Molekulaarbioloog.

Võib öelda, et molekulaarbioloogia uurib elu ilminguid elututel struktuuridel või süsteemidel, millel on elementaarsed elutegevuse tunnused (milleks võivad olla üksikud bioloogilised makromolekulid, nende kompleksid või organellid), uurides, kuidas elusainet iseloomustavad võtmeprotsessid realiseeruvad keemilise interaktsiooni ja teisendusi.

Molekulaarbioloogia eraldamine biokeemiast iseseisvaks teadusvaldkonnaks on tingitud asjaolust, et selle peamiseks ülesandeks on uurida erinevates protsessides osalevate bioloogiliste makromolekulide struktuuri ja omadusi ning selgitada välja nende vastasmõju mehhanismid. Biokeemia tegeleb elu tegelike protsesside, nende esinemismustrite ja nende protsessidega kaasnevate molekulide muundumiste uurimisega elusorganismis. Lõppkokkuvõttes püüab molekulaarbioloogia vastata küsimusele, miks konkreetne protsess toimub, biokeemia aga küsimustele, kus ja kuidas kõnealune protsess keemilisest vaatenurgast toimub.

Lugu

Molekulaarbioloogia kui omaette biokeemia haru hakkas kujunema eelmise sajandi 30. aastatel. Just siis tekkis elunähtuse sügavamaks mõistmiseks vajadus elusorganismide päriliku teabe säilitamise ja edastamise protsesside sihipäraste uuringute järele molekulaarsel tasandil. Seejärel määrati molekulaarbioloogia ülesanne nukleiinhapete ja valkude struktuuri, omaduste ja vastastikmõju uurimisel. Mõistet "molekulaarbioloogia" kasutas esmakordselt inglise teadlane William Astbury uuringute kontekstis, mis olid seotud fibrillaarsete valkude, näiteks kollageeni, vere fibriini või lihaste kontraktiilsete valkude molekulaarstruktuuri ning füüsikaliste ja bioloogiliste omaduste vaheliste seoste selgitamisega.

Molekulaarbioloogia algusaegadel peeti RNA-d taimede ja seente komponendiks ning DNA-d loomarakkude tüüpiliseks komponendiks. Esimene teadlane, kes tõestas DNA sisaldust taimedes, oli Andrei Nikolajevitš Belozerski, kes eraldas herneste DNA 1935. aastal. See avastus kinnitas tõsiasja, et DNA on universaalne nukleiinhape, mis esineb taime- ja loomarakkudes.

Peamine saavutus oli George Beadle'i ja Edward Tatumi otsese põhjus-tagajärg seose loomine geenide ja valkude vahel. Oma katsetes paljastasid nad Neurospora rakud ( Neurosporacrassa) röntgenkiirgus, mis põhjustas mutatsioone. Saadud tulemused näitasid, et see tõi kaasa muutused spetsiifiliste ensüümide omadustes.

1940. aastal eraldas Albert Claude loomarakkude tsütoplasmast tsütoplasmaatilise RNA-d sisaldavad graanulid, mis olid mitokondrite omast väiksemad. Ta nimetas neid mikrosoomideks. Seejärel tehti isoleeritud osakeste struktuuri ja omadusi uurides kindlaks nende põhiline roll valkude biosünteesi protsessis. 1958. aastal otsustati esimesel nendele osakestele pühendatud sümpoosionil neid osakesi nimetada ribosoomideks.

Teiseks oluliseks sammuks molekulaarbioloogia arengus olid 1944. aastal avaldatud Oswald Avery, Colin MacLeodi ja MacLean McCarthy eksperimendi andmed, mis näitasid, et DNA on bakterite transformatsiooni põhjus. See oli esimene eksperimentaalne tõend DNA rollist päriliku teabe edastamisel, mis kummutas varem valitsenud idee geenide valgu olemusest.

1950. aastate alguses näitas Frederick Sanger, et valguahel on ainulaadne aminohappejääkide järjestus. 50ndate lõpus dešifreerisid Max Perutz ja John Kendrew esimeste valkude ruumilise struktuuri. Juba 2000. aastal oli teada sadu tuhandeid looduslikke aminohappejärjestusi ja tuhandeid valkude ruumilisi struktuure.

Umbes samal ajal võimaldas Erwin Chargaffi uurimistöö tal sõnastada reeglid, mis kirjeldavad DNA lämmastikualuste suhet (reeglid ütlevad, et olenemata DNA liigilistest erinevustest on guaniini kogus võrdne tsütosiini kogusega ja adeniin on võrdne temini kogusega), mis aitas hiljem teha suurima läbimurde molekulaarbioloogias ja ühe suurima avastuse bioloogias üldiselt.

See sündmus leidis aset 1953. aastal, kui James Watson ja Francis Crick põhinesid Rosalind Franklini ja Maurice Wilkinsi teostel. Röntgeni struktuurianalüüs DNA, määras DNA molekuli kaheahelalise struktuuri. See avastus võimaldas vastata põhiküsimusele päriliku teabe kandja võime kohta end taastoota ja mõista sellise teabe edastamise mehhanismi. Need samad teadlased sõnastasid lämmastikaluste komplementaarsuse põhimõtte, mis on ülimalt oluline supramolekulaarsete struktuuride moodustumise mehhanismi mõistmisel. See põhimõte, mida praegu kasutatakse kõigi molekulaarsete komplekside kirjeldamiseks, võimaldab kirjeldada ja ennustada nõrkade (mittevalentse) molekulidevahelise interaktsiooni esinemise tingimusi, mis määravad sekundaarse, tertsiaarse jne moodustumise võimaluse. makromolekulide struktuur, supramolekulaarsete bioloogiliste süsteemide isekoosnemise kulg, mis määravad nii suure hulga molekulaarstruktuure ja nende funktsionaalseid komplekte. Samal ajal, 1953. aastal, tekkis teadusajakiri Journal of Molecular Biology. Seda juhtis John Kendrew, kelle teaduslike huvide valdkond oli globulaarsete valkude struktuuri uurimine (Nobeli preemia 1962. aastal koos Max Perutziga). Sarnase venekeelse ajakirja "Molecular Biology" asutas NSV Liidus 1966. aastal V. A. Engelhardt.

1958. aastal sõnastas Francis Crick nn. Molekulaarbioloogia keskne dogma: idee geneetilise teabe voo pöördumatusest DNA-st RNA kaudu valkudesse vastavalt skeemile DNA → DNA (replikatsioon, DNA koopia loomine), DNA → RNA ( transkriptsioon, geenide kopeerimine), RNA → valk (tõlge, info dekodeerimine valkude struktuuri kohta). Seda dogmat parandati 1970. aastal mõnevõrra, võttes arvesse kogutud teadmisi, kuna pöördtranskriptsiooni fenomeni avastasid iseseisvalt Howard Temin ja David Baltimore: avastati ensüüm, pöördtranskriptsioon, mis vastutab pöördtranskriptsiooni eest - topelttranskriptsiooni moodustumise eest. ahelaga DNA üheahelalisel RNA matriitsil, mis esineb onkogeensetes viirustes. Tuleb märkida, et range nõue geneetilise teabe liikumise kohta nukleiinhapetelt valkudele jääb endiselt molekulaarbioloogia aluseks.

1957. aastal näitas Aleksander Sergejevitš Spirin koos Andrei Nikolajevitš Belozerskyga, et vaatamata olulistele erinevustele erinevate organismide DNA nukleotiidide koostises, on kogu RNA koostis sarnane. Nende andmete põhjal jõudsid nad sensatsioonilisele järeldusele, et raku kogu RNA ei saa toimida geneetilise teabe kandjana DNA-st valkudesse, kuna see ei ühti selle koostisega. Samal ajal märkasid nad, et seal on väike osa RNA-st, mis oma nukleotiidide koostiselt vastab täielikult DNA-le ja mis võib olla tõeline geneetilise teabe kandja DNA-st valkudesse. Selle tulemusel ennustasid nad suhteliselt väikeste RNA molekulide olemasolu, mis on oma struktuurilt analoogsed DNA üksikute osadega ja toimivad vahendajatena DNA-s sisalduva geneetilise informatsiooni ülekandmisel ribosoomi, kus seda infot kasutades sünteesitakse valgumolekule. 1961. aastal (S. Brenner, F. Jacob, M. Meselson ühelt poolt ning F. Gros, Francois Jacob ja Jacques Monod said esimestena eksperimentaalse kinnituse selliste molekulide – info (sõnumitooja) RNA) olemasolule. Samal ajal töötasid nad välja funktsionaalse DNA üksuse - operoni kontseptsiooni ja mudeli, mis võimaldas täpselt selgitada, kuidas toimub geeniekspressiooni reguleerimine prokarüootides. Valkude biosünteesi mehhanismide ja struktuurilise korralduse põhimõtete uurimine ja molekulaarmasinate – ribosoomide – töö võimaldas sõnastada geneetilise informatsiooni liikumist kirjeldava postulaadi, mida nimetatakse molekulaarbioloogia keskseks dogmaks: DNA – mRNA on valk.

1961. aastal ja järgneva paari aasta jooksul viisid Heinrich Matthai ja Marshall Nirenberg ning seejärel Har Korana ja Robert Holley läbi mitmeid töid geneetilise koodi dešifreerimiseks, mille tulemusena tekkis otsene seos DNA struktuuri ja sünteesitud valgud ja nukleotiidjärjestus, mis määrab valgu aminohapete komplekti. Samuti saadi andmeid geneetilise koodi universaalsuse kohta. Avastused pälvisid 1968. aastal Nobeli preemia.

RNA funktsioonide kohta kaasaegsete ideede väljatöötamiseks sai otsustavaks mittekodeerivate RNA-de avastamine, mis põhines Aleksander Sergeevich Spirini ja Andrei Nikolajevitš Belozerski 1958. aastal, Charles Brenneri ja kaasautorite ning Saul Spiegelmani töö tulemustel. aastal 1961. Seda tüüpi RNA moodustab suurema osa raku RNA-st. Mittekodeerivad RNA-d hõlmavad peamiselt ribosomaalseid RNA-sid.

Loomarakkude kultiveerimise ja hübridiseerimise meetodid on märkimisväärselt arenenud. 1963. aastal sõnastasid Francois Jacob ja Sidney Brenner replikoni idee - loomupäraselt replitseeruvate geenide järjestuse, mis selgitab geenide replikatsiooni reguleerimise olulisi aspekte.

1967. aastal demonstreeriti A. S. Spirini laboris esmakordselt, et kompaktselt volditud RNA kuju määrab ribosomaalse osakese morfoloogia.

1968. aastal tehti oluline fundamentaalne avastus. Okazaki, kes avastas replikatsiooniprotsessi uurides mahajäänud ahela DNA fragmente, nimetas tema järgi Okazaki fragmente, selgitas DNA replikatsiooni mehhanismi.

