselina je charakteristická len pre jadrá živočíšnych buniek. Dva typy nukleových kyselín, RNA a DNA, sa potom nazývali rastlinné a živočíšne nukleové kyseliny. Ako však ukázali rané štúdie A. N. Belozerského, takéto delenie nukleových kyselín je neopodstatnené. V roku 1934 Belozersky prvýkrát objavil tymonukleovú kyselinu v rastlinných bunkách: zo sadeníc hrachu izoloval a identifikoval tymín-pyrimidínovú bázu, ktorá je charakteristická pre DNA. Potom objavil tymín v iných rastlinách (sójové semená, fazuľa). V roku 1936 A. N. Belozersky a I. I. Dubrovskaya preparatívne izolovali DNA zo sadeníc pagaštanu konského. Okrem toho séria štúdií vykonaných v Anglicku v 40. rokoch 20. storočia D. Davidsonom a spolupracovníkmi presvedčivo ukázala, že rastlinná nukleová kyselina (RNA) je obsiahnutá v mnohých živočíšnych bunkách.

Široké využitie cytochemickej reakcie pre DNA vyvinutú R. Felgenom a G. Rosenbeckom (1924) a reakcie J. Bracheta (1944) pre RNA umožnili rýchlo a jednoznačne vyriešiť otázku preferenčnej lokalizácie týchto nukleových kyseliny v bunke. Ukázalo sa, že DNA je koncentrovaná v jadre, zatiaľ čo RNA je prevažne koncentrovaná v cytoplazme. Neskôr sa zistilo, že RNA je obsiahnutá aj v cytoplazme aj v jadre a navyše bola identifikovaná cytoplazmatická DNA.

Pokiaľ ide o otázku primárnej štruktúry nukleových kyselín, do polovice 40. rokov 20. storočia sa vo vede pevne etablovala myšlienka P. Levina, podľa ktorej sú všetky nukleové kyseliny postavené podľa rovnakého typu a pozostávajú z rovnakého tzv. bloky. Každý z týchto blokov podľa Lewina obsahuje štyri rôzne nukleotidy. Tetranukleotidová teória štruktúry nukleových kyselín do značnej miery pripravila tieto biopolyméry o špecifickosť. Preto nie je prekvapujúce, že v tom čase boli všetky špecifiká živých vecí spojené iba s proteínmi, ktorých povaha monomérov je oveľa rozmanitejšia (20 aminokyselín).

Prvú medzeru v teórii tetranukleotidovej štruktúry nukleových kyselín vytvorili analytické údaje anglického chemika J. Goulanda (1945 - 1947). Pri určovaní zloženia nukleových kyselín bázickým dusíkom nezískal ekvimolárny pomer báz, ako by mal byť podľa Lewinovej teórie. Tetranukleotidová teória štruktúry nukleových kyselín napokon stroskotala v dôsledku výskumu E. Chargaffa a jeho spolupracovníkov (1949 - 1951). Chargaff použil papierovú chromatografiu na oddelenie báz uvoľnených z DNA v dôsledku jej kyslej hydrolýzy. Každá z týchto báz bola presne stanovená spektrofotometricky. Chargaff si všimol významné odchýlky od ekvimolárneho pomeru báz v DNA rôzneho pôvodu a po prvýkrát definitívne uviedol, že DNA má výraznú druhovú špecifickosť. Tým sa skončila hegemónia konceptu proteínovej špecifickosti v živej bunke. Analýzou DNA rôzneho pôvodu Chargaff objavil a sformuloval jedinečné vzorce zloženia DNA, ktoré vstúpili do vedy pod názvom Chargaffove pravidlá. Podľa týchto pravidiel sa vo všetkých DNA bez ohľadu na pôvod množstvo adenínu rovná množstvu tymínu (A = T), množstvo guanínu sa rovná množstvu cytozínu (G = C), množstvo purínov sa rovná množstvu pyrimidínov (G + A = C + T), množstvo báz so 6-aminoskupinami sa rovná počtu báz so 6-ketoskupinami (A + C = G + T). Zároveň, napriek takýmto prísnym kvantitatívnym zhodám, sa DNA rôznych druhov líšia v pomere A+T:G+C. V niektorých DNA prevažuje množstvo guanínu a cytozínu nad množstvom adenínu a tymínu (Chargaff nazval tieto DNA DNA typu GC); iné DNA obsahovali viac adenínu a tymínu ako guanín a cytozín (tieto DNA sa nazývali DNA typu AT). Údaje, ktoré získal Chargaff o zložení DNA, zohrali v molekulárnej biológii výnimočnú úlohu. Práve tie tvorili základ pre objav štruktúry DNA, ktorý v roku 1953 urobili J. Watson a F. Crick.

V roku 1938 W. Astbury a F. Bell pomocou röntgenovej difrakčnej analýzy ukázali, že základné roviny v DNA by mali byť kolmé na dlhú os molekuly a pripomínať, ako to bolo, hromadu platní ležiacich nad nimi. ostatný. So zlepšením techniky röntgenovej difrakčnej analýzy v rokoch 1952 - 1953. nahromadené informácie, ktoré umožnili posúdiť dĺžku jednotlivých väzieb a uhly sklonu. To umožnilo s najväčšou pravdepodobnosťou znázorniť povahu orientácie kruhov pentózových zvyškov v sacharidovo-fosfátovom hlavnom reťazci molekuly DNA. V roku 1952 S. Farberg navrhol dva špekulatívne modely DNA, ktoré predstavovali jednovláknovú molekulu zloženú alebo skrútenú na sebe. Nemenej špekulatívny model štruktúry DNA navrhli v roku 1953 L. Pauling (nositeľ Nobelovej ceny, 1954) a R. Corey. V tomto modeli tri skrútené vlákna DNA vytvorili dlhú špirálu, ktorej jadro predstavovali fosfátové skupiny a bázy sa nachádzali mimo nej. V roku 1953 M. Wilkins a R. Franklin získali jasnejšie röntgenové difrakčné obrazce DNA. Ich analýza ukázala úplné zlyhanie modelov Farberga, Paulinga a Coreyho. Pomocou Chargaffových údajov, porovnávaním rôznych kombinácií molekulárnych modelov jednotlivých monomérov a údajov röntgenovej difrakcie, J. Watson a F. Crick v roku 1953 dospeli k záveru, že molekula DNA musí byť dvojvláknová špirála. Chargaffove pravidlá výrazne obmedzili počet možných usporiadaných kombinácií báz v navrhovanom modeli DNA; navrhli Watsonovi a Crickovi, že v molekule DNA musí existovať špecifické párovanie báz - adenín s tymínom a guanín s cytozínom. Inými slovami, adenín v jednom vlákne DNA vždy presne zodpovedá tymínu v druhom vlákne a guanín v jednom vlákne nevyhnutne zodpovedá cytozínu v druhom vlákne. Watson a Crick tak po prvý raz sformulovali zásadu mimoriadne dôležitej komplementárnej štruktúry DNA, podľa ktorej jedno vlákno DNA dopĺňa iné, t. j. sekvencia báz jedného vlákna jednoznačne určuje sekvenciu báz v druhom reťazci. (doplnkový) prameň. Ukázalo sa, že už v samotnej štruktúre DNA sa skrýva potenciál na jej presnú reprodukciu. Tento model štruktúry DNA je v súčasnosti všeobecne akceptovaný. Crick, Watson a Wilkins dostali v roku 1962 Nobelovu cenu za rozlúštenie štruktúry DNA.

Treba poznamenať, že myšlienka mechanizmu na presnú reprodukciu makromolekúl a prenos dedičných informácií vznikla u nás. V roku 1927 N. K. Koltsov navrhol, že počas reprodukcie buniek dochádza k reprodukcii molekúl presnou autokatalytickou reprodukciou existujúcich rodičovských molekúl. Je pravda, že v tom čase Koltsov obdaril túto vlastnosť nie molekulami DNA, ale molekulami proteínovej povahy, ktorých funkčný význam bol vtedy neznámy. Samotná myšlienka autokatalytickej reprodukcie makromolekúl a mechanizmus prenosu dedičných vlastností sa však ukázal ako prorocký: stal sa hlavnou myšlienkou modernej molekulárnej biológie.

Vedené v laboratóriu A. N. Belozerského A. S. Spirinom, G. N. Zaitsevom, B. F. Vanyushinom, S. O. Urysonom, A. S. Antonovom a ďalšími rôznymi organizmami plne potvrdili vzory objavené Chargaffom a úplnú zhodu s molekulárnym modelom štruktúry DNA navrhnutým Watsonom. a Crick. Tieto štúdie ukázali, že DNA rôznych baktérií, húb, rias, aktinomycét, vyšších rastlín, bezstavovcov a stavovcov má špecifické zloženie. Rozdiely v zložení (obsah párov AT-báz) sú obzvlášť výrazné u mikroorganizmov, čo sa ukázalo byť dôležitým taxonomickým znakom. U vyšších rastlín a živočíchov sú druhové variácie v zložení DNA oveľa menej výrazné. To však neznamená, že ich DNA je menej špecifická. Okrem zloženia báz je špecifickosť do značnej miery určená ich sekvenciou v reťazcoch DNA.

Spolu s obvyklými bázami sa v DNA a RNA našli ďalšie dusíkaté bázy. G. White (1950) teda našiel 5-metylcytozín v DNA rastlín a živočíchov a D. Dunn a J. Smith (1958) našli v niektorých DNA metylovaný adenín. Po dlhú dobu bol metylcytozín považovaný za charakteristický znak genetického materiálu vyšších organizmov. V roku 1968 A. N. Belozersky, B. F. Vanyushin a N. A. Kokurina zistili, že ho možno nájsť aj v DNA baktérií.