1970. aastal tegid Howard Temin ja David Baltimore iseseisvalt olulise avastuse: nad avastasid ensüümi revertaasi, mis vastutab pöördtranskriptsiooni eest – kaheahelalise DNA moodustumise eest üheahelalisel RNA matriitsil, mis esineb RNA-d sisaldavates onkogeensetes viirustes.

Teine oluline molekulaarbioloogia saavutus oli mutatsioonide mehhanismi selgitamine molekulaarsel tasandil. Uuringute seeria tulemusena tehti kindlaks peamised mutatsioonide tüübid: dubleerimised, inversioonid, deletsioonid, translokatsioonid ja transpositsioonid. See võimaldas käsitleda evolutsioonilisi muutusi geneetiliste protsesside seisukohast ning võimaldas arendada molekulaarkellade teooriat, mida kasutatakse fülogeneesis.

70. aastate alguseks olid sõnastatud nukleiinhapete ja valkude toimimise aluspõhimõtted elusorganismis. Leiti, et valke ja nukleiinhappeid kehas sünteesitakse maatriksmehhanismi abil, maatriksmolekul kannab krüpteeritud teavet aminohapete järjestuse kohta (valgus) või nukleotiidide (nukleiinhappes) järjestuse kohta. Replikatsiooni (DNA dubleerimine) või transkriptsiooni (mRNA süntees) ajal toimib DNA sellise maatriksina translatsiooni (valgu süntees) või pöördtranskriptsiooni ajal, mRNA toimib sellise maatriksina.

Nii loodi teoreetilised eeldused molekulaarbioloogia rakendusvaldkondade, eelkõige geenitehnoloogia arendamiseks. 1972. aastal töötasid Paul Berg, Herbert Boer ja Stanley Cohen välja molekulaarse kloonimise tehnoloogia. Siis olid nad esimesed, kes said rekombinantse DNA in vitro. Need silmapaistvad katsed panid aluse geenitehnoloogiale ja seda aastat peetakse selle teadusvaldkonna sünniajaks.

1977. aastal töötasid Frederick Sanger ning sõltumatult Allan Maxam ja Walter Gilbert välja erinevad meetodid DNA primaarstruktuuri (sekveneerimise) määramiseks. Sangeri meetod, nn ahela lõpetamise meetod, on tänapäevase sekveneerimise aluseks. Sekveneerimise põhimõte põhineb märgistatud aluste kasutamisel, mis toimivad ringikujulises sekveneerimisreaktsioonis terminaatoritena. See meetod on muutunud laialt levinud tänu selle võimele kiiresti analüüsida.

1976 – Frederick. Sanger dešifreeris 5375 nukleotiidipaari pikkuse faagi φΧ174 DNA nukleotiidjärjestuse.

1981 – Sirprakuline aneemia saab esimeseks geneetiliseks haiguseks, mis diagnoositakse DNA testimise teel.

1982–1983 RNA katalüütilise funktsiooni avastamine T. Checki ja S. Altmani Ameerika laborites muutis senist ideed valkude eksklusiivsest rollist. Analoogiliselt katalüütiliste valkude - ensüümidega - nimetati katalüütilisi RNA-sid ribosüümideks.

1987 Keri Mullez avastas polümeraasi ahelreaktsiooni, tänu millele on võimalik kunstlikult oluliselt suurendada DNA molekulide arvu lahuses edasiseks tööks. Tänapäeval on see üks olulisemaid molekulaarbioloogia meetodeid, mida kasutatakse pärilike ja viirushaiguste uurimisel, geenide uurimisel ning identiteedi ja suguluse geneetilisel tuvastamisel jne.

1990. aastal avaldasid kolm teadlaste rühma korraga meetodi, mis võimaldas laboris kiiresti saada sünteetilist funktsionaalselt aktiivset RNA-d (kunstlikud ribosüümid või molekulid, mis interakteeruvad erinevate ligandidega – aptameeridega). Seda meetodit nimetatakse in vitro evolutsiooniks. Ja varsti pärast seda, aastatel 1991-1993 A.B. Quadruple demonstreeris eksperimentaalselt RNA molekulide olemasolu, kasvu ja amplifitseerimise võimalust kolooniate kujul tahkel söötmel.

1998. aastal kirjeldasid Craig Mello ja Andrew Fire peaaegu samaaegselt mehhanismi, mida varem täheldati bakterite ja lilledega geenikatsete käigus. RNA interferents, milles väike kaheahelaline RNA molekul põhjustab geeniekspressiooni spetsiifilist pärssimist.

RNA interferentsi mehhanismi avastamisel on tänapäeva molekulaarbioloogia jaoks väga oluline praktiline tähtsus. Seda nähtust kasutatakse laialdaselt teaduslikes katsetes kui vahendit "väljalülitamiseks", st üksikute geenide ekspressiooni mahasurumiseks. Eriti huvitav on asjaolu, et see meetod võimaldab uuritavate geenide aktiivsuse pöörduvat (ajutist) allasurumist. Käimas on uuringud selle nähtuse kasutamise võimaluste kohta viirus-, kasvaja-, degeneratiivsete ja ainevahetushaiguste raviks. Tuleb märkida, et 2002. aastal avastati mutantsed poliomüeliidi viirused, mis suutsid vältida RNA interferentsi, mistõttu tuleb sellel nähtusel põhinevate tõeliselt tõhusate ravimeetodite väljatöötamiseks teha rohkem vaeva.

Aastatel 1999–2001 määrasid mitmed teadlaste rühmad bakteriaalse ribosoomi struktuuri eraldusvõimega 5,5–2,4 angströmi.

Üksus

Molekulaarbioloogia saavutusi eluslooduse tundmisel on raske üle hinnata. Suur edu on saavutatud tänu edukale uurimiskontseptsioonile: keerulisi bioloogilisi protsesse vaadeldakse üksikute molekulaarsüsteemide vaatenurgast, mis võimaldab kasutada täpseid füüsikalis-keemilisi uurimismeetodeid. See meelitas sellesse teadusvaldkonda ka palju suurkujusid seotud valdkondadest: keemiast, füüsikast, tsütoloogiast, viroloogiast, millel oli kasulik mõju ka selle valdkonna teaduslike teadmiste ulatusele ja arengukiirusele. Sellised märkimisväärsed avastused nagu DNA struktuuri määramine, geneetilise koodi dešifreerimine ja genoomi kunstlikult sihipärane muutmine on võimaldanud oluliselt paremini mõista organismide arenguprotsesside eripära ning edukalt lahendada mitmeid olulisi fundamentaal- ja rakendusteaduslikke, meditsiinilisi ja sotsiaalsed probleemid, mida peeti mitte nii kaua aega tagasi lahendamatuks.

Molekulaarbioloogia õppeaineks on peamiselt valgud, nukleiinhapped ja nendel põhinevad molekulaarkompleksid (molekulaarmasinad) ning protsessid, milles nad osalevad.

Nukleiinhapped on lineaarsed polümeerid, mis koosnevad nukleotiidühikutest (viieliikmelise suhkru ühendid, mille tsükli viiendal aatomil on fosfaatrühm ja üks neljast lämmastiku alusest), mis on omavahel ühendatud fosfaatrühmade estersidemega. Seega on nukleiinhape pentoosfosfaatpolümeer, mille kõrvalasendajatena on lämmastikku sisaldavad alused. RNA ahela keemiline koostis erineb DNA-st selle poolest, et esimene koosneb süsivesikute riboosi viieliikmelisest ringist, teine ​​aga riboosi dehüdroksüriboosi derivaadist. Pealegi erinevad need molekulid ruumiliselt radikaalselt, kuna RNA on paindlik üheahelaline molekul, DNA aga kaheahelaline molekul.

Valgud on lineaarsed polümeerid, mis on alfa-aminohapete ahelad, mis on omavahel ühendatud peptiidsidemetega, sellest ka nende teine ​​nimi - polüpeptiidid. Looduslikud valgud sisaldavad palju erinevaid aminohappeühikuid – inimesel kuni 20 –, mis määrab nende molekulide laia funktsionaalse omaduse. Teatud valgud osalevad peaaegu kõigis kehas toimuvates protsessides ja täidavad paljusid ülesandeid: nad täidavad rakulise ehitusmaterjali rolli, tagavad ainete ja ioonide transpordi, katalüüsivad keemilisi reaktsioone – see nimekiri on väga pikk. Valgud moodustavad stabiilseid molekulaarseid konformatsioone erinevatel organisatsioonitasanditel (sekundaarsed ja tertsiaarsed struktuurid) ja molekulaarseid komplekse, mis veelgi laiendab nende funktsionaalsust. Nendel molekulidel võib olla kõrge spetsiifilisus teatud ülesannete täitmiseks keeruka ruumilise globulaarse struktuuri moodustumise tõttu. Valkude lai valik tagab teadlaste pideva huvi seda tüüpi molekulide vastu.

Kaasaegsed ideed molekulaarbioloogia teema kohta põhinevad üldistusel, mille 1958. aastal esitas Francis Crick kui molekulaarbioloogia keskse dogma. Selle sisuks oli väide, et geneetiline teave elusorganismides läbib rangelt määratletud rakendamise etapid: kopeerimine DNA-st DNA-sse pärandi sisendis, DNA-st RNA-sse ja seejärel RNA-st valku ning vastupidine üleminek pole võimalik. See väide oli vaid osaliselt tõsi, nii et keskne dogma korrigeeriti hiljem ilmnenud uusi andmeid silmas pidades.

Hetkel on teada mitmeid geneetilise materjali realiseerimise viise, mis esindavad geneetilise informatsiooni kolme tüüpi olemasolu erinevaid järjestusi: DNA, RNA ja valk. Üheksa võimaliku teostusviisi puhul eristatakse kolme rühma: need on kolm üldist transformatsiooni (üldine), mis esinevad normaalselt enamikus elusorganismides; kolm erilist transformatsiooni (spetsiaalne), mis viiakse läbi mõnes viiruses või spetsiaalsetes laboritingimustes; kolm tundmatut teisendust (tundmatu), mille realiseerimist peetakse võimatuks.

Üldised transformatsioonid hõlmavad järgmisi geneetilise koodi rakendamise viise: DNA → DNA (replikatsioon), DNA → RNA (transkriptsioon), RNA → valk (translatsioon).

Pärilike tunnuste ülekandmiseks peavad vanemad oma järglastele edasi andma tervikliku DNA molekuli. Protsessi, mille käigus saab algsest DNA-st täpse koopia sünteesida ja seega geneetilist materjali üle kanda, nimetatakse replikatsiooniks. Seda viivad läbi spetsiaalsed valgud, mis harutavad molekuli lahti (sirguvad selle lõigu), kerivad lahti topeltheeliksi ja loovad DNA polümeraasi abil täpse koopia algsest DNA molekulist.

Raku eluea tagamiseks peab see pidevalt viitama DNA kaksikheeliksisse põimitud geneetilisele koodile. See molekul on aga liiga suur ja kohmakas, et seda saaks kasutada pideva valgusünteesi geneetilise materjali otsese allikana. Seetõttu on DNA-s sisalduva teabe rakendamise protsessis vaheetapp: mRNA süntees, mis on väike üheahelaline molekul, mis on komplementaarne teatud valku kodeeriva DNA teatud segmendiga. Transkriptsiooniprotsess viiakse läbi RNA polümeraasi ja transkriptsioonifaktorite abil. Saadud molekuli saab seejärel hõlpsasti toimetada valgusünteesi eest vastutavasse raku ossa – ribosoomi.

Pärast RNA sisenemist ribosoomi algab geneetilise teabe rakendamise viimane etapp. Sel juhul loeb ribosoom mRNA-st geneetilist koodi kolmikutes, mida nimetatakse koodoniteks, ja sünteesib saadud teabe põhjal vastava valgu.

Spetsiaalsete transformatsioonide käigus realiseeritakse geneetiline kood skeemi järgi RNA→RNA (replikatsioon), RNA→DNA (pöördtranskriptsioon), DNA→valk (otsene translatsioon). Seda tüüpi replikatsioon esineb paljudes viirustes, kus seda teostab ensüüm RNA-sõltuv RNA polümeraas. Sarnaseid ensüüme leidub eukarüootsetes rakkudes, kus need on seotud RNA vaigistamise protsessiga. Pöördtranskriptsiooni leidub retroviirustes, kus see toimub ensüümi pöördtranskriptaasi toimel, ning mõnel juhul ka eukarüootsetes rakkudes, näiteks telomeeride sünteesi käigus. Otseülekanne toimub ainult tehistingimustes isoleeritud süsteemis väljaspool rakku.

Kõiki kolmest võimalikust geneetilise informatsiooni üleminekust valgult valgule, RNA-le või DNA-le peetakse võimatuks. Prioonide mõju valkudele, mille tulemusena tekib sarnane prioon, võib tinglikult seostada geneetilise informatsiooni valgu → valgu teostustüübiga. Kuid formaalselt see nii ei ole, kuna see ei mõjuta valgu aminohappejärjestust.

Mõiste “keskdogma” tekkelugu on huvitav. Kuna sõna dogma üldiselt tähendab väidet, mis ei allu kahtlustele ja sõnal endal on selged religioossed varjundid, ei ole selle valik teadusliku fakti kirjeldusena täiesti õigustatud. Francis Cricki enda sõnul oli see tema viga. Ta tahtis väljapakutud teooriale anda suurema tähenduse, eristada seda teistest teooriatest ja hüpoteesidest; Miks ta otsustas kasutada seda enda arvates majesteetlikku sõna, mõistmata selle tegelikku tähendust? Nimi aga jäi külge.

Molekulaarbioloogia tänapäeval

Molekulaarbioloogia kiire areng, pidev avalikkuse huvi selle valdkonna edusammude vastu ja uuringute objektiivne tähtsus on viinud suure hulga suurte molekulaarbioloogia uurimiskeskuste tekkeni üle maailma. Suurimatest tuleks mainida: Laboratory of Molecular Biology Cambridge'is, Kuninglik Instituut Londonis - Ühendkuningriigis; molekulaarbioloogia instituudid Pariisis, Marseille's ja Strasbourgis, Pasteuri Instituut - Prantsusmaal; Harvardi ülikooli ja Massachusettsi tehnoloogiainstituudi, Berkeley ülikooli, California tehnoloogiainstituudi, Rockefelleri ülikooli ja Bethesda terviseinstituudi molekulaarbioloogia osakonnad - USA-s; Max Plancki instituudid, Göttingeni ja Müncheni ülikoolid, Berliini molekulaarbioloogia keskinstituut, Jena ja Halle instituudid - Saksamaal; Karolinska Instituut Stockholmis Rootsis.

Venemaal on selle valdkonna juhtivad keskused oma nime saanud Molekulaarbioloogia Instituut. V.A Engelhardt RAS, Molekulaargeneetika Instituut RAS, Geenibioloogia Instituut RAS, Füüsikalise ja Keemilise Bioloogia Instituut. A. N. Belozerski nimeline Moskva Riiklik Ülikool. M.V. Lomonosov, Biokeemia Instituut. A.N.Bachi RAS ja valgu-RAS-i instituut Pushchinos.

Tänapäeval hõlmavad molekulaarbioloogide huvid suurt hulka fundamentaalseid teaduslikke küsimusi. Juhtroll on endiselt nukleiinhapete struktuuri ja valkude biosünteesi uurimisel, erinevate rakusiseste struktuuride ja rakupindade struktuuri ja funktsioonide uurimisel. Olulised uurimisvaldkonnad on ka vastuvõtu- ja signaaliedastusmehhanismide uurimine, ühendite rakusisese transpordi molekulaarsed mehhanismid kui ka rakust väliskeskkonda ja tagasi. Rakendusmolekulaarbioloogia valdkonna teadusuuringute põhisuundade hulgas on üheks kõrgeimaks prioriteediks kasvajate tekke ja arengu probleem. Samuti on väga oluline valdkond, mida uurib molekulaarbioloogia haru - molekulaargeneetika, pärilike haiguste ja viirushaiguste, näiteks AIDSi, esinemise molekulaarse aluse uurimine, samuti nende ravimeetodite väljatöötamine. ennetamine ja võimalusel ka ravi geenitasandil. Molekulaarbioloogide avastused ja arengud kohtumeditsiinis on leidnud laialdast rakendust. Tõelise revolutsiooni isikutuvastuse valdkonnas tegid 80ndatel Venemaa, USA ja Suurbritannia teadlased tänu genoomse sõrmejälgede võtmise meetodi väljatöötamisele ja igapäevases praktikas rakendamisele - isiku tuvastamine DNA abil. Selle valdkonna uuringud ei lõpe tänapäevani, kaasaegsed meetodid võimaldavad tuvastada inimese identiteeti ühe miljardi protsendi vea tõenäosusega. Juba praegu käib aktiivne geneetilise passi projekti väljatöötamine, mis eeldatavasti vähendab oluliselt kuritegevuse taset.

Metoodika

Tänapäeval on molekulaarbioloogial ulatuslik meetodite arsenal, mis võimaldab lahendada kõige arenenumaid ja keerukamaid teadlaste ees seisvaid probleeme.

Üks levinumaid meetodeid molekulaarbioloogias on geelelektroforees, mis lahendab makromolekulide segu suuruse või laengu järgi eraldamise probleemi. Peaaegu alati, pärast makromolekulide eraldamist geelis, kasutatakse blottingut, meetodit, mis võimaldab makromolekulide ülekandmist geelist (sorbeeritud) membraani pinnale, et hõlbustada nendega edasist tööd, eriti hübridisatsiooni. Hübridiseerimine – hübriid-DNA moodustamine kahest erineva iseloomuga ahelast – on meetod, millel on oluline roll fundamentaaluuringutes. Seda kasutatakse määramiseks täiendavad segmendid erinevates DNA-des (erinevate liikide DNA), kasutatakse seda uute geenide otsimiseks, tema abiga avastati RNA interferents ja selle põhimõte oli genoomse sõrmejälgede võtmise aluseks.

Molekulaarbioloogiliste uuringute kaasaegses praktikas mängib suurt rolli sekveneerimismeetod - nukleotiidide järjestuse määramine nukleiinhapetes ja aminohapete järjestuse määramine valkudes.

Tänapäeva molekulaarbioloogiat ei saa ette kujutada ilma polümeraasi ahelreaktsiooni (PCR) meetodita. Tänu sellele meetodile suurendatakse (amplifitseeritakse) teatud DNA järjestuse koopiate arvu, et saada ühest molekulist piisav kogus ainet sellega edasiseks tööks. Sarnane tulemus saavutatakse molekulaarse kloonimise tehnoloogiaga, mille käigus sisestatakse vajalik nukleotiidjärjestus bakterite (elussüsteemide) DNA-sse, misjärel bakterite paljunemine viib soovitud tulemuseni. See lähenemine on tehniliselt palju keerulisem, kuid võimaldab üheaegselt saada uuritava nukleotiidjärjestuse ekspressiooni tulemust.

Ka molekulaarbioloogilistes uuringutes kasutatakse laialdaselt ultratsentrifuugimise meetodeid (makromolekulide (suurtes kogustes), rakkude, organellide eraldamiseks), elektron- ja fluorestsentsmikroskoopia meetodeid, spektrofotomeetrilisi meetodeid, röntgendifraktsioonanalüüsi, autoradiograafiat jne.

Tänu tehnoloogilisele arengule ja teadusuuringutele keemia, füüsika, bioloogia ja arvutiteaduse vallas võimaldavad kaasaegsed seadmed isoleerida, uurida ja muuta üksikuid geene ja protsesse, milles nad osalevad.

Kellele? Gümnaasiumiõpilased, õpilased.
Mis annab? Molekulaarbioloogia aluste tundmine.
Õpetajad. Venemaa Teaduste Akadeemia Geenibioloogia Instituudi mikroorganismide molekulaargeneetika laborite juhataja, Rutgersi ülikooli (USA) professor, Skolkovo teaduse ja tehnoloogia instituudi (SkolTech) professor.
Millal? Vajab täpsustamist.
Hind. 9000 hõõruda.
Osalemise tingimused. Osalemiseks tuleb esitada avaldus veebilehel.

Bioloogilised ringid. nime saanud Moskva Riiklik Ülikool. M.V. Lomonossov.

Kellele? 9-11 klassid.
Mis annab? Bioloogia tundmine, projekteerimistööde tegemise oskused, laboris töötamise oskused.
Õpetajad. Moskva Riikliku Ülikooli bioloogiateaduskonna töötajad.
Millal?
Hind. Vajab täpsustamist.
Osalemise tingimused. Vajab täpsustamist.

Moskva gümnaasiumi bioloogiline osakond nr 1543 edelaosas.

Kellele? 7-10 klassid.
Mis annab? Sügavad teadmised bioloogiast.
Õpetajad. Moskva Riikliku Ülikooli töötajad, gümnaasiumi lõpetanud.
Millal? Värbamise alguskuupäevi on võimalik jälgida.
Kohustuslikud nõuded. Peate sooritama sisseastumiskatsed.
Hind. Tasuta (on vabatahtlik panus).
Osalemise tingimused. Vastuvõtt gümnaasiumi päevases õppes.

Kool "Chem*Bio*Plus". Venemaa Riiklik Teadusuuringute Meditsiiniülikool sai nime N.I. Pirogov.