V roku 1964 M. Gold a J. Hurwitz objavili novú triedu enzýmov, ktoré vykonávajú prirodzenú modifikáciu DNA – jej metyláciu. Po tomto objave sa ukázalo, že minoritné (obsiahnuté v malých množstvách) bázy vznikajú už na hotovom polynukleotidovom reťazci DNA ako výsledok špecifickej metylácie cytozínových a adenínových zvyškov v špeciálnych sekvenciách. Najmä podľa B. F. Vanyushina, Ya. I. Buryanova a A. N. Belozerského (1969) sa metylácia adenínu v DNA E. coli môže vyskytnúť v koncových kodónoch. Podľa A. N. Belozerského a kolegov (1968 - 1970), ako aj M. Meselsona (USA) a V. Arbera (Švajčiarsko) (1965 - 1969) dáva metylácia molekulám DNA jedinečné individuálne vlastnosti a v kombinácii s pôsobením špecifických nukleáz, je súčasťou komplexného mechanizmu, ktorý riadi syntézu DNA v bunke. Inými slovami, povaha metylácie konkrétnej DNA predurčuje otázku, či sa môže v danej bunke množiť.

Takmer v rovnakom čase začala izolácia a intenzívne štúdium DNA metyláz a reštrikčných endonukleáz; v rokoch 1969-1975 boli stanovené nukleotidové sekvencie rozpoznávané v DNA niektorými z týchto enzýmov (X. Boyer, X. Smith, S. Lynn, K. Murray). Keď sú rôzne DNA hydrolyzované reštrikčným enzýmom, odštiepia sa pomerne veľké fragmenty s identickými "lepivými" koncami. To umožňuje nielen analyzovať štruktúru génov, ako sa to robí u malých vírusov (D. Nathans, S. Adler, 1973 - 1975), ale aj konštruovať rôzne genómy. S objavom týchto špecifických reštrikčných enzýmov sa genetické inžinierstvo stalo hmatateľnou realitou. Gény rôzneho pôvodu vložené do malých plazmidových DNA sa už ľahko zavádzajú do rôznych buniek. Tak sa získal nový typ biologicky aktívnych plazmidov, poskytujúcich rezistenciu voči určitým antibiotikám (S. Cohen, 1973), ribozomálne gény žaby a Drosophila boli zavedené do plazmidov Escherichia coli (J. Morrow, 1974; X. Boyer, D. Hogness, R. Davis, 1974 - 1975). Otvárajú sa teda skutočné cesty na získanie zásadne nových organizmov zavedením a integráciou rôznych génov do ich genofondu. Tento objav môže byť nasmerovaný v prospech celého ľudstva.

V roku 1952 G. White a S. Cohen zistili, že DNA fágov T-párnych obsahuje nezvyčajnú bázu – 5-hydroxymetylcytozín. Neskôr z prác E. Volkina a R. Sinsheimera (1954) a Cohena (1956) sa zistilo, že hydroxymetylcytozínové zvyšky môžu byť úplne alebo čiastočne glukozidizované, v dôsledku čoho je molekula fágovej DNA chránená pred hydrolytickým účinkom. nukleáz.

Začiatkom 50-tych rokov z prác D. Dunna a J. Smitha (Anglicko), S. Zamenhofa (USA) a A. Wackera (Nemecko) sa zistilo, že do DNA možno zahrnúť mnohé analógy umelých báz, ktoré niekedy nahrádzajú až 50% tymínu. Tieto substitúcie spravidla vedú k chybám v replikácii, transkripcii a translácii DNA a k výskytu mutantov. J. Marmur (1962) teda zistil, že DNA niektorých fágov obsahuje namiesto tymínu oxymetyluracil. V roku 1963 I. Takahashi a J. Marmur zistili, že DNA jedného z fágov obsahuje uracil namiesto tymínu. Zrútil sa tak ďalší princíp, podľa ktorého sa predtým separovali nukleové kyseliny. Od čias práce P. Levina sa verilo, že tymín je charakteristickým znakom DNA a uracil je charakteristickým znakom RNA. Ukázalo sa, že tento znak nie je vždy spoľahlivý a zásadný rozdiel v chemickej povahe dvoch typov nukleových kyselín, ako sa dnes zdá, je iba povaha sacharidovej zložky.

Pri štúdiu fágov bolo odhalených mnoho nezvyčajných znakov organizácie nukleových kyselín. Od roku 1953 sa verilo, že všetka DNA sú dvojvláknové lineárne molekuly, zatiaľ čo RNA je len jednovláknová. Táto pozícia bola výrazne otrasená v roku 1961, keď R. Sinsheimer zistil, že DNA fága φ X 174 je reprezentovaná jednovláknovou kruhovou molekulou. Neskôr sa však ukázalo, že v tejto forme táto DNA existuje len vo vegetatívnej fágovej častici a replikatívna forma DNA tohto fága je tiež dvojvláknová. Navyše sa celkom neočakávane ukázalo, že RNA niektorých vírusov môže byť dvojvláknová. Tento nový typ makromolekulovej organizácie RNA objavili v roku 1962 P. Gomatos, I. Tamm a ďalší výskumníci v niektorých živočíšnych vírusoch a vo víruse nádorových rán rastlín. Nedávno V. I. Agol a A. A. Bogdanov (1970) zistili, že okrem lineárnych molekúl RNA existujú aj uzavreté alebo cyklické molekuly. Detegovali cyklickú dvojvláknovú RNA najmä vo víruse encefalomyelokarditídy. Vďaka prácam X. Deveaux, L. Tinoko, T. I. Tikhonenka, E. I. Budovského a iných (1960 - 1974) sa stali známymi hlavné črty organizácie (ukladanie) genetického materiálu v bakteriofágoch.

Koncom 50. rokov minulého storočia americký vedec P. Doty zistil, že zahrievanie spôsobuje denaturáciu DNA, ktorá je sprevádzaná rozpadom vodíkových väzieb medzi pármi báz a oddelením komplementárnych reťazcov. Tento proces má charakter fázového prechodu „spiral-coil“ a pripomína topenie kryštálov. Doty preto nazval proces tepelnej denaturácie DNA tavením DNA. Pri pomalom ochladzovaní dochádza k renaturácii molekúl, teda k opätovnému zjednoteniu komplementárnych polovíc.

Princíp renaturácie v roku 1960 použili J. Marmur a K. Schildkraut na určenie stupňa „hybridizovateľnosti“ DNA rôznych mikroorganizmov. Následne E. Bolton a B. McCarthy túto techniku ​​zdokonalili návrhom metódy takzvaných DNA-agarových kolón. Táto metóda sa ukázala ako nevyhnutná pri štúdiu stupňa homológie nukleotidovej sekvencie rôznych DNA a objasnení genetického vzťahu rôznych organizmov. Denaturácia DNA objavená Dotym v kombinácii s chromatografiou na metylovanom albumíne, ktorú opísali J. Mandel a A. Hershey * (1960) a centrifugáciou v hustotnom gradiente (metódu vyvinuli v roku 1957 M. Meselson, F. Stahl a D. Winograd) sa široko používa na separáciu, izoláciu a analýzu jednotlivých komplementárnych reťazcov DNA. Napríklad W. Shibalsky (USA), použitím týchto techník na separáciu DNA fágu lambda, v rokoch 1967 - 1969 ukázal, že oba fágové reťazce sú geneticky aktívne , a nie jeden, ako sa to považovalo za (S. Spiegelman, 1961). Treba poznamenať, že po prvýkrát myšlienku genetického významu oboch reťazcov DNA fágu lambda vyjadril v ZSSR SE Bresler (1961).

* (Za prácu o genetike baktérií a vírusov boli A. Hershey spolu s M. Delbrückom a S. Luriou ocenení v roku 1969 Nobelovou cenou.)

Na pochopenie organizácie a funkčnej aktivity genómu je mimoriadne dôležité určenie nukleotidovej sekvencie DNA. Hľadanie metód na takéto stanovenie prebieha v mnohých laboratóriách po celom svete. Od konca 50. rokov 20. storočia sa M. Beer a jeho spolupracovníci v USA pokúšali stanoviť sekvenciu DNA pomocou elektrónovej mikroskopie, no zatiaľ neúspešne. Začiatkom 50. rokov 20. storočia z prvých prác Sinsheimera, Chargaffa a ďalších výskumníkov o enzymatickej degradácii DNA vyšlo najavo, že rôzne nukleotidy v molekule DNA sú distribuované, aj keď nie náhodne, ale nerovnomerne. Podľa anglického chemika C. Bartona (1961) sú pyrimidíny (viac ako 70 %) koncentrované najmä vo forme zodpovedajúcich blokov. A. L. Mazin a B. F. Vanyushin (1968 - 1969) zistili, že rôzne DNA majú rôzny stupeň pyrimidínovej súdržnosti a že v DNA živočíšnych organizmov sa výrazne zvyšuje, keď sa pohybuje od nižšej k vyššej. Evolúcia organizmov sa teda odráža aj v štruktúre ich genómov. Preto je pre pochopenie evolučného procesu ako celku mimoriadne dôležité porovnávacie štúdium štruktúry nukleových kyselín. Analýza štruktúry biologicky dôležitých polymérov a predovšetkým DNA je mimoriadne dôležitá pre riešenie mnohých konkrétnych problémov fylogenetiky a taxonómie.