Kellele? 10-11 klassid.
Mis annab? Teadmised bioloogiast, keemiast.
Millal? Värbamine - igal aastal, septembris.
Kohustuslikud nõuded. Värbamine testitulemuste põhjal.
Hind. 10 000 - 75 000 hõõruda. (toimub proovitund).

Akadeemia. "PostScience".

Kellele? Koolilapsed, üliõpilased.
Mis annab?

• teadmised osakeste füüsika, keemia, meditsiini, matemaatika, neurofüsioloogia, geneetika, sotsioloogia, arvutiteaduse valdkonnast;
• teadmised selle kohta, kuidas teaduslikke arenguid reaalses elus rakendatakse.

Õpetajad. Kõrgelt kvalifitseeritud spetsialistid, teadlased.
Millal? Värbamiskuupäevi on võimalik jälgida Kokkupuutel Ja Facebook.
Hind. 9000 hõõruda.
Osalemise tingimused. Soovitud kursust on vaja jälgida. Registreeru kursusele, maksa koolituse eest.

Petroskoi

Petrozavodski Riikliku Ülikooli STEM keskus.

Kellele? 1.–11. klass.
Mis annab? Projekteerimis- ja teadustegevuse oskused programmeerimise, bioloogia, keemia, füüsika valdkonnas.
Millal? Värbamise alguskuupäevi on võimalik jälgida.
Hind. Vajab täpsustamist.
Osalemise tingimused. Petroskoi koolide õpilased.

Petrozavodski Riikliku Ülikooli avatud ülikooli lütseum.

Kellele? 10. klass.
Mis annab?

• tehnikasuund (füüsika, matemaatika, informaatika, vene keel);
• meditsiiniline ja bioloogiline (keemia, bioloogia, vene keel).

Millal? Värbamise alguskuupäevi on võimalik jälgida.
Hind. Vajab täpsustamist.
Osalemise tingimused. Vene Föderatsiooni kodakondsus, avaldus, õppemaks.

Meistriklassid

"Raku ehitus ja funktsioonid" - tund muuseumis.

Kellele? 14-16 aastased.
Mis annab?

• praktilised oskused bioloogias;
• mikroskoobiga töötamise oskus;
• katsetamisoskus.

Millal? Vajab täpsustamist.
Hind. Vajab täpsustamist.
Kestus. 90 minutit.
Erilised külastustingimused. Kuu viimane teisipäev on sanitaarpäev.
Kuidas registreeruda? Jätke taotlus veebisaidile.

"Maailm mikroskoobi all."

Kellele? 6-16 aastased.
Mis annab? Mikroskoobi all mikroorganismide, raku struktuuri vaatlemine.
Millal? Vajab täpsustamist.
Hind. 200 hõõruda.
Kestus. 1 tund.
Erilised külastustingimused. Rühmatunnid (külastajatele alates 6. eluaastast) toimuvad graafiku alusel nädalavahetustel ja koolivaheaegadel.
Kuidas registreeruda? Jätke taotlus veebisaidile.

Keemiatund "Kõige hämmastavam aine maa peal".

Kellele? 14-16 aastased.
Mis annab?

• teadmised vee omadustest;
• laboratoorsete katsete läbiviimise oskus.

Millal? Vajab täpsustamist.
Hind. 16 000 hõõruda. kahekordsele 15-liikmelisele rühmale.
Kestus. 90 minutit.

Laagrid

Moskva piirkond

Keemialaager “Elevant ja kaelkirjak”.

Kellele? 9-11 klassid.
Millal? Igal aastal.
Mis annab?

• keemia tundmine;
• reaktiividega töötamise oskused.

Märge: koolitusprogrammid muutuvad igal vahetusel, mistõttu on vajalik nende sisu korraldajatega selgeks teha.
Õpetajad. Erinevate erialade kõrgelt kvalifitseeritud arstid, professionaalsed bioloogid, teadlased.
Hind. 32 000 hõõruda.
Osalemise tingimused. Peate esitama veebisaidil avalduse.

Hariduskeskus "Sirius". Suund "Teadus". Vahetab “Keemia”, “Bioloogia”.

Kellele? 10-17 aastat vana.
Mis annab? Eriainete süvendatud tundmine, silmaringi laiendamine ja isiklik areng.
Õpetajad. Teadlased, juhtivate ülikoolide, füüsika-, matemaatika- ja keemia- ja bioloogiakoolide õpetajad, matemaatika, füüsika, keemia ja bioloogia riiklike ja piirkondlike koondiste treenerid.
Millal? Igal aastal. Värbamiskuupäevi on võimalik jälgida.
Kohustuslikud nõuded. Sügavad teadmised erialaainetest, ülevenemaaliste ja rahvusvaheliste olümpiaadide tase.
Hind. Tasuta.
Osalemise tingimused. Kandideeri kodulehel. Võimalik on konkureeriv valik. Üksikasju tuleb kontrollida korraldajatelt või jälgida veebilehel.

ülikoolid

nime saanud Moskva Riiklik Ülikool. M.V. Lomonossov.

bioloogia osakond.
Loomise aasta: 1930.
Mis annab?
Kvalifikatsioon:

Venemaa Riiklik Teadusuuringute Meditsiiniülikool sai nime N.I. Pirogov.

Biokeemia ja molekulaarbioloogia osakond.
Loomise aasta: 1963.
Mis annab? Valmistab ette kvalifitseeritud spetsialiste.
Kvalifikatsioon: spetsialist, koolitusperiood - 6 aastat.

Novosibirsk

Novosibirski Riiklik Ülikool.

loodusteaduste teaduskond. Bioloogiline osakond. Molekulaarbioloogia osakond.
Loomise aasta: 1959.
Mis annab? Valmistab ette kvalifitseeritud spetsialiste.
Kvalifikatsioon: Bakalaureusekraad, õppe kestus - 4 aastat, magister - 2 aastat.

Interneti-kursused

Vene keeles

"Päris matemaatika". Elektrooniline kool "Znanika".

Kellele? 5.–9. klassid.
Mis annab? Kõrgemad teadmised matemaatikast.
Millal? Igal ajal.
Õpetajad. Füüsikaliste ja matemaatikateaduste, pedagoogikateaduste kandidaadid, riigi juhtivate ülikoolide dotsendid, professorid ja õppejõud.
Osalemise tingimused. Vajalik registreerimine.

Virtuaalne keemialabor. Mari Riiklik Tehnikaülikool.

Kellele? 8-11 klassid.
Mis annab? Keemialaboris töötamise ja reaalajas katsete tegemise kogemus.
Hind. 3500-9000 hõõruda.
Osalemise tingimused. Kassasse.

Mark Zentrum. Rahvusvaheline haridusalane veebikeskus.

Kellele? Alates 11. eluaastast.
Mis annab? Koolitusprogrammid bioloogias, keemias, matemaatikas, võõrkeeltes.
Millal? Individuaaltunnid lepitakse kokku õpetajaga. Rühmatunnid toimuvad graafiku alusel.
Õpetajad. Keeleteadlased, erialaainete praktiseerivad õpetajad.
Hind. Proovitund – tasuta. Individuaaltunnid: üks õppetund - 450–1200 rubla, olenevalt õppetundide arvust (vähemalt viis) ja tunni kestusest. Rühmatunnid: üks õppetund - 280–640 hõõruda.
Võõrkeeletundide maksumus. Proovitund emakeelena kõnelejaga- tasuline: 10 eurot. Ühe õppetunni maksumus: 15–35 eurot, olenevalt õppetunni kestusest.
Kestus. Oleneb klasside vormist. Individuaaltund - 45–90 minutit, rühmatund - 90 minutit, veebiseminar - 120 minutit. Esimene proovitund on 30–40 minutit.
Osalemise tingimused. Täitke proovitunni taotlusvorm.
Eritingimused. Vajalikud materjalid ja õpikud saadab õpetaja elektroonilisel kujul (õppematerjale on võimalik soetada ka trükituna).

Inglise keeles

Loeng. Üllatused ja avastus katalüüsis.

Kellele? Koolilapsed, üliõpilased.
Mis annab? Teadmised katalüüsi viimastest edusammudest.
Õpetajad. Erick M. Carreira, Zürichi ülikooli orgaanilise keemia professor.
Millal? Igal ajal.
Hind. Tasuta.

Keemia Virtulab inglise keeles. Võimalik seadistada vene keel.

Kellele?Õpilased.
Mis annab? Laboris töötamise kogemus sadade reaktiividega reaalajas.
Millal? Igal ajal.
Hind. Tasuta.

Detektiivkeemia virtuaallabor. Uurige kuritegu, kasutades keemiaalaseid teadmisi.

Kellele? Koolilapsed, üliõpilased.
Mis annab? Keemiateadmiste mängulise rakendamise oskus.
Millal? Igal ajal.
Ülesande kestus. 40-50 minutit.
Hind. Tasuta.
Osalemise tingimused. Laadige programm alla oma arvutisse.

1. Nukleiinhapete uurimise ajalugu. Molekulaarbioloogia meetodid………………3

2. Nukleiinhapete struktuur. Nukleoproteiinid …………………………………………………………………………………………………………………

Töö nr 1. Nukleoproteiinide hüdrolüüs………………………………………………………..8

Töö nr 2. Deoksüribonukleoproteiinide (DNP) eraldamine kudedest……………………………

3. Nukleotiidide süntees. Nukleotiidide jaotumine kehas……………………………….11

4. DNA ja RNA struktuur ja funktsioonid. Testi küsimused………………………………13

5. Nukleiinhapete kvantitatiivne määramine………………………………………14

Töö nr 3. Nukleiinhapete kvantitatiivne määramine veres……………..-

Töö nr 4. Kogusumma spektrofotomeetriline määramine

Töö nr 5. DNA kvantitatiivne määramine kolorimeetrilise meetodiga…………16

Töö nr 6. RNA kvantitatiivne määramine kolorimeetrilise meetodiga………….17

Testi küsimused……………………………………………………………………………………….18

6. Genoomi struktuur. Geeni ekspressioon. Testi küsimused………………………………19

Kirjandus……………………………………………………………………………………………20

Nukleiinhapete uurimise ajalugu. Molekulaarbioloogia meetodid.

1. Molekulaarbioloogia kui teadus. Tekkimine.

2. Molekulaarbioloogia probleemid.

3. Molekulaarbioloogia fundamentaalsed avastused. Põhipostulaat.

4. Molekulaarbioloogia seos teiste teadustega.

5. Uute teaduste – genoomika ja proteoomika – teke. Geenipankade loomine.

6. Molekulaarbioloogia meetodid: - mikroskoopia;

röntgendifraktsioonianalüüs;

Radioaktiivsete isotoopide kasutamine;

Ultratsentrifuugimine;

kromatograafia;

elektroforees;

Isoelektriline teravustamine;

Rakukultuuri meetod;

Rakuvabad süsteemid;

Monoklonaalsed antikehad jne.

____________________________

"Molekulaarbioloogia uurib bioloogiliste makromolekulide ja raku põhikomponentide struktuuri ja nende funktsioonide vahelist seost, samuti raku iseregulatsiooni aluspõhimõtteid ja mehhanisme, mis vahendavad kõigi rakus toimuvate protsesside järjepidevust ja ühtsust, mis moodustavad olemuse. elust” – J. Watson, 1968

Ülesanded molekulaarbioloogia:

genoomide struktuuri dešifreerimine;

geenipankade loomine;

genoomne sõrmejälgede võtmine;

evolutsiooni, diferentseerumise, bioloogilise mitmekesisuse, arengu ja vananemise, kantserogeneesi, immuunsuse jne molekulaarse aluse uurimine;

geneetiliste haiguste ja viirushaiguste diagnoosimise ja ravi meetodite loomine;

uute biotehnoloogiate loomine toiduainete ja erinevate bioloogiliselt aktiivsete ühendite (hormoonid, antihormoonid, vabastavad faktorid, energiakandjad jne) tootmiseks

Etapid:

1) F. Miesher eraldas esmakordselt DNA (1869); A.N. Belozerski

eraldatud DNA taimedest.

2) XX sajandi 50ndad - saadi andmed valkude ja nukleiinhapete elementaarstruktuuri kohta.

3) 60-70ndad. XX sajand - paljastatakse geneetilise teabe edastamise ja rakendamise olemus ja peamised viisid. Põhipostulaat on sõnastatud.

4) 70-80ndad. 20. sajand - splaissingumehhanismide uurimine, RNA ensüümide ja autosplaisingu avastamine, geneetilise rekombinatsiooni mehhanismide uurimine, algab töö kõrgemate organismide genoomide struktuuri dešifreerimisel, tekib valgutehnoloogia; geenipankade organiseerimine.

5) 90ndad 20. sajand – 21. sajandi algus – bioinformaatika areng; erinevate organismide DNA nukleotiidjärjestuste määramine (sekveneerimine): 1995. a. – sekveneeriti esimene bakterigenoom, 1997. - pärmi genoom, 1998. – nematoodi genoom, 2000. – Drosophila genoom, 2001. – peaaegu kogu inimese genoom.

60ndate keskel. 20. sajandil kujunes lõpuks välja molekulaargeneetika põhipostulaat, mis sõnastas peamise tee geneetilise informatsiooni rakendamiseks rakus: DNA → RNA → valk

MOLEKULAARBIOLOOGIA hiline lat. molekul, deminutiivne lat. mooli mass; bioloogia) on meditsiini- ja bioloogiateadus, mis uurib elunähtusi bioloogiliste makromolekulide – valkude ja nukleiinhapete, selliste lihtsate süsteemide nagu rakuvabad struktuurid, viirused ja piirina ka rakutasandil. Enamik neist objektidest on elutud või elementaarsete eluilmingutega. M. positsioon b. bioli süsteemis määravad teadused ettekujutused elusaine struktuursetest tasemetest, st evolutsiooniliselt arenenud eluvormidest, alustades prebiootiliste sammudega ja lõpetades keerukate süsteemidega: väikesed orgaanilised molekulid - makromolekulid - raku ja subtsellulaarsed struktuurid - organism, jne, vastavalt teadmiste tasemeid ehitatakse ka Krimmis. Ajalooliselt M. b. tekkis bioloogiliste makromolekulide uurimise tulemusena, mille tõttu M. b. peetakse biokeemia osaks (vt.). M. b. on samal ajal piiriteadus, mis tekkis biokeemia, biofüüsika (vt), orgaanilise keemia (vt), tsütoloogia (vt) ja geneetika (vt) ristumiskohas. Idee M. b. seisneb elu põhiprotsesside – pärilikkuse (vt.), muutlikkuse (vt.), liikumise jne – elementaarsete mehhanismide paljastamises biol, makromolekulide uurimise kaudu. Molecular Biol. ideed leidsid viljaka pinnase eelkõige geneetikas – tekkis molekulaargeneetika (vt.) ja just siin saavutati tulemusi, mis aitasid kaasa M. b. ja selle põhimõtete tunnustamine. M. b. omavad heuristlikku (kognitiivset) väärtust, sest elusaine kõikidel arengutasemetel eksisteerivad ja toimivad biol, makromolekulid - valgud (vt) ja nukleiinhapped (vt). Sel põhjusel on piirid M. b. raske defineerida: see osutub kõikehõlmavaks teaduseks.

Nimetus "molekulaarbioloogia" ise kuulub inglise keelde. kristallograaf W. T. Astbury. M. b. tekkimise ametlik kuupäev. Nad peavad 1953. aastat, mil J. Watson ja F. Crick panid paika DNA struktuuri ja tegid oletuse, mis hiljem kinnitust leidis, selle replikatsioonimehhanismi kohta, mis on pärilikkuse aluseks. Kuid vähemalt alates 1944. aastast, alates O. Th Avery tööst, on kogunenud tõendeid, mis viitavad DNA geneetilisele rollile. N.K. Koltsov väljendas maatrikssünteesi ideed väga selgel kujul juba 1928. aastal; lihaskontraktsiooni molekulaarse aluse uurimine algas V. A. Engelhardti ja M. N. Lyubimova töödega, mis avaldati aastatel 1939-1942. M. b. arenenud ka evolutsiooniuuringute ja süstemaatika vallas. NSV Liidus oli nukleiinhapete uurimise ja evolutsiooni molekulaarsete aluste uurimise algataja A. N. Belozersky.

Eripäraks M. b. seisneb vaatluste olemuses, selle metoodilistes võtetes ja katse ülesehituses. M. b. sundis biolooge elu materiaalsele alusele uue pilguga vaatama. Molekulaarse biol. Uurimist iseloomustab biol, funktsioonide võrdlemine keemiaga. ja füüsiline biopolümeeride omadused (omadused) ja eriti nende ruumiline struktuur.

Nukleiinhapete ehituse seaduspärasuste ja nende käitumise mõistmiseks rakus on 1953. aastal J. Watsoni ja F. Cricki poolt kehtestatud aluste komplementaarsuse põhimõte nukleiinhapete kaheahelalistes struktuurides ruumiliste suhete tähtsus väljendub makromolekulide ja molekulaarsete komplekside pindade komplementaarsuse idees, mis on vajalik tingimus nõrkade jõudude avaldumiseks, mis toimivad vaid lühikestel vahemaadel ja aitavad kaasa morfooli tekkele, biolide mitmekesisusele. . struktuurid, nende funktsionaalne liikuvus. Need nõrgad jõud on seotud selliste komplekside moodustumisega nagu ensüüm-substraat, antigeen-antikeha, hormoon-retseptor jne, bioloogiliste struktuuride, näiteks ribosoomide, isekoosnemise nähtustes, lämmastikupaaride moodustumisel. alused nukleiinhapete molekulides jne sarnased protsessid.

M. b. suunas bioloogide tähelepanu lihtsatele elu piiril seisvatele objektidele, tõi bioloogiliste uuringute arsenali keemia ja füüsika ideid ja täpseid meetodeid. Mutatsiooniprotsessi on molekulaarsel tasandil tõlgendatud kui DNA segmentide kadumist, sisestamist ja liikumist, lämmastiku aluste paari asendamist funktsionaalselt olulistes genoomi segmentides (vt Mutatsioon). Seetõttu tõlgiti mutageneesi nähtused (vt) keemiasse. keel. Tänu M. meetoditele. Selgus selliste geneetiliste protsesside molekulaarne alus prokarüootides nagu rekombinatsioon (q.v.), transduktsioon (q.v.), transformatsioon (q.v.), transfektsioon, seksduktsioon. Märkimisväärseid edusamme on tehtud eukarüootide kromatiini ja kromosoomide struktuuri uurimisel; loomarakkude kultiveerimis- ja hübridiseerimismeetodite täiustamine on loonud võimaluse arendada somaatiliste rakkude geneetikat (vt.). DNA replikatsiooni regulatsiooni väljendasid replikoni kontseptsioonis F. Jacob ja S. Brenner.

Valkude biosünteesi vallas nn keskne postulaat, mis iseloomustab järgmist geneetilise informatsiooni liikumist: DNA -> messenger RNA -> valk. Selle postulaadi kohaselt on valk omamoodi teabeklapp, mis takistab teabe naasmist RNA ja DNA tasemele. Arenguprotsessis M. b. 1970. aastal avastasid H. Temin ja D. Baltimore pöördtranskriptsiooni fenomeni (looduses toimub DNA süntees onkogeensetes RNA-d sisaldavates viirustes spetsiaalse ensüümi – pöördtranskriptaasi abil). Valkude ja nukleiinhapete süntees toimub vastavalt maatrikssünteesi tüübile, nende esinemiseks on vajalik maatriks (matriits) - algne polümeeri molekul, mis määrab sünteesitavas koopias nukleotiidide (aminohapete) järjestuse. Sellised replikatsiooni ja transkriptsiooni mallid on DNA ja translatsiooniks - messenger RNA. Geneetiline kood (vt) sõnastab viisi päriliku teabe "salvestamiseks" messenger-RNA-sse, teisisõnu koordineerib nukleotiidide järjestust nukleiinhapetes ja aminohapete järjestust valkudes. Transkriptsioon on seotud valkude biosünteesiga – RNA polümeraaside poolt katalüüsitud messenger-RNA-de süntees DNA maatriksil; translatsioon on valgu süntees ribosoomiga seotud messenger-RNA-l, mis toimub väga keerulise mehhanismi järgi, milles osalevad kümned abivalgud ja ülekande-RNA-d (vt Ribosoomid). Valgu sünteesi reguleerimist uuritakse enim transkriptsiooni tasemel ning see on sõnastatud F. Jacobi ja J. Monodi ideedes operonist, repressorvalkudest, allosteerilisest efektist, positiivsest ja negatiivsest regulatsioonist. Oma sisult heterogeenne ja varasematest veelgi vähem terviklik, M. b. on mitmeid fundamentaalseid ja rakenduslikke probleeme. Nende hulka kuuluvad lühilainekiirguse, mutageenide (vt) ja muude mõjude põhjustatud genoomikahjustuste parandamine. Suur iseseisev valdkond koosneb ensüümide toimemehhanismi uuringutest, mis põhinevad ideedel valkude kolmemõõtmelise struktuuri ja nõrkade kemikaalide rolli kohta. interaktsioonid. M. b. selgitas paljusid üksikasju viiruste, eriti bakteriofaagide struktuuri ja arengu kohta. Sirprakulise aneemia (vt) ja muude hemoglobinopaatiate (vt) all kannatavate inimeste hemoglobiinide uurimine tähistas "molekulaarsete haiguste", kaasasündinud ainevahetuse "vigade" struktuurilise aluse uurimise algust (vt Pärilikud haigused). M. b uusim haru on geenitehnoloogia (vt. ) - töötab välja meetodeid pärilike struktuuride konstrueerimiseks rekombinantsete DNA molekulide kujul.