Je zaujímavé poznamenať, že anglický fyziológ E. Lankester, ktorý študoval hemoglobíny mäkkýšov, predvídal myšlienky molekulárnej biológie presne pred 100 rokmi, napísal: „Chemické rozdiely medzi rôznymi druhmi a rodmi zvierat a rastlín sú rovnako dôležité pre objasnenie históriu ich vzniku ako ich formy. Ak by sme dokázali jasne stanoviť rozdiely v molekulárnej organizácii a fungovaní organizmov, boli by sme schopní pochopiť pôvod a vývoj rôznych organizmov oveľa lepšie ako na základe morfologických pozorovaní " * . Význam biochemických štúdií pre taxonómiu zdôraznil aj V. L. Komarov, ktorý napísal, že „základom všetkých aj čisto morfologických znakov, na základe ktorých klasifikujeme a zakladáme druhy, sú práve biochemické rozdiely“ **.

* (E. R. Lankester. Uber das Vorcommen von Hemoglobin in den Muskeln der Mollusken und die Verbreitung desselben in den lebendigen Organismen.- "Pfluger" s Archiv fur die gesammte Physiol., 1871, Bd 4, 319.)

** (V. L. Komárov. Vybrané práce, zväzok 1. M.-L., Vydavateľstvo Akadémie vied ZSSR, 1945, s. 331.)

A. V. Blagoveščenskij a S. L. Ivanov už v 20. rokoch 20. storočia u nás urobili prvé kroky k objasneniu niektorých otázok evolúcie a systematiky organizmov na základe porovnávacej analýzy ich biochemického zloženia (pozri kapitolu 2). Porovnávacia analýza štruktúry proteínov a nukleových kyselín sa v súčasnosti stáva čoraz hmatateľnejším nástrojom pre taxonómov (pozri kapitolu 21). Táto metóda molekulárnej biológie umožňuje nielen objasniť postavenie jednotlivých druhov v systéme, ale tiež si vyžaduje nový pohľad na samotné princípy klasifikácie organizmov a niekedy aj revidovať celý systém ako celok, napr. stalo napríklad so systematikou mikroorganizmov. Nepochybne v budúcnosti bude analýza štruktúry genómu zaujímať ústredné miesto v chemosystematike organizmov.

Veľký význam pre rozvoj molekulárnej biológie malo dešifrovanie mechanizmov replikácie a transkripcie DNA (pozri kapitolu 24).

Biosyntéza bielkovín

Dôležitý posun v riešení problému biosyntézy proteínov je spojený s pokrokom v štúdiu nukleových kyselín. V roku 1941 T. Kasperson (Švédsko) a v roku 1942 J. Brachet (Belgicko) upozornili na skutočnosť, že tkanivá s aktívnou syntézou bielkovín obsahujú zvýšené množstvo RNA. Dospeli k záveru, že ribonukleové kyseliny hrajú rozhodujúcu úlohu v syntéze bielkovín. Zdá sa, že v roku 1953 E. Gale a D. Fox dostali priamy dôkaz o priamom zapojení RNA do biosyntézy proteínov: podľa ich údajov ribonukleáza výrazne potláčala inkorporáciu aminokyselín do lyzátov bakteriálnych buniek. Podobné údaje získali V. Olfri, M. Delhi a A. Mirsky (1953) na pečeňových homogenátoch. Neskôr E. Gale odmietol svoju správnu predstavu o vedúcej úlohe RNA v syntéze bielkovín, mylne sa domnievajúc, že ​​k aktivácii syntézy bielkovín v bezbunkovom systéme došlo pod vplyvom nejakej inej látky neznámej povahy. V roku 1954 P. Zamechnik, D. Littlefield, R. B. Khesin-Lurie a ďalší zistili, že k najaktívnejšiemu inkorporovaniu aminokyselín dochádza vo frakciách subcelulárnych častíc bohatých na RNA – mikrozómoch. P. Zamechnik a E. Keller (1953 - 1954) zistili, že inkorporácia aminokyselín sa výrazne zvýšila v prítomnosti supernatantu v podmienkach regenerácie ATP. P. Sikevitz (1952) a M. Hoagland (1956) izolovali zo supernatantu proteínovú frakciu (frakcia pH 5), ktorá bola zodpovedná za ostrú stimuláciu inkorporácie aminokyselín do mikrozómov. Spolu s proteínmi bola v supernatante nájdená špeciálna trieda RNA s nízkou molekulovou hmotnosťou, teraz nazývaná transferová RNA (tRNA). V roku 1958 Hoagland a Zamechnik, ako aj P. Berg, R. Sweet a F. Allen a mnohí ďalší výskumníci zistili, že každá aminokyselina vyžaduje na aktiváciu svoj vlastný špeciálny enzým, ATP a špecifickú tRNA. Ukázalo sa, že tRNA vykonávajú výlučne funkciu adaptérov, teda zariadení, ktoré nachádzajú miesto na nukleovej matrici (mRNA) pre zodpovedajúcu aminokyselinu vo vznikajúcej molekule proteínu. Tieto štúdie plne potvrdili adaptorovú hypotézu F. Cricka (1957), ktorá predpokladala existenciu polynukleotidových adaptérov v bunke, ktoré sú nevyhnutné pre správne usporiadanie aminokyselinových zvyškov syntetizovaného proteínu na nukleárnej matrici. Oveľa neskôr francúzsky vedec F. Chapville (1962) v laboratóriu F. Lipmana (Nobelova cena, 1953) v USA veľmi dômyselne a jednoznačne ukázal, že umiestnenie aminokyseliny v molekule syntetizovaného proteínu je úplne určené tzv. špecifickú tRNA, ku ktorej je pripojený. Crickovu hypotézu adaptéra vyvinuli Hoagland a Zamechnik.

Do roku 1958 sa stali známymi nasledujúce hlavné štádiá syntézy proteínov: 1) aktivácia aminokyseliny špecifickým enzýmom z "frakcie pH 5" v prítomnosti ATP za vzniku aminoacyladenylátu; 2) pripojenie aktivovanej aminokyseliny na špecifickú tRNA s uvoľnením adenozínmonofosfátu (AMP); 3) väzba aminoacyl-tRNA (tRNA nabitá aminokyselinou) na mikrozómy a inkorporácia aminokyselín do proteínu s uvoľnením tRNA. Hoagland (1958) poznamenal, že guanozíntrifosfát (GTP) je potrebný v poslednom štádiu proteínovej syntézy.

Transfer RNA a génová syntéza

Po objavení tRNA sa začalo aktívne pátranie po ich frakcionácii a určovaní nukleotidovej sekvencie. Najväčší úspech dosiahol americký biochemik R. Holly. V roku 1965 stanovil štruktúru alanínovej tRNA z kvasiniek. Holly pomocou ribonukleáz (guanyl RNázy a pankreatickej RNázy) rozdelila molekulu nukleovej kyseliny na niekoľko fragmentov, v každom z nich samostatne určila nukleotidovú sekvenciu a následne zrekonštruovala sekvenciu celej molekuly alanínovej tRNA. Tento spôsob analýzy nukleotidovej sekvencie sa nazýva bloková metóda. Hollého zásluha spočívala najmä v tom, že sa naučil deliť molekulu RNA nielen na malé kúsky, ako to robili mnohí pred ním, ale aj na veľké fragmenty (štvrtiny a polovice). To mu poskytlo príležitosť správne zostaviť jednotlivé malé kúsky dohromady a tým vytvoriť kompletnú nukleotidovú sekvenciu celej molekuly tRNA (Nobelova cena, 1968).

Táto technika bola okamžite prijatá mnohými laboratóriami po celom svete. V priebehu nasledujúcich dvoch rokov bola v ZSSR a v zahraničí dešifrovaná primárna štruktúra niekoľkých tRNA. A. A. Baev (1967) a spolupracovníci po prvýkrát stanovili nukleotidovú sekvenciu v kvasinkovej valínovej tRNA. K dnešnému dňu sa študovalo viac ako tucet rôznych individuálnych tRNA. Zvláštny rekord v určovaní nukleotidovej sekvencie zaznamenali v Cambridge F. Senger a G. Brownlee. Títo výskumníci vyvinuli prekvapivo elegantnú metódu na separáciu oligonukleotidov a sekvenovanie takzvanej 5S (ribozomálnej) RNA z buniek E. coli (1968). Táto RNA pozostáva zo 120 nukleotidových zvyškov a na rozdiel od tRNA neobsahuje ďalšie minoritné bázy, ktoré značne uľahčujú analýzu nukleotidovej sekvencie a slúžia ako jedinečné orientačné body pre jednotlivé fragmenty molekuly. V súčasnosti vďaka použitiu metódy Sangera a Brownleeho v laboratóriu J. Ebela (Francúzsko) a ďalších výskumníkov úspešne napredujú práce na štúdiu sekvencie dlhých ribozomálnych RNA a niektorých vírusových RNA.

A. A. Baev a kolegovia (1967) zistili, že valínová tRNA rozrezaná na polovicu obnovuje svoju makromolekulárnu štruktúru v roztoku a napriek defektu v primárnej štruktúre má funkčnú aktivitu pôvodnej (natívnej) molekuly. Tento prístup – rekonštrukcia narezanej makromolekuly po odstránení určitých fragmentov – sa ukázal ako veľmi sľubný. V súčasnosti sa široko používa na objasnenie funkčnej úlohy jednotlivých sekcií určitých tRNA.

V posledných rokoch sa dosiahol veľký úspech pri získavaní kryštalických preparátov jednotlivých tRNA. Mnoho tRNA už bolo vykryštalizovaných vo viacerých laboratóriách v USA a Anglicku. To umožnilo študovať štruktúru tRNA pomocou rôntgenovej difrakčnej analýzy. V roku 1970 predstavil R. Bock prvé röntgenové obrazce a trojrozmerné modely niekoľkých tRNA, ktoré vytvoril na Wisconsinskej univerzite. Tieto modely pomáhajú určiť lokalizáciu jednotlivých funkčne aktívnych miest v tRNA a pochopiť základné princípy fungovania týchto molekúl.

Rozlúštenie podstaty genetického kódu (pozri kapitolu 24), ktoré možno bez preháňania považovať za popredné dielo prírodných vied 20. storočia, malo pre odhalenie mechanizmu syntézy bielkovín a riešenie problému prvoradý význam. o špecifickosti tohto procesu.

Objav primárnej štruktúry tRNA R. Hollyho dal podnet k práci G. Korana * (USA) na syntéze oligonukleotidov a nasmeroval ich k syntéze špecifickej biologickej štruktúry - molekuly DNA kódujúcej alanínovú tRNA. Prvé kroky v chemickej syntéze krátkych oligonukleotidov, ktoré urobil Korán takmer pred 15 rokmi, vyvrcholili v roku 1970 prvou génovou syntézou. Korán a jeho spolupracovníci najskôr chemicky syntetizovali krátke fragmenty 8-12 nukleotidových zvyškov z jednotlivých nukleotidov. Tieto fragmenty s danou nukleotidovou sekvenciou tvorili spontánne dvojvláknové komplementárne kúsky s prekrytím 4–5 nukleotidov. Potom sa tieto hotové kusy spojili do jedného konca v správnom poradí pomocou enzýmu DNA ligázy. Na rozdiel od replikácie molekúl DNA sa teda podľa A. Kornberga ** (pozri kapitolu 24) podarilo v Koráne znovu vytvoriť prirodzenú dvojvláknovú molekulu DNA podľa vopred naplánovaného programu v súlade s tzv. sekvencia tRNA opísaná Hollym. Podobne teraz prebiehajú práce na syntéze ďalších génov (M. N. Kolosov, Z. A. Shabarova, D. G. Knorre, 1970 - 1975).

* (Za štúdium genetického kódu dostali v roku 1968 G. Korán a M. Nirenberg Nobelovu cenu.)

** (Za objav polymerázy a syntézy DNA A. Kornberg a za syntézu RNA získal S. Ochoa v roku 1959 Nobelovu cenu.)

Mikrozómy, ribozómy, preklad

V polovici 50. rokov 20. storočia sa verilo, že mikrozómy sú centrom syntézy bielkovín v bunke. Termín mikrozómy prvýkrát zaviedol v roku 1949 A. Claude na označenie frakcie malých granúl. Neskôr sa ukázalo, že za syntézu proteínov nie je zodpovedná celá frakcia mikrozómov pozostávajúca z membrán a granúl, ale iba malé častice ribonukleoproteínu. Tieto častice v roku 1958 nazval R. Roberts ribozómy.

Klasické štúdie bakteriálnych ribozómov uskutočnili A. Tisier a J. Watson v rokoch 1958-1959. Ukázalo sa, že bakteriálne ribozómy sú o niečo menšie ako rastlinné a živočíšne. J. Littleton (1960), M. Clark (1964) a E. N. Svetailo (1966) ukázali, že ribozómy chloroplastov vyšších rastlín a mitochondrií patria k bakteriálnemu typu. A. Tisier a iní (1958) zistili, že ribozómy sa disociujú na dve nerovnaké podjednotky obsahujúce každú jednu molekulu RNA. Koncom 50. rokov sa verilo, že každá molekula ribozomálnej RNA pozostáva z niekoľkých krátkych fragmentov. AS Spirin však v roku 1960 ako prvý ukázal, že RNA v subčasticiach je reprezentovaná súvislou molekulou. D. Waller (1960), ktorý oddelil ribozomálne proteíny pomocou elektroforézy na škrobovom géli, zistil, že sú veľmi heterogénne. Spočiatku mnohí pochybovali o Wallerových údajoch, pretože sa zdalo, že ribozómový proteín by mal byť prísne homogénny, ako napríklad proteín TMV. V súčasnosti, ako výsledok štúdií D. Wallera, R. Trouta, P. Trauba a iných biochemikov, je známe, že samotné zloženie ribozomálnych častíc zahŕňa viac ako 50 proteínov, ktoré sú úplne odlišné v štruktúre. A. S. Spirin v roku 1963 ako prvý rozvinul ribozomálne subčastice a ukázal, že ribozómy sú kompaktne skrútené ribonukleoproteínové vlákno, ktoré sa za určitých podmienok môže rozvinúť. V rokoch 1967-1968 M. Nomura kompletne zrekonštruoval biologicky aktívnu podjednotku z ribozomálnej RNA a proteínu a dokonca získal ribozómy, v ktorých proteín a RNA patrili rôznym mikroorganizmom.

Úloha ribozomálnej RNA je stále nejasná. Predpokladá sa, že ide o tú unikátnu špecifickú matricu, na ktorej si pri tvorbe ribozomálnej častice každý z početných ribozomálnych proteínov nájde presne definované miesto (AS Spirin, 1968).

A. Rich (1962) objavil agregáty niekoľkých ribozómov prepojených reťazcom mRNA. Tieto komplexy sa nazývali polyzómy. Objav polyzómov umožnil Richovi a Watsonovi (1963) navrhnúť, že k syntéze polypeptidového reťazca dochádza na ribozóme, ktorý sa akoby pohybuje pozdĺž reťazca mRNA. Keď sa ribozóm pohybuje pozdĺž reťazca mRNA v častici, načíta sa informácia a vytvorí sa proteínový polypeptidový reťazec a na uvoľnený čítací koniec mRNA sa striedavo pripájajú nové ribozómy. Z údajov Richa a Watsona vyplynulo, že význam polyzómov v bunke spočíva v hromadnej produkcii proteínu postupným čítaním matrice niekoľkými ribozómami naraz.

Výsledkom výskumu M. Nirenberga, S. Ochoa, F. Lipmana, G. Korana a iných v rokoch 1963 - 1970. vyšlo najavo, že spolu s mRNA, ribozómami, ATP a aminoacyl-tRNA sa na procese translácie zúčastňuje veľké množstvo rôznych faktorov a samotný proces translácie možno podmienečne rozdeliť do troch štádií - iniciácia, samotná translácia a ukončenie.

Iniciácia translácie znamená syntézu prvej peptidovej väzby v komplexe ribozóm - templátový polynukleotid - aminoacyl-tRNA. Takúto iniciačnú aktivitu nemá žiadna aminoacyl-tRNA, ale formylmetionyl-tRNA. Túto látku prvýkrát izolovali v roku 1964 F. Senger a K. Marker. S. Bretcher a K. Marker (1966) ukázali, že iniciačná funkcia formylmetionyl-tRNA je spôsobená jej zvýšenou afinitou k peptidylovému centru ribozómu. Pre začiatok translácie sú mimoriadne dôležité aj niektoré proteínové iniciačné faktory, ktoré boli izolované v laboratóriách S. Ochoa, F. Gro a iných výskumných centier. Po vytvorení prvej peptidovej väzby v ribozóme začína samotná translácia, teda postupná adícia aminoacylového zvyšku na C-koniec polypeptidu. Mnohé detaily procesu prekladu študovali K. Monroe a J. Bishop (Anglicko), I. Rykhlik a F. Shorm (Československo), F. Lipman, M. Bretcher, W. Gilbert (USA) a ďalší bádatelia. V roku 1968 A. S. Spirin navrhol originálnu hypotézu na vysvetlenie mechanizmu ribozómu. Hnacím mechanizmom, ktorý zabezpečuje všetky priestorové pohyby tRNA a mRNA počas translácie, je periodické otváranie a zatváranie ribozómových subčastíc. Terminácia translácie je zakódovaná v samotnej čitateľnej matrici, ktorá obsahuje terminačné kodóny. Ako ukázal S. Brenner (1965 - 1967), takýmito kodónmi sú triplety UAA, UAG a UGA. M. Capecci (1967) tiež identifikoval špeciálne proteínové terminačné faktory. AS Spirin a LP Gavrilova opísali takzvanú „neenzymatickú“ syntézu proteínov v ribozómoch (1972 - 1975) bez účasti proteínových faktorov. Tento objav je dôležitý pre pochopenie pôvodu a vývoja biosyntézy bielkovín.

Regulácia aktivity génov a proteínov

Po probléme špecifickosti syntézy proteínov sa v molekulárnej biológii ukázal na prvom mieste problém regulácie syntézy proteínov, alebo, čo je to isté, regulácie aktivity génov.

Funkčná neekvivalencia buniek a s ňou spojená represia a aktivácia génov dlho priťahovali pozornosť genetikov, ale až donedávna zostával skutočný mechanizmus kontroly génovej aktivity neznámy.