Molekulaarses biol. Katsetes kasutatakse erinevaid kromatograafia (vt) ja ultratsentrifuugimise (vt), röntgendifraktsioonanalüüsi (vt), elektronmikroskoopia (vt), molekulaarspektroskoopia (elektronide paramagnetiline ja tuumamagnetresonants) meetodeid. Alustatud on sünkrotronkiirguse (magnetilise bremsstrahlung) kiirguse, neutronite difraktsiooni, Mössbaueri spektroskoopia ja lasertehnoloogia kasutamist. Mudelsüsteeme ja mutatsioonide saamist kasutatakse katsetes laialdaselt. Radioaktiivsete ja (vähemal määral) raskete isotoopide kasutamine on M. b. tavapärane analüüsimeetod, samuti matemaatiliste meetodite ja arvutite kasutamine. Kui varasemad molekulaarbioloogid juhindusid ch. arr. füüsilisel peal meetodid, mis on loodud mitte-biolpolümeeride uurimiseks. päritoluga, on nüüd tõusev suund kemikaalide kasutamise poole. meetodid.

M. b. arendamiseks. NSV Liidus NLKP Keskkomitee ja NSV Liidu Ministrite Nõukogu resolutsioon “Molekulaarbioloogia ja molekulaargeneetika arengu kiirendamise meetmetest ning nende saavutuste kasutamisest rahvamajanduses”, avaldati 20. mail. , 1974, oli suure tähtsusega Teadustööd koordineerib NSV Liidu Ministrite Nõukogu ja NSVL Teaduste Akadeemia Riikliku Teadus- ja Tehnoloogiakomitee juurde kuuluv osakondadevaheline molekulaarbioloogia ja molekulaargeneetika probleemide teadus- ja tehnikanõukogu. NSVL TA Molekulaarbioloogia Probleemide Teadusnõukogu, liiduvabariikide Teaduste Akadeemia samalaadsed nõukogud ja haruakadeemiad. Ilmub ajakiri "Molecular Biology" (alates 1967) ja samanimeline abstraktne ajakiri. Uurimused M. b. viiakse läbi NSVL Teaduste Akadeemia, NSVL Meditsiiniteaduste Akadeemia instituutides, vabariiklikes teaduste akadeemiates, peamises mikrobioloogiatööstuses ja riigi kõrgkoolides. Sotsialistlikes riikides tegutseb palju selle profiiliga laboreid. Euroopas tegutsevad Euroopa Molekulaarbioloogia Organisatsioon (EMBO), Heidelbergis asuv Euroopa Molekulaarbioloogia Laboratoorium (EMBL) ja Euroopa Molekulaarbioloogia Konverents (EMBC). USA-s, Prantsusmaal, Suurbritannias, Saksamaal ja teistes riikides on suured spetsialiseeritud laborid.

M. b probleemidele pühendatud spetsiaalsed perioodilised väljaanded: “Journal of Molecular Biology”, “Nucleic Acids Research”, “Molecular Biology Reports”, “Gene”.

Arvustused M. b. avaldatud VINITI sarjas “Molecular Biology”, “Progress in Nucleic Acids Research and Molecular Biology”, “Progress in Biophysics and Molecular Biology”, “Annual Review of Biochemistry”, “Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology” publikatsioonid. ”.

Bibliograafia: Ashmarin I.P. Molekulaarbioloogia, Leningrad, 1977; Belozersky A. N. Molekulaarbioloogia - looduse tundmise uus etapp, M., 1970; Bresler S. E. Molekulaarbioloogia, L., 1973; Koltsov N.K. Pärilikud molekulid, Bull. Moskva umbes-va test. loodus, osakond. biol., t 70, v. 4, lk. 75, 1965; oktoober ja teadus, toim. A.P. Alexandrova et al., lk. 393, 417, M., 1977; Severin S. E. Füüsikalise ja keemilise bioloogia kaasaegsed probleemid, raamatus: NSVL Teaduste Akadeemia 250 aastat, lk. 332, M., 1977; Watson J. Molekulaarbioloogia: geen, trans. inglise keelest, M., 1978; Engelhardt V. A. Molekulaarbioloogia, raamatus: Development of Biol, in the USSR, toim. B. E. Bykhovsky, lk. 598, M., 1967.

Biokeemia, biofüüsika, geneetika, tsütokeemia, paljude mikrobioloogia ja viroloogia harude areng 20. sajandi 40. aastate alguse paiku. viis tihedalt elunähtuste uurimiseni molekulaarsel tasandil. Nende teaduste üheaegselt ja erinevatest külgedest saavutatud edu viis tõdemuseni, et just molekulaarsel tasandil toimivad keha peamised juhtimissüsteemid ja nende teaduste edasine areng sõltub teaduse avalikustamisest. organismide kehasid moodustavate molekulide bioloogilised funktsioonid, nende osalemine rakus olevate ühendite sünteesis ja lagunemises, vastastikustes transformatsioonides ja paljunemises ning sellest tulenev energia- ja infovahetus. Seega tekkis nende bioloogiliste distsipliinide ristumiskohas keemia ja füüsikaga täiesti uus haru - molekulaarbioloogia.

Erinevalt biokeemiast on kaasaegse molekulaarbioloogia tähelepanu suunatud eelkõige kõige olulisemate biopolümeeride klasside - valkude ja nukleiinhapete - struktuuri ja funktsiooni uurimisele, millest esimene määrab metaboolsete reaktsioonide võimalikkuse ja teine. - spetsiifiliste valkude biosüntees. Seetõttu on selge, et molekulaarbioloogia ja biokeemia, geneetika, mikrobioloogia ja viroloogia vastavate osade vahel on võimatu selget vahet teha.

Molekulaarbioloogia tekkimine oli tihedalt seotud uute uurimismeetodite väljatöötamisega, millest on vastavates peatükkides juba juttu olnud. Koos elektronmikroskoopia ja teiste mikroskoopilise tehnoloogia meetodite arenguga mängisid suurt rolli 50ndatel välja töötatud rakuliste elementide fraktsioneerimise meetodid. Need põhinesid diferentsiaaltsentrifuugimise täiustatud meetoditel (A. Claude, 1954). Selleks ajaks olid juba üsna usaldusväärsed meetodid biopolümeeride eraldamiseks ja fraktsioneerimiseks olemas. See hõlmab eelkõige A. Tiseliuse (1937; Nobeli preemia, 1948) välja pakutud valkude fraktsioneerimise meetodit elektroforeesi abil, nukleiinhapete eraldamise ja puhastamise meetodeid (E. Kay, A. Downs, M. Sevag, A. Mirsky jne). Samal ajal töötati paljudes laborites üle maailma välja erinevaid kromatograafilise analüüsi meetodeid (A. Martin ja R. Singh, 1941; Nobeli preemia, 1952), mida hiljem oluliselt täiustati.

Röntgendifraktsioonianalüüs mängis biopolümeeride struktuuri dešifreerimisel hindamatut teenust. Röntgendifraktsioonianalüüsi aluspõhimõtted töötati välja Londoni ülikooli King's College'is W. Braggi juhtimisel teadlaste rühmas, kuhu kuulusid J. Bernal, A. Lonsdale, W. Astbury, J. Robertson ja teised.

Erilist tähelepanu väärib Moskva Riikliku Ülikooli professori A. R. Kizeli uurimus protoplasma biokeemiast (1925–1929), mis oli ülimalt oluline molekulaarbioloogia edasiseks arenguks. Kiesel andis löögi kindlalt juurdunud ideele, et iga protoplasma aluseks on spetsiaalne valgukeha - plaadid, mis väidetavalt määravad kõik selle olulisemad struktuursed ja funktsionaalsed omadused. Ta näitas, et plastiin on valk, mida leidub ainult müksomütseetides ja seejärel teatud arengujärgus ning protoplasmas ei eksisteeri püsivat komponenti – üksikut skeletivalku. Seega läks protoplasma struktuuri ja valkude funktsionaalse rolli probleemi uurimine õiget teed ja sai selle arendamiseks ruumi. Kieseli uuringud pälvisid ülemaailmse tunnustuse, stimuleerides raku koostisosade keemia uurimist.

Mõiste "molekulaarbioloogia", mida esmakordselt kasutas inglise kristallograaf Leedsi ülikooli professor W. Astbury, ilmus tõenäoliselt 40ndate alguses (enne 1945. aastat). Astbury seemnelised valkude ja DNA röntgendifraktsiooniuuringud 1930. aastatel andsid aluse nende biopolümeeride sekundaarstruktuuri hilisemale edukale dešifreerimisele. 1963. aastal kirjutas J. Bernal: „Kogu molekulaarbioloogia – teadus, mille ta nimetas ja mille ta tegelikult rajas – püstitab talle ausamba” * Kirjanduses esines see termin esimest korda ehk 1946. aastal W. Astbury artikkel "Orgaaniliste ja fibrillaarsete ühendite röntgendifraktsioonianalüüsi käik", avaldatud inglise ajakirjas Nature**. Astbury (1950) märkis oma Harvey loengus: „Mul on hea meel, et terminit molekulaarbioloogia kasutatakse nüüd üsna laialdaselt, kuigi on ebatõenäoline, et ma olin esimene, kes selle välja pakkus, et see mulle meeldis ja olen seda pikka aega püüdnud levitada. ”***. Juba 1950. aastal oli Astbury selge, et molekulaarbioloogia tegeleb eelkõige makromolekulide ehituse ja konformatsiooniga, mille uurimine on elusorganismide toimimise mõistmisel ülioluline.

* (Biogr. Mem. Sõbrad Roy. Soc, 1963, v. 9, 29.)

** (W. T. Astbury. Orgaaniliste ja kiudstruktuuride röntgenanalüüsi edenemine.- Loodus,. 1946, v. 157, 121.)

*** (W. T. Astbury. Seiklused molekulaarbioloogias. Thomas Springfield, 1952, lk. 3.)

Molekulaarbioloogia on seisnud silmitsi ja seisab silmitsi samade ülesannetega nagu kogu bioloogia tervikuna – teadmised elu olemusest ja selle põhinähtustest, eelkõige sellistest nagu pärilikkus ja muutlikkus. Kaasaegne molekulaarbioloogia on mõeldud eelkõige geenide struktuuri ja funktsiooni, organismide geneetilise informatsiooni rakendamise radade ja mehhanismide dešifreerimiseks ontogeneesi erinevates etappides ja selle lugemise erinevates etappides. Selle eesmärk on paljastada geenide aktiivsuse ja rakkude diferentseerumise reguleerimise peenmehhanismid, selgitada mutageneesi olemust ja evolutsiooniprotsessi molekulaarset alust.