Prvé pokusy vysvetliť regulačnú aktivitu génov súviseli so štúdiom histónových proteínov. Dokonca aj manželia Steadmanovci * na začiatku 40. rokov XX. naznačil, že sú to históny, ktoré môžu hrať hlavnú úlohu v tomto fenoméne. Následne získali prvé jasné údaje o rozdieloch v chemickej povahe histónových proteínov. V súčasnosti sa každým rokom zvyšuje počet faktov svedčiacich v prospech tejto hypotézy.

* (E. Stedman, E. Stedman. Základné bielkoviny bunkových jadier.- Filozof. Trans. Roy. soc. Londýn, 1951, v. 235, 565 - 595.)

Zároveň sa hromadí čoraz väčšie množstvo údajov, ktoré naznačujú, že regulácia génovej aktivity je oveľa zložitejší proces ako jednoduchá interakcia génových úsekov s molekulami histónových proteínov. V rokoch 1960-1962 v laboratóriu R. B. Khesin-Lurie sa zistilo, že fágové gény sa začínajú načítavať nesúbežne: T2 fágové gény možno rozdeliť na skoré, ktorých fungovanie nastáva v prvých minútach infekcie bakteriálneho bunka, a neskoré, ktoré začali syntetizovať mRNA po dokončení práce skorých génov.

V roku 1961 navrhli francúzski biochemici F. Jacob a J. Monod schému regulácie aktivity génov, ktorá zohrala výnimočnú úlohu v pochopení regulačných mechanizmov bunky vo všeobecnosti. Podľa schémy Jacoba a Monoda obsahuje DNA okrem štruktúrnych (informačných) génov aj gény-regulátory a gény-operátory. Regulačný gén kóduje syntézu špecifickej látky - represora, ktorý sa môže pripojiť k induktoru aj k operátorovému génu. Operátorový gén je spojený so štrukturálnymi génmi, zatiaľ čo regulačný gén sa nachádza v určitej vzdialenosti od nich. Ak v prostredí nie je žiadny induktor, napríklad laktóza, potom sa represor syntetizovaný regulačným génom naviaže na operátorový gén a jeho zablokovaním vypne prácu celého operónu (blok štrukturálnych génov spolu s operátorom ktorý ich ovláda). Za týchto podmienok nedochádza k tvorbe enzýmov. Ak sa v médiu objaví induktor (laktóza), potom sa produkt regulačného génu, represor, naviaže na laktózu a odstráni blok z génu operátora. V tomto prípade je možná práca štruktúrneho génu kódujúceho syntézu enzýmu a enzým (laktóza) sa objaví v médiu.

Podľa Jacoba a Monoda je táto regulačná schéma aplikovateľná na všetky adaptívne enzýmy a môže prebiehať ako počas represie, keď je tvorba enzýmu potlačená nadbytkom reakčného produktu, tak aj počas indukcie, keď zavedenie substrátu spôsobuje syntéza enzýmu. Za štúdie regulácie génovej aktivity dostali Jacob a Monod v roku 1965 Nobelovu cenu.

Spočiatku sa táto schéma zdala príliš pritiahnutá. Neskôr sa však ukázalo, že regulácia génov podľa tohto princípu neprebieha len v baktériách, ale aj v iných organizmoch.

Od roku 1960 zaujíma popredné miesto v molekulárnej biológii štúdie organizácie genómu a štruktúry chromatínu v eukaryotických organizmoch (J. Bonner, R. Britten, W. Olfrey, P. Walker, Yu. S. Chentsov , I. B. Zbarsky a ďalší.) a regulácia transkripcie (A. Mirsky, G. P. Georgiev, M. Bernstiel, D. Goll, R. Tsanev, R. I. Salganik). Povaha represora zostala dlho neznáma a kontroverzná. V roku 1968 M. Ptashne (USA) ukázal, že proteín je represor. Izoloval ho v laboratóriu J. Watsona a zistil, že represor má skutočne afinitu k induktoru (laktóze) a zároveň „rozpoznáva“ operátorový gén lac operónu a špecificky sa naň viaže.

V posledných 5 - 7 rokoch boli získané údaje o prítomnosti ďalšej kontrolnej bunky génovej aktivity - promótora. Ukázalo sa, že v susedstve miesta operátora, ku ktorému je naviazaný produkt syntetizovaný na génovom regulátore - bielkovinová substancia represora, sa nachádza ďalšie miesto, ktoré treba tiež pripísať členom regulačného systému. génovej aktivity. Na toto miesto je pripojená proteínová molekula enzýmu RNA polymeráza. V promótorovej oblasti musí nastať vzájomné rozpoznanie jedinečnej nukleotidovej sekvencie v DNA a špecifickej konfigurácie proteínu RNA polymerázy. Implementácia procesu čítania genetickej informácie s danou sekvenciou génov operónu susediaceho s promótorom bude závisieť od účinnosti rozpoznávania.

Okrem schémy, ktorú opísali Jacob a Monod, existujú v bunke aj iné mechanizmy génovej regulácie. F. Jacob a S. Brenner (1963) zistili, že regulácia replikácie bakteriálnej DNA je určitým spôsobom riadená bunkovou membránou. Experimenty Jacoba (1954) o indukcii rôznych profágov presvedčivo ukázali, že pod vplyvom rôznych mutagénnych faktorov v bunke lyzogénnych baktérií začína selektívna replikácia profágového génu a je blokovaná replikácia hostiteľského genómu. V roku 1970 F. Bell oznámil, že malé molekuly DNA môžu prejsť z jadra do cytoplazmy a tam sa prepísať.

Génová aktivita môže byť teda regulovaná na úrovni replikácie, transkripcie a translácie.

Významný pokrok sa dosiahol v štúdiu regulácie nielen syntézy enzýmov, ale aj ich aktivity. A. Novik a L. Szilard poukázali na fenomény regulácie aktivity enzýmov v bunke už v 50. rokoch 20. storočia. G. Umbarger (1956) zistil, že v bunke existuje veľmi racionálny spôsob potlačenia aktivity enzýmu konečným produktom spätnoväzbového reťazca reakcií. Ako stanovili J. Monod, J. Change, F. Jacob, A. Purdy a ďalší výskumníci (1956 - 1960), regulácia aktivity enzýmov sa môže uskutočňovať podľa alosterického princípu. Enzým alebo jedna z jeho podjednotiek má okrem afinity k substrátu aj afinitu k jednému z produktov reakčného reťazca. Pod vplyvom takéhoto signálneho produktu mení enzým svoju konformáciu takým spôsobom, že stráca aktivitu. Tým sa hneď na začiatku vypne celý reťazec enzymatických reakcií. D. Wiman a R. Woodward (1952; nositeľ Nobelovej ceny, 1965) poukázali na podstatnú úlohu konformačných zmien proteínov v enzymatických reakciách av určitom zmysle na prítomnosť alosterického účinku.

Štruktúra a funkcia bielkovín

Výsledkom práce T. Osborna, G. Hofmeistera, A. Gurbera, F. Schulza a mnohých ďalších na konci 19. storočia. Mnoho živočíšnych a rastlinných bielkovín bolo získaných v kryštalickej forme. Približne v rovnakom čase sa pomocou rôznych fyzikálnych metód stanovili molekulové hmotnosti určitých proteínov. Takže v roku 1891 A. Sabaneev a N. Alexandrov oznámili, že molekulová hmotnosť ovalbumínu je 14 000; v roku 1905 E. Reid zistil, že molekulová hmotnosť hemoglobínu je 48 000. Polymérnu štruktúru proteínov objavili v roku 1871 G. Glasivetz a D. Gaberman. Myšlienku peptidovej väzby jednotlivých aminokyselinových zvyškov v proteínoch predložil T. Curtius (1883). Práca o chemickej kondenzácii aminokyselín (E. Schaal, 1871; G. Schiff, 1897; L. Balbiano a D. Traschiatti, 1900) a syntéze heteropolypeptidov (E. Fisher, 1902 - 1907, Nobelova cena, 1902) viedol k vývoju základných princípov chemickej štruktúry bielkovín.

Prvý kryštalický enzým (ureázu) získal v roku 1926 J. Sumner (Nobelova cena, 1946) a v roku 1930 J. Northrop (Nobelova cena, 1946) získal kryštalický pepsín. Po týchto prácach sa ukázalo, že enzýmy sú bielkovinovej povahy. V roku 1940 M. Kunits izoloval kryštalickú RNázu. Do roku 1958 už bolo známych viac ako 100 kryštalických enzýmov a viac ako 500 nekryštalických enzýmov. Získanie vysoko purifikovaných preparátov jednotlivých proteínov prispelo k rozlúšteniu ich primárnej štruktúry a makromolekulárnej organizácie.

Veľký význam pre rozvoj molekulárnej biológie všeobecne a genetiky človeka zvlášť mal objav L. Paulinga (1940) abnormálneho hemoglobínu S, izolovaného z erytrocytov ľudí s ťažkým dedičným ochorením, kosáčikovitou anémiou. V rokoch 1955-1957 W. Ingram použil na analýzu produktov hydrolýzy hemoglobínu S alkáliou a trypsínom metódu „fingerprint“ vyvinutú F. Sangerom (škvrny tvorené jednotlivými peptidmi pri chromatografii na papieri). V roku 1961 Ingram uviedol, že hemoglobín S sa líši od normálneho hemoglobínu iba v povahe jedného aminokyselinového zvyšku: v normálnom hemoglobíne je zvyšok kyseliny glutámovej na siedmej pozícii reťazca a v hemoglobíne S je valínový zvyšok. V plnej miere sa teda potvrdil Paulingov predpoklad (1949), že kosáčikovitá anémia je choroba molekulárnej povahy. Zdedená zmena len jedného aminokyselinového zvyšku v každej polovici makromolekuly hemoglobínu vedie k tomu, že hemoglobín pri nízkej koncentrácii kyslíka stráca schopnosť ľahko sa rozpúšťať a začína kryštalizovať, čo vedie k narušeniu bunkovej štruktúry. Tieto štúdie jasne ukázali, že štruktúra proteínu je presne definovaná aminokyselinová sekvencia, ktorá je kódovaná v genóme. Práce K. Anfinsena (1951) svedčili o výnimočnom význame primárnej štruktúry proteínu pri tvorbe unikátnej biologicky aktívnej konformácie makromolekuly. Anfinsen ukázal, že biologicky aktívna makroštruktúra pankreatickej ribonukleázy, ktorá sa stráca v dôsledku obnovy, je vopred určená sekvenciou aminokyselín a môže sa spontánne objaviť počas oxidácie SH skupín cysteínových zvyškov s tvorbou disulfidových zosieťovaní v striktne definované miesta peptidového reťazca enzýmu.

Doteraz bol podrobne študovaný mechanizmus účinku veľkého množstva enzýmov a bola stanovená štruktúra mnohých proteínov.

V roku 1953 F. Sanger stanovil aminokyselinovú sekvenciu inzulínu. : Tento proteín pozostáva z dvoch polypeptidových reťazcov spojených dvoma disulfidovými zosieťovanými väzbami. Jeden z reťazcov obsahuje iba 21 aminokyselinových zvyškov, zatiaľ čo druhý obsahuje 30 zvyškov. Sanger strávil asi 10 rokov dešifrovaním štruktúry tohto relatívne jednoduchého proteínu. V roku 1958 mu bola za tento výnimočný výskum udelená Nobelova cena. Po vytvorení automatického analyzátora aminokyselín V. Steinom a S. Moorom (1957) sa výrazne urýchlila identifikácia produktov čiastočnej hydrolýzy bielkovín. V roku 1960 o tom informovali už Stein a Moore. že dokázali určiť sekvenciu ribonukleázy, ktorej peptidový reťazec predstavuje 124 aminokyselinových zvyškov. V tom istom roku v laboratóriu G. Schramma v Tübingene (Nemecko) F. Anderer a ďalší určili sekvenciu aminokyselín v proteíne TMV. Potom sa určila aminokyselinová sekvencia v myoglobíne (A. Edmunson) a α- a β-reťazcoch ľudského hemoglobínu (G. Braunitzer, E. Schroeder atď.), lyzozým z vaječného proteínu (J. Jollet, D. Keyfield) . V roku 1963 F. Shorm a B. Keil (Československo) stanovili sekvenciu aminokyselín v molekule chymotrypsinogénu. V tom istom roku bola stanovená sekvencia aminokyselín trypsinogénu (F. Shorm, D. Walsh). V roku 1965 K. Takahashi stanovil primárnu štruktúru ribonukleázy T1. Potom sa určila sekvencia aminokyselín pre niekoľko ďalších proteínov.

Ako je známe, konečným dôkazom správnosti definície konkrétnej štruktúry je jej syntéza. V roku 1969 R. Merifield (USA) ako prvý uskutočnil chemickú syntézu pankreatickej ribonukleázy. Merifield pomocou svojej metódy syntézy na nosiči na pevnej fáze pridával do reťazca jednu aminokyselinu za druhou v súlade so sekvenciou, ktorú opísali Stein a Moore. Vďaka tomu dostal proteín, ktorý bol svojou kvalitou identický s pankreatickou ribonukleázou A. Za objav štruktúry ribonukleázy dostali V. Stein, S. Moore a K. Anfinsen v roku 1972 Nobelovu cenu. Táto prirodzená syntéza proteínov otvára obrovské vyhliadky a poukazuje na možnosť vytvorenia akýchkoľvek proteínov v súlade s vopred naplánovanou sekvenciou.

Z röntgenových štúdií W. Astburyho (1933) vyplynulo, že peptidové reťazce proteínových molekúl sú skrútené alebo naskladané nejakým presne definovaným spôsobom. Odvtedy mnohí autori vyjadrili rôzne hypotézy o tom, ako sú proteínové reťazce zložené, ale až do roku 1951 zostali všetky modely špekulatívnymi konštrukciami, ktoré nezodpovedali experimentálnym údajom. V roku 1951 L. Pauling a R. Corey publikovali sériu brilantných prác, v ktorých bola konečne sformulovaná teória sekundárnej štruktúry bielkovín, teória α-helixu. Spolu s tým sa tiež zistilo, že proteíny majú tiež terciárnu štruktúru: a-helix peptidového reťazca môže byť zložený určitým spôsobom, čím sa vytvorí pomerne kompaktná štruktúra.

V roku 1957 J. Kendrew a jeho spolupracovníci prvýkrát navrhli trojrozmerný model štruktúry myoglobínu. Tento model sa potom niekoľko rokov zdokonaľoval, až kým sa v roku 1961 neobjavila záverečná práca s charakterizáciou priestorovej štruktúry tohto proteínu. V roku 1959 M. Perutz a kolegovia stanovili trojrozmernú štruktúru hemoglobínu. Výskumníci strávili na tejto práci viac ako 20 rokov (prvé röntgenové snímky hemoglobínu získal Perutz v roku 1937). Pretože molekula hemoglobínu pozostáva zo štyroch podjednotiek, po rozlúštení jej organizácie, Perutz prvýkrát opísal kvartérnu štruktúru proteínu. Za prácu na určovaní trojrozmernej štruktúry proteínov získali Kendrew a Perutz v roku 1962 Nobelovu cenu.

Vytvorenie priestorového modelu štruktúry hemoglobínu podľa Perutza POVOLENÉ. priblížiť sa k pochopeniu mechanizmu fungovania tohto proteínu, ktorý, ako je známe, vykonáva transport kyslíka v živočíšnych bunkách. Ešte v roku 1937 F. Gaurowitz dospel k záveru, že interakcia hemoglobínu s kyslíkom, vzduchom by mala byť sprevádzaná zmenou štruktúry proteínu. V 60. rokoch 20. storočia Perutz a spolupracovníci objavili badateľný posun v reťazcoch hemoglobínu po jeho oxidácii, spôsobený posunom atómov železa v dôsledku väzby s kyslíkom. Na tomto základe vznikli predstavy o „dýchaní“ proteínových makromolekúl.

V roku 1960 D. Phillips a jeho spolupracovníci začali so štúdiom röntgenovej difrakcie molekuly lyzozýmu. Do roku 1967 boli viac-menej schopní zistiť podrobnosti o organizácii tohto proteínu a lokalizácii jednotlivých atómov v jeho molekule. Okrem toho Phillips zistil povahu pridania lyzozýmu do substrátu (triacetylglukózamín). To umožnilo znovu vytvoriť mechanizmus tohto enzýmu. Znalosť primárnej štruktúry a makromolekulovej organizácie teda umožnila nielen zistiť povahu aktívnych centier mnohých enzýmov, ale aj plne odhaliť mechanizmus fungovania týchto makromolekúl.

Využitie metód elektrónovej mikroskopie pomohlo odhaliť princípy makromolekulárnej organizácie takých komplexných proteínových útvarov, akými sú kolagén, fibrinogén, kontraktilné svalové fibrily a pod. Koncom 50. rokov boli navrhnuté modely svalového kontraktilného aparátu. Mimoriadny význam pre pochopenie mechanizmu svalovej kontrakcie mal objav V. A. Engelgardta a M. N. Lyubimovej (1939) o ATPázovej aktivite myozínu. To znamenalo, že akt svalovej kontrakcie je založený na zmene fyzikálno-chemických vlastností a makromolekulárnej organizácie kontraktilného proteínu pod vplyvom kyseliny adenozíntrifosforečnej (pozri tiež kapitolu 11).

Virologický výskum bol nevyhnutný na pochopenie princípov zostavovania biologických štruktúr (pozri kapitolu 25).

Nevyriešené problémy

Hlavné pokroky v modernej molekulárnej biológii sa dosiahli najmä vďaka štúdiu nukleových kyselín. Ani v tejto oblasti však zďaleka nie sú všetky problémy vyriešené. Veľké úsilie si bude vyžadovať najmä dešifrovanie celej nukleotidovej sekvencie genómu. Tento problém je zas neoddeliteľne spojený s problémom heterogenity DNA a vyžaduje si vývoj nových pokročilých metód frakcionácie a izolácie jednotlivých molekúl z celkového genetického materiálu bunky.

Doteraz sa úsilie sústreďovalo hlavne na samostatné štúdium proteínov a nukleových kyselín. V bunke sú tieto biopolyméry navzájom neoddeliteľne spojené a fungujú najmä vo forme nukleoproteínov. Potreba študovať interakciu proteínov a nukleových kyselín sa preto teraz stala obzvlášť akútnou. Do popredia sa dostáva problém rozpoznávania určitých úsekov nukleových kyselín proteínmi. Kroky na štúdium takejto interakcie týchto biopolymérov už boli načrtnuté, bez ktorých je úplné pochopenie štruktúry a funkcií chromozómov, ribozómov a iných štruktúr nemysliteľné. Bez toho je tiež nemožné pochopiť reguláciu génovej aktivity a nakoniec dešifrovať princípy práce mechanizmov syntetizujúcich proteíny. Po práci Jacoba a Monoda sa objavili nové údaje o regulačnom význame membrán pri syntéze jadrového materiálu. To predstavuje problém hlbšieho štúdia úlohy membrán v regulácii replikácie DNA. Vo všeobecnosti sa problém regulácie génovej aktivity a bunkovej aktivity vo všeobecnosti stal jedným z najdôležitejších problémov modernej molekulárnej biológie.