Nukleiinhapete geneetilise rolli kindlakstegemine

Järgmised avastused olid molekulaarbioloogia arengu seisukohalt suurima tähtsusega. 1944. aastal näitasid Ameerika teadlased O. Avery, K. McLeod (Nobeli preemia, 1923) ja M. McCarthy, et pneumokokkidest eraldatud DNA molekulidel on transformeeriv toime. Pärast nende DNA-de hüdrolüüsi desoksüribonukleaasiga kadus nende transformeeriv aktiivsus täielikult. Seega tõestati esimest korda veenvalt, et rakus on geneetilised funktsioonid DNA, mitte valgud.

Ausalt öeldes tuleb märkida, et bakterite transformatsiooni nähtus avastati palju varem kui Avery, McLeodi ja McCarthy avastamine. 1928. aastal avaldas F. Griffith artikli, milles ta teatas, et pärast kapseldatud virulentse tüve tapetud rakkude lisamist mittevirulentsetele (mittekapseldatud) pneumokokkidele muutub saadud rakkude segu hiirte jaoks hävitavaks. Pealegi olid selle seguga nakatunud loomadelt eraldatud elusad pneumokokirakud juba virulentsed ja neil oli polüsahhariidkapsel. Seega näidati selles katses, et tapetud pneumokokirakkude mõnede komponentide mõjul muutub bakterite kapslita vorm kapslit moodustavaks virulentseks vormiks. 16 aastat hiljem asendasid Avery, McLeod ja McCarthy selles katses tapetud terved pneumokokirakud nende desoksüribonukleiinhappega ja näitasid, et DNA-l on transformeeriv toime (vt ka peatükke 7 ja 25). Selle avastuse tähtsust on raske üle hinnata. See stimuleeris nukleiinhapete uurimist paljudes laborites üle maailma ja sundis teadlasi keskenduma DNA-le.

Koos Avery, McLeodi ja McCarthy avastamisega oli 50. aastate alguseks kogunenud juba üsna palju otseseid ja kaudseid tõendeid selle kohta, et nukleiinhapetel on elus erakordne roll ja neil on geneetiline funktsioon. Eelkõige viitas sellele DNA lokaliseerimise iseloom rakus ja R. Vendrely (1948) andmed, et DNA sisaldus raku kohta on rangelt konstantne ja korrelatsioonis ploidsuse astmega: haploidsetes sugurakkudes on on poole vähem DNA-d kui diploidsetes somaatilistes rakkudes. DNA geneetilist rolli toetas ka selle väljendunud metaboolne stabiilsus. 50. aastate alguseks oli kogunenud palju erinevaid fakte, mis näitavad, et enamik teadaolevatest mutageensetest teguritest toimivad valdavalt nukleiinhapetele ja eriti DNA-le (R. Hotchkiss, 1949; G. Ephrussi-Taylor, 1951; E. Freese, 1957 jne).

Nukleiinhapete geneetilise rolli kindlakstegemisel oli eriti oluline erinevate faagide ja viiruste uurimine. 1933. aastal leidis D. Schlesinger bakteriofaagist Escherichia coli DNA. Alates tubaka mosaiikviiruse (TMV) isoleerimisest kristallilises olekus W. Stanley poolt (1935, Nobeli preemia, 1946), algas taimeviiruste uurimises uus etapp. Aastatel 1937-1938 Rothamstedi põllumajandusjaama (Inglismaa) töötajad F. Bowden ja N. Pirie näitasid, et paljud nende eraldatud taimeviirused ei ole globuliinid, vaid on ribonukleoproteiinid ja sisaldavad kohustusliku komponendina nukleiinhapet. 40. aastate alguses avaldati G. Schrammi (1940), P. A. Agatovi (1941), G. Milleri ja W. Stanley (1941) tööd, mis näitavad, et valgukomponendi märgatav keemiline modifitseerimine ei too kaasa TMV nakkavuse kadu. See näitas, et valgukomponent ei saa olla viiruse pärilike omaduste kandja, nagu paljud mikrobioloogid jätkuvalt uskusid. Veenvad tõendid nukleiinhappe (RNA) geneetilise rolli kasuks taimeviiruste puhul said 1956. aastal G. Schramm Tübingenis (Saksamaa) ja H. Frenkel-Konrath Californias (USA). Need teadlased eraldasid peaaegu samaaegselt ja üksteisest sõltumatult TMV-st RNA ja näitasid, et see, mitte valk, on nakkav: tubakataimede nakatumise tulemusena selle RNA-ga tekkisid ja paljunesid normaalsed viirusosakesed neid. See tähendas, et RNA sisaldas teavet kõigi viiruskomponentide, sealhulgas viirusvalgu sünteesiks ja kokkupanekuks. 1968. aastal tegi I. G. Atabekov kindlaks, et valk mängib taime nakatumises olulist rolli - valgu iseloom määrab peremeestaimede leviku.

Frenkel-Konrath oli 1957. aastal esimene, kes rekonstrueeris TMV selle koostisosadest – RNA-st ja valgust. Koos tavaliste osakestega sai ta segatud “hübriide”, milles RNA oli ühest ja valk teisest tüvest. Selliste hübriidide pärilikkus määrati täielikult RNA abil ja viiruste järglased kuulusid tüvesse, mille RNA-d kasutati algsete segaosakeste saamiseks. Hilisemad A. Giereri, G. Schusteri ja G. Schrammi (1958) ning G. Vitmani (1960–1966) katsed näitasid, et TMV nukleiinkomponendi keemiline modifitseerimine viib selle viiruse erinevate mutantide ilmnemiseni.

1970. aastal tegid D. Baltimore ja G. Temin kindlaks, et geneetilise informatsiooni ülekanne võib toimuda mitte ainult DNA-lt RNA-le, vaid ka vastupidi. Nad avastasid mõnes onkogeenses RNA viiruses (onkornaviiruses) spetsiaalse ensüümi, niinimetatud pöördtranskriptaasi, mis on võimeline komplementaarselt sünteesima DNA-d RNA ahelatel. See suur avastus võimaldas mõista RNA-d sisaldavate viiruste geneetilise informatsiooni peremeesgenoomi sisestamise mehhanismi ja heita uus pilk nende onkogeense toime olemusele.

Nukleiinhapete avastamine ja nende omaduste uurimine

Termini nukleiinhapped võttis kasutusele Saksa biokeemik R. Altmann 1889. aastal pärast seda, kui Šveitsi arst F. Miescher avastas need ühendid 1869. aastal. Miescher ekstraheeris mädarakke mitme nädala jooksul lahjendatud vesinikkloriidhappega ja jättis maha peaaegu puhta tuumamaterjali. Ta pidas seda materjali raku tuumade iseloomulikuks "aineks ja nimetas seda nukleiiniks. Oma omadustelt erines nukleiin valkudest järsult: oli happelisem, ei sisaldanud väävlit, kuid selles oli palju fosforit, lahustus hästi leelistes kuid ei lahustunud lahjendatud hapetes.

Miescher saatis oma nukleiinivaatluste tulemused F. Hoppe-Seylerile ajakirjas avaldamiseks. Tema kirjeldatud aine oli nii ebatavaline (tollal oli kõigist bioloogilistest fosforit sisaldavatest ühenditest teada ainult letsitiin), et Hoppe-Seyler ei uskunud Miescheri katseid, tagastas talle käsikirja ning juhendas oma töötajaid N. Ploschi ja N. Lyubavinit. et kontrollida oma järeldusi muu materjali kohta. Miescheri teos “Mädarakkude keemilisest koostisest” ilmus kaks aastat hiljem (1871). Samal ajal avaldati Hoppe-Seyleri ja tema kolleegide tööd mädarakkude, lindude, madude ja muude rakkude erütrotsüütide koostise kohta. Järgmise kolme aasta jooksul eraldati nukleiin loomarakkudest ja pärmist.

Miescher märkis oma töös, et erinevate nukleiinide üksikasjalik uurimine võib viia nendevaheliste erinevuste tuvastamiseni, aimates seeläbi nukleiinhappe spetsiifilisuse ideed. Lõhepiima uurides avastas Miescher, et nukleiin esineb selles soola kujul ja on seotud peamise valguga, mida ta nimetas protamiiniks.

1879. aastal alustas A. Kossel nukleiinide uurimist Hoppe-Seyleri laboris. 1881. aastal eraldas ta nukleiinist hüpoksantiini, kuid toona kahtles ta veel selle aluse päritolus ja uskus, et hüpoksantiin võib olla valkude lagunemise saadus. 1891. aastal avastas Kossel nukleiinide hüdrolüüsi saaduste hulgast adeniini, guaniini, fosforhappe ja veel ühe suhkru omadustega aine. Nukleiinhapete keemia alaste uuringute eest pälvis Kossel 1910. aastal Nobeli preemia.

Edasisi edusamme nukleiinhapete struktuuri dešifreerimisel seostatakse P. Levini ja kaastöötajate (1911 - 1934) uurimistööga. 1911. aastal tuvastasid P. Levin ja V. Jacobs adenosiini ja guanosiini süsivesikute komponendi; nad leidsid, et need nukleosiidid sisaldavad D-riboosi. 1930. aastal näitas Lewin, et desoksüribonukleosiidide süsivesikute komponent on 2-deoksü-D-riboos. Tema töödest sai teada, et nukleiinhapped koosnevad nukleotiididest, st fosforüülitud nukleosiididest. Lewin uskus, et nukleiinhapete (RNA) sidemete peamine tüüp on 2", 5" fosfodiesterside. See idee osutus valeks. Tänu inglise keemiku A. Toddi (Nobeli preemia, 1957) ja tema kolleegide ning inglise biokeemikute R. Markhami ja J. Smithi tööle sai 50. aastate alguses teatavaks, et RNA-s on sidemete peamine tüüp. on 3", 5" fosfodiesterside.

Levin näitas, et erinevad nukleiinhapped võivad süsivesikute komponendi olemuse poolest erineda: mõned neist sisaldavad suhkru desoksüriboosi, teised aga riboosi. Lisaks erinesid need kahte tüüpi nukleiinhapped ühe aluse olemuse poolest: pentoosi tüüpi nukleiinhapped sisaldasid uratsiili ja desoksüpentoosi tüüpi nukleiinhapped tümiini. Deoksüpentoosnukleiinhape (kaasaegses terminoloogias desoksüribonukleiinhape - DNA) eraldati tavaliselt vasikate harknäärest suurtes kogustes. Seetõttu sai see nime tümonukleiinhape. Pentoosnukleiinhappe (RNA) allikaks olid peamiselt pärm ja nisuidud. Seda tüüpi nimetati sageli pärmi nukleiinhappeks.

1930. aastate alguses juurdus üsna kindlalt idee, et taimerakke iseloomustab pärmitüüpi nukleiinhape ja tümonukleiinhape on iseloomulik ainult loomarakkude tuumadele. Kahte tüüpi nukleiinhappeid – RNA ja DNA – nimetati tol ajal vastavalt taimseteks ja loomseteks nukleiinhapeteks. Kuid nagu A. N. Belozersky varased uuringud näitasid, on selline nukleiinhapete jaotus põhjendamatu. 1934. aastal avastas Belozersky esmakordselt tümonukleiinhappe taimerakkudes: herneseemnetest eraldas ja tuvastas DNA-le iseloomuliku tümiinpürimidiini aluse. Siis avastas ta tümiini teistes taimedes (sojaoa seemned, oad). 1936. aastal eraldasid A. N. Belozersky ja I. I. Dubrovskaja hobukastani seemikutelt preparatiivse DNA. Lisaks näitas D. Davidsoni ja tema kolleegide poolt 40ndatel Inglismaal tehtud tööde seeria veenvalt, et taimne nukleiinhape (RNA) sisaldub paljudes loomarakkudes.

R. Felgeni ja G. Rosenbecki (1924) välja töötatud DNA tsütokeemilise reaktsiooni laialdane kasutamine ning J. Brachet (1944) reaktsioon RNA suhtes võimaldas üsna kiiresti ja ühemõtteliselt lahendada nende eelistatud lokaliseerimise küsimuse. nukleiinhapped rakus. Selgus, et DNA on koondunud tuumas, RNA aga valdavalt tsütoplasmas. Hiljem selgus, et RNA sisaldub nii tsütoplasmas kui ka tuumas ning lisaks tuvastati tsütoplasmaatiline DNA.

Mis puudutab nukleiinhapete primaarstruktuuri küsimust, siis 40. aastate keskpaigaks oli teaduses kindlalt kinnistunud P. Levini idee, mille kohaselt on kõik nukleiinhapped üles ehitatud sama tüübi järgi ja koosnevad identsetest nn tetranukleotiidplokkidest. Kõik need plokid sisaldavad Levini sõnul nelja erinevat nukleotiidi. Nukleiinhapete struktuuri tetranukleotiiditeooria jättis need biopolümeerid suures osas spetsiifilisusest ilma. Seetõttu pole üllatav, et tol ajal seostati kogu elusolendite eripära ainult valkudega, mille monomeeride olemus on palju mitmekesisem (20 aminohapet).

Esimese augu nukleiinhapete tetranukleotiidstruktuuri teooriasse tegid inglise keemiku J. Gulandi (1945 - 1947) analüütilised andmed. Nukleiinhapete koostise määramisel aluste lämmastiku põhjal ei saanud ta aluste ekvimolaarset suhet, nagu Lewini teooria järgi oleks pidanud olema. Nukleiinhapete struktuuri tetranukleotiiditeooria kukkus lõplikult kokku E. Chargaffi ja tema kolleegide (1949 - 1951) uurimistöö tulemusena. Happelise hüdrolüüsi tulemusena DNA-st vabanenud aluste eraldamiseks kasutas Chargaff paberkromatograafiat. Kõik need alused määrati täpselt spektrofotomeetriliselt. Chargaff märkas erineva päritoluga DNA-s olulisi kõrvalekaldeid aluste ekvimolaarsest suhtest ja väitis esimest korda kindlalt, et DNA-l on väljendunud liigispetsiifilisus. See tegi lõpu elusraku valgu spetsiifilisuse kontseptsiooni hegemooniale. Erineva päritoluga DNA-d analüüsides avastas ja sõnastas Chargaff ainulaadsed DNA koostise mustrid, mis jõudsid teadusesse Chargaffi reeglite nime all. Nende reeglite kohaselt on kogu DNA-s, olenemata päritolust, adeniini kogus võrdne tümiini kogusega (A = T), guaniini kogus tsütosiini kogusega (G = C), puriinide arv on võrdne pürimidiinide arvuga (G + A = C + T), 6-aminorühmadega aluste kogus võrdub 6-ketorühmadega aluste arvuga (A+C=G+T). Samas, hoolimata nii rangetest kvantitatiivsetest vastavustest, erineb erinevate liikide DNA A+T:G+C suhte väärtuses. Mõnes DNA-s domineerib guaniini ja tsütosiini kogus adeniini ja tümiini koguse üle (Chargaff nimetas neid DNA-sid GC-tüüpi DNA-ks); teised DNA-d sisaldasid rohkem adeniini ja tümiini kui guaniini ja tsütosiini (neid DNA-sid nimetati AT-tüüpi DNA-ks). Chargaffi saadud andmed DNA koostise kohta mängisid molekulaarbioloogias erakordset rolli. Need olid aluseks J. Watsoni ja F. Cricki poolt 1953. aastal tehtud DNA struktuuri avastamisele.

Veel 1938. aastal näitasid W. Astbury ja F. Bell röntgendifraktsioonianalüüsi kasutades, et DNA aluste tasandid peaksid olema risti molekuli pikiteljega ja sarnanema üksteise peal lamavate plaatide virnaga. . Röntgenstruktuurianalüüsi tehnoloogia paranedes 1952.–1953. on kogunenud teave, mis võimaldab hinnata üksikute sidemete pikkust ja kaldenurki. See võimaldas suurima tõenäosusega kujutada DNA molekuli suhkru-fosfaatkarkassi pentoosijääkide rõngaste orientatsiooni olemust. 1952. aastal pakkus S. Farberg välja kaks spekulatiivset DNA mudelit, mis kujutasid üheahelalist molekuli, mis oli kokkuvolditud või keerdunud enda külge. Samavõrd spekulatiivse DNA struktuuri mudeli pakkusid 1953. aastal välja L. Pauling (Nobeli preemia laureaat, 1954) ja R. Corey. Selles mudelis moodustasid kolm keerdunud DNA ahelat pika heeliksi, mille südamikku esindasid fosfaatrühmad ja alused asusid sellest väljaspool. 1953. aastaks said M. Wilkins ja R. Franklin selgemad DNA röntgenpildid. Nende analüüs näitas Farbergi, Paulingu ja Corey mudelite täielikku läbikukkumist. Chargaffi andmeid kasutades, kõrvutades üksikute monomeeride molekulaarmudelite erinevaid kombinatsioone ja röntgendifraktsiooni andmeid, jõudsid J. Watson ja F. Crick 1953. aastal järeldusele, et DNA molekul peab olema kaheahelaline spiraal. Chargaffi reeglid piirasid kavandatud DNA mudelis järsult võimalike järjestatud aluste kombinatsioonide arvu; nad tegid Watsonile ja Crickile ettepaneku, et DNA molekulil peab olema spetsiifiline aluspaar – adeniin tümiiniga ja guaniin tsütosiiniga. Teisisõnu, adeniin ühes DNA ahelas vastab alati rangelt tümiinile teises ahelas ja guaniin ühes ahelas vastab tingimata tsütosiinile teises ahelas. Seega sõnastasid Watson ja Crick esimestena DNA komplementaarse struktuuri ülimalt olulise põhimõtte, mille kohaselt üks DNA ahel komplementeerib teist, st ühe ahela aluste järjestus määrab unikaalselt teise ahela aluste järjestuse ( komplementaarne) ahel. Selgus, et DNA struktuur sisaldab juba potentsiaali selle täpseks reprodutseerimiseks. See DNA struktuuri mudel on nüüdseks üldtunnustatud. DNA struktuuri dešifreerimise eest pälvisid Crick, Watson ja Wilkins 1962. aastal Nobeli preemia.

Tuleb märkida, et makromolekulide täpse reprodutseerimise ja päriliku teabe edastamise mehhanismi idee pärineb meie riigist. 1927. aastal tegi N. K. Koltsov ettepaneku, et rakkude paljunemise ajal toimub molekulide paljunemine olemasolevate emamolekulide täpse autokatalüütilise paljunemise kaudu. Tõsi, tol ajal ei varustas Koltsov seda omadust mitte DNA molekulidega, vaid valgulise iseloomuga molekulidega, mille funktsionaalne tähtsus siis veel teadmata. Sellegipoolest osutus juba idee makromolekulide autokatalüütilisest paljunemisest ja pärilike omaduste ülekandmise mehhanismist prohvetlikuks: sellest sai kaasaegse molekulaarbioloogia juhtidee.

DNA koostise pikaajalised uuringud (1957–1974) enamikus erinevates organismides kinnitasid täielikult Chargaffi avastatud mustreid ja täielikku vastavust Watsoni ja Cricki pakutud DNA struktuuri molekulaarsele mudelile. Need uuringud on näidanud, et erinevate bakterite, seente, vetikate, aktinomütseedide, kõrgemate taimede, selgrootute ja selgroogsete DNA on spetsiifilise koostisega. Erinevused koostises (AT aluspaaride sisaldus) ilmnevad eriti selgelt mikroorganismide puhul, osutudes oluliseks taksonoomiliseks tunnuseks. Kõrgematel taimedel ja loomadel on liigispetsiifilised variatsioonid DNA koostises palju vähem väljendunud. Kuid see ei tähenda, et nende DNA oleks vähem spetsiifiline. Lisaks aluste koostisele määrab spetsiifilisuse suuresti nende järjestus DNA ahelates.

Lisaks tavalistele alustele avastati DNA-s ja RNA-s täiendavaid lämmastikualuseid. Nii leidis G. White (1950) taimede ja loomade DNA-st 5-metüültsütosiini ning D. Dunn ja J. Smith (1958) avastasid mõnes DNA-s metüülitud adeniini. Metüültsütosiini on pikka aega peetud kõrgemate organismide geneetilise materjali tunnuseks. 1968. aastal tegid A. N. Belozersky, B. F. Vanyushin ja N. A. Kokurina kindlaks, et seda võib leida ka bakterite DNA-st.

1964. aastal avastasid M. Gold ja J. Hurwitz uue ensüümide klassi, mis viivad läbi DNA loomuliku modifitseerimise – selle metüülimise. Pärast seda avastust sai selgeks, et tsütosiini ja adeniini jääkide spetsiifilise metüülimise tulemusena spetsiaalsetes järjestustes ilmuvad valmis DNA polünukleotiidahelasse väikesed (sisalduvad väikestes kogustes) alused. Eelkõige B. F. Vanyushini, Ya. I. Buryanovi ja A. N. Belozersky (1969) sõnul võib adeniini metüülimine Escherichia coli DNA-s toimuda stoppkoodonites. A. N. Belozersky ja kaastöötajate (1968–1970), samuti M. Meselsoni (USA) ja V. Arberi (Šveits) (1965–1969) sõnul annab metüülimine DNA molekulidele ainulaadsed individuaalsed tunnused ja koos toimega. spetsiifiliste