Súčasný stav biofyziky

V úzkej súvislosti s problémami molekulárnej biológie napredoval rozvoj biofyziky. Záujem o túto oblasť biológie bol stimulovaný na jednej strane potrebou komplexného štúdia účinkov rôznych druhov žiarenia na organizmus a na druhej strane potrebou študovať fyzikálne a fyzikálne -chemické základy životných javov vyskytujúcich sa na molekulárnej úrovni.

Získavanie presných informácií o molekulárnych štruktúrach a procesoch v nich prebiehajúcich bolo možné vďaka použitiu nových jemných fyzikálnych a chemických metód. Na základe výdobytkov elektrochémie bolo možné zlepšiť metódu merania bioelektrických potenciálov použitím iónovo selektívnych elektród (G. Eisenman, B.P. Nikolsky, Khuri, 50-60s). Čoraz častejšie sa do praxe dostáva infračervená spektroskopia (s využitím laserových prístrojov), ktorá umožňuje študovať konformačné zmeny proteínov (I. Plotnikov, 1940). Cenné informácie poskytuje aj metóda elektrónovej paramagnetickej rezonancie (E. K. Zavoisky, 1944) a biochemiluminiscenčná metóda (B. N. Tarusov et al., 1960), ktoré umožňujú predovšetkým posudzovať transport elektrónov pri oxidačných procesoch.

V 50. rokoch 20. storočia už biofyzika získavala silné postavenie. Je potrebné vychovať kvalifikovaných odborníkov. Ak v roku 1911 mala v Európe katedru biofyziky iba Univerzita v Pécsi v Maďarsku, potom v roku 1973 takéto katedry existovali takmer na všetkých veľkých univerzitách.

V roku 1960 bola zorganizovaná Medzinárodná spoločnosť biofyzikov. V auguste 1961 sa v Štokholme konal prvý medzinárodný biofyzikálny kongres. Druhý kongres sa konal v roku 1965 v Paríži, tretí - v roku 1969 v Bostone, štvrtý - v roku 1972 v Moskve.

V biofyzike je zreteľný rozdiel medzi dvoma oblasťami rôzneho obsahu – molekulárnou biofyzikou a bunkovou biofyzikou. Toto rozlíšenie dostáva aj organizačný výraz: vytvárajú sa samostatné oddelenia týchto dvoch oblastí biofyziky. Na Moskovskej univerzite bola v roku 1953 vytvorená prvá katedra biofyziky na Fakulte biológie a pedológie a o niečo neskôr sa katedra biofyziky objavila na Fyzikálnej fakulte. Katedry boli organizované na rovnakom princípe na mnohých iných univerzitách.

Molekulárna biofyzika

V posledných rokoch sa spojenie medzi molekulárnou biofyzikou a molekulárnou biológiou stále viac posilňuje a v súčasnosti je niekedy ťažké určiť, kde medzi nimi leží deliaca čiara. Pri všeobecnom útoku na problém dedičnej informácie je takáto spolupráca medzi biofyzikou a molekulárnou biológiou nevyhnutná.

Hlavným smerom vo výskumnej práci je štúdium fyziky nukleových kyselín - DNA a RNA. Použitie vyššie uvedených metód a predovšetkým röntgenová difrakčná analýza prispela k dešifrovaniu molekulárnej štruktúry nukleových kyselín. V súčasnosti prebieha intenzívny výskum na štúdium správania sa týchto kyselín v roztokoch. Osobitná pozornosť sa venuje konformačným prechodom "helix-coil", ktoré sa študujú zmenami viskozity, optických a elektrických parametrov. V súvislosti so štúdiom mechanizmov mutagenézy sa vyvíjajú štúdie na štúdium vplyvu ionizujúceho žiarenia na správanie sa nukleových kyselín v roztokoch, ako aj vplyvu žiarenia na nukleové kyseliny vírusov a fágov. Účinok ultrafialového žiarenia, o ktorom je známe, že niektoré spektrálne oblasti sú dobre absorbované nukleovými kyselinami, bol podrobený komplexnej analýze. Veľký podiel na tomto druhu výskumu má detekcia aktívnych radikálov nukleových kyselín a proteínov metódou elektrónovej paramagnetickej rezonancie. S použitím tejto metódy je spojený vznik celého nezávislého smeru.

Problém kódovania informácie DNA a RNA a jej prenosu počas syntézy proteínov je dlhodobo predmetom záujmu molekulárnej biofyziky a fyzici opakovane vyjadrili určité úvahy na túto tému (E. Schrödinger, G. Gamow). Rozlúštenie genetického kódu vyvolalo početné teoretické a experimentálne štúdie o štruktúre špirály DNA, o mechanizme kĺzania a krútenia jej závitov a o štúdiu fyzikálnych síl zapojených do týchto procesov.

Molekulárna biofyzika poskytuje významnú pomoc molekulárnej biológii pri štúdiu štruktúry proteínových molekúl pomocou röntgenovej difrakčnej analýzy, ktorú prvýkrát použil v roku 1930 J. Bernal. V dôsledku použitia fyzikálnych metód v kombinácii s biochemickými (enzymatickými metódami) bola odhalená molekulárna konformácia a sekvencia aminokyselín v mnohých proteínoch.

Moderné elektrónové mikroskopické štúdie, ktoré odhalili prítomnosť komplexných membránových systémov v bunkách a ich organelách, podnietili pokusy pochopiť ich molekulárnu štruktúru (pozri kapitoly 10 a 11). In vivo sa študuje chemické zloženie membrán a najmä vlastnosti ich lipidov. Zistilo sa, že tieto sú schopné nadmernej oxidácie a neenzymatických reakcií oxidácie reťazca (Yu. A. Vladimirov a F. F. Litvin, 1959; B. N. Tarusov a kol., 1960; I. I. Ivanov, 1967), čo vedie k dysfunkcii membrány. Na štúdium zloženia membrán sa začali využívať aj metódy matematického modelovania (V. Ts. Presman, 1964 - 1968; M. M. Shemyakin, 1967; Yu. A. Ovchinnikov, 1972).

Bunková biofyzika

Významnou udalosťou v histórii biofyziky bolo sformovanie jasných predstáv o termodynamike biologických procesov v 50. rokoch 20. storočia, v dôsledku čoho sa predpoklady o možnosti nezávislej tvorby energie v živých bunkách, v rozpore s druhým termodynamickým zákonom , nakoniec zmizol. Pochopenie fungovania tohto zákona v biologických systémoch súvisí so zavedením belgického vedca I. Prigogina (1945) * do biologickej termodynamiky konceptu otvorených systémov vymieňajúcich si energiu a hmotu s vonkajším prostredím. Prigogine ukázal, že pozitívna entropia sa vytvára v živých bunkách počas pracovných procesov v súlade s druhým termodynamickým zákonom. Rovnice, ktoré zaviedol, určili podmienky, za ktorých vzniká takzvaný stacionárny stav (predtým sa tomu hovorilo aj dynamická rovnováha), v ktorom množstvo voľnej energie (negentropia) vstupujúcej do buniek s potravou kompenzuje jej spotrebu a kladná entropia je výkon. Tento objav posilnil všeobecnú biologickú predstavu o neoddeliteľnom spojení medzi vonkajším a vnútorným prostredím buniek. Znamenalo začiatok skutočného štúdia termodynamiky živých systémov vrátane metódy modelovania (A. Burton, 1939; A. G. Pasynsky, 1967).

* (Všeobecnú teóriu otvorených systémov prvýkrát predložil L. Bertalanffy v roku 1932.)

Podľa základného princípu biotermodynamiky je nevyhnutnou podmienkou existencie života stacionárnosť vo vývoji jeho biochemických procesov, na realizáciu ktorých je potrebné koordinovať rýchlosti mnohých metabolických reakcií. Na základe novej biofyzikálnej termodynamiky sa objavil trend, ktorý vyčleňuje vonkajšie a vnútorné faktory, ktoré túto koordináciu reakcií zabezpečujú a robia ju stabilnou. V priebehu posledných dvoch desaťročí sa ukázala veľká úloha pri udržiavaní stacionárneho stavu systému inhibítorov a najmä antioxidantov (B. N. Tarusov a A. I. Zhuravlev, 1954, 1958). Zistilo sa, že spoľahlivosť stacionárneho vývoja je spojená s faktormi prostredia (teplota) a fyzikálno-chemickými vlastnosťami bunkového prostredia.

Moderné princípy biotermodynamiky umožnili podať fyzikálno-chemickú interpretáciu mechanizmu adaptácie. Podľa našich údajov k adaptácii na podmienky prostredia môže dôjsť iba vtedy, ak pri ich zmene je telo schopné nastoliť stacionárnosť vo vývoji biochemických reakcií (B.N. Tarusov, 1974). Vznikla otázka vývoja nových metód, ktoré by umožnili posúdiť stacionárny stav in vivo a predpovedať jeho možné porušenia. Veľký prínos sľubuje zavedenie kybernetických princípov samoregulačných systémov do biotermodynamiky a výskum procesov biologickej adaptácie. Ukázalo sa, že na vyriešenie problému stability stacionárneho stavu je dôležité brať do úvahy takzvané perturbujúce faktory, medzi ktoré patria najmä neenzymatické reakcie oxidácie lipidov. V poslednej dobe sa rozširujú štúdie procesov nadmernej oxidácie v lipidových fázach živých buniek a rastu produktov aktívnych radikálov, ktoré porušujú regulačné funkcie membrán. Zdrojom informácií o týchto procesoch je tak detekcia aktívnych peroxidových radikálov, ako aj peroxidových zlúčenín biolipidov (A. Tappel, 1965; I. I. Ivanov, 1965; E. B. Burlakova, 1967 a i.). Na detekciu radikálov sa využíva biochemiluminiscencia, ktorá vzniká v lipidoch živých buniek pri ich rekombinácii.

Na základe fyzikálno-chemických predstáv o stabilite stacionárneho stavu vznikli biofyzikálne predstavy o adaptácii rastlín na zmeny podmienok prostredia ako porušenie inhibičných antioxidačných systémov (B. N. Tarusov, Ya. E. Doskoch, B. M. Kitlaev, A. M. Agaverdiev, 1968 - 1972). To otvorilo možnosť hodnotenia takých vlastností, ako je mrazuvzdornosť a odolnosť voči soli, ako aj vhodné predpovede pri výbere poľnohospodárskych rastlín.

V 50. rokoch 20. storočia bola objavená ultraslabá žiara - biochemiluminiscencia množstva biologických objektov vo viditeľnej a infračervenej časti spektra (B. N. Tarusov, A. I. Žuravlev, A. I. Polivoda). To sa stalo možným výsledkom vývoja metód na registráciu superslabých svetelných tokov pomocou fotonásobičov (L. A. Kubetsky, 1934). Biochemiluminiscencia, ktorá je výsledkom biochemických reakcií prebiehajúcich v živej bunke, umožňuje posúdiť dôležité oxidačné procesy v reťazcoch prenosu elektrónov medzi enzýmami. Objav a štúdium biochemiluminiscencie má veľký teoretický a praktický význam. B. N. Tarusov a Yu. B. Kudryashov teda poznamenávajú veľkú úlohu produktov oxidácie nenasýtených mastných kyselín v mechanizme výskytu patologických stavov, ktoré sa vyvíjajú pod vplyvom ionizujúceho žiarenia, pri karcinogenéze a iných porušeniach normálnych funkcií. bunky.

V 50. rokoch 20. storočia v súvislosti s prudkým rozvojom jadrovej fyziky vznikla z biofyziky rádiobiológia, ktorá skúma biologický účinok ionizujúceho žiarenia. Výroba umelých rádioaktívnych izotopov, vytváranie termonukleárnych zbraní, atómových reaktorov a vývoj iných foriem praktického využitia atómovej energie postavili so všetkou svojou naliehavosťou problém ochrany organizmov pred škodlivými účinkami ionizujúceho žiarenia a rozvoja teoretické základy prevencie a liečby chorôb z ožiarenia. Na to bolo potrebné v prvom rade zistiť, ktoré zložky bunky a články metabolizmu sú najzraniteľnejšie.

Predmetom štúdia v biofyzike a rádiobiológii bolo objasnenie podstaty primárnych chemických reakcií, ktoré sa vyskytujú v živých substrátoch pod vplyvom energie žiarenia. Tu bolo dôležité nielen pochopiť mechanizmy tohto javu, ale aj vedieť ovplyvniť proces výmeny fyzikálnej energie za chemickú, znížiť jej koeficient „užitočného“ pôsobenia. Prácu v tomto smere iniciovalo štúdium školy N. N. Semenova (1933) v ZSSR a D. Hinshelwooda (1935) v Anglicku.

Významné miesto v rádiobiologickom výskume zaujímalo štúdium stupňa radiačnej odolnosti rôznych organizmov. Zistilo sa, že zvýšená rádiorezistencia (napríklad u púštnych hlodavcov) je spôsobená vysokou antioxidačnou aktivitou lipidov bunkových membrán (M. Chang a kol., 1964; N. K. Ogryzov a kol., 1969). Ukázalo sa, že tokoferoly, vitamín K a tio zlúčeniny hrajú dôležitú úlohu pri vytváraní antioxidačných vlastností týchto systémov (II Ivanov et al., 1972). V posledných rokoch vzbudili veľkú pozornosť aj štúdie mechanizmov mutagenézy. Za týmto účelom sa študuje vplyv ionizujúceho žiarenia na správanie nukleových kyselín a proteínov in vitro, ako aj vo vírusoch a fágoch (A. Gustafson, 1945 - 1950).

Hlavnými úlohami biofyziky v tomto smere zostáva boj o ďalšie zvyšovanie účinnosti chemickej ochrany, hľadanie účinnejších inhibítorov a princípov inhibície.

Pokrok sa dosiahol v štúdiu excitovaných stavov biopolymérov, ktoré určujú ich vysokú chemickú aktivitu. Najúspešnejšie bolo štúdium excitovaných stavov vznikajúcich v primárnom štádiu fotobiologických procesov – fotosyntéza a videnie.

Bol teda urobený solídny príspevok k pochopeniu primárnej aktivácie molekúl rastlinných pigmentových systémov. Zistil sa veľký význam prenosu (migrácie) energie excitovaných stavov bez strát z aktivovaných pigmentov na iné substráty. Významnú úlohu v rozvoji týchto myšlienok zohrali teoretické práce A. N. Terenina (1947 a neskôr). A. A. Krasnovsky (1949) objavil a študoval reakciu reverzibilnej fotochemickej redukcie chlorofylu a jeho analógov. Teraz panuje všeobecné presvedčenie, že v blízkej budúcnosti bude možné reprodukovať fotosyntézu v umelých podmienkach (pozri tiež kapitolu 5).

Biofyzici pokračujú v práci na odhaľovaní povahy svalovej kontrakcie a mechanizmov nervovej excitácie a vedenia (pozri kapitolu 11). Súčasný význam nadobudol aj výskum mechanizmov prechodu z excitovaného stavu do normálneho stavu. Excitovaný stav sa teraz považuje za výsledok autokatalytickej reakcie a inhibícia sa považuje za dôsledok prudkej mobilizácie inhibičnej antioxidačnej aktivity v dôsledku molekulárnych preskupení v zlúčeninách, ako je tokoferol (I. I. Ivanov, O. R. Kols, 1966; O. R. Kols, 1970).

Najdôležitejším všeobecným problémom biofyziky zostáva poznanie kvalitatívnych fyzikálnych a chemických vlastností živej hmoty. Vlastnosti ako schopnosť živých biopolymérov selektívne viazať draslík či polarizovať elektrický prúd sa nedajú zachovať ani pri najopatrnejšom odstránení z tela. Preto bunková biofyzika naďalej intenzívne rozvíja kritériá a metódy celoživotného štúdia živej hmoty.

Napriek mladosti molekulárnej biológie je pokrok, ktorý v tejto oblasti dosiahla, skutočne ohromujúci. V relatívne krátkom čase bola stanovená povaha génu a základné princípy jeho organizácie, reprodukcie a fungovania. Okrem toho sa uskutočnila nielen reprodukcia génov in vitro, ale po prvýkrát bola dokončená aj úplná syntéza samotného génu. Genetický kód bol úplne dešifrovaný a najdôležitejší biologický problém špecifickosti biosyntézy proteínov bol vyriešený. Boli identifikované a študované hlavné spôsoby a mechanizmy tvorby proteínov v bunke. Primárna štruktúra mnohých transportných RNA, špecifických adaptorových molekúl, ktoré prekladajú jazyk nukleických templátov do jazyka aminokyselinovej sekvencie syntetizovaného proteínu, bola úplne určená. Aminokyselinová sekvencia mnohých proteínov bola úplne dešifrovaná a priestorová štruktúra niektorých z nich bola stanovená. To umožnilo objasniť princíp a detaily fungovania molekúl enzýmov. Uskutočnila sa chemická syntéza jedného z enzýmov, ribonukleázy. Boli stanovené základné princípy organizácie rôznych subcelulárnych častíc, mnohých vírusov a fágov a boli odhalené hlavné spôsoby ich biogenézy v bunke. Boli objavené prístupy k pochopeniu spôsobov regulácie génovej aktivity a objasnenie regulačných mechanizmov vitálnej aktivity. Už jednoduchý zoznam týchto objavov naznačuje, že druhá polovica 20. stor. bola poznačená obrovským pokrokom v biológii, za čo vďačí predovšetkým hĺbkovému štúdiu štruktúry a funkcií biologicky dôležitých makromolekúl – nukleových kyselín a bielkovín.

Úspechy v molekulárnej biológii sa už dnes využívajú v praxi a prinášajú hmatateľné výsledky v medicíne, poľnohospodárstve a niektorých odvetviach. Niet pochýb o tom, že návratnosť tejto vedy sa bude každým dňom zvyšovať. Za hlavný výsledok však stále treba považovať, že pod vplyvom úspechov molekulárnej biológie sa posilnila dôvera v existenciu neobmedzených možností na ceste k odhaľovaniu najtajnejších tajomstiev života.

V budúcnosti sa zrejme otvoria nové spôsoby štúdia biologickej formy pohybu hmoty – biológia sa presunie z molekulárnej na atómovú úroveň. Teraz však zrejme neexistuje jediný výskumník, ktorý by dokázal reálne predpovedať vývoj molekulárnej biológie aj na najbližších 20 rokov.

Na now.nsexy.ru/ strávite nezabudnuteľný čas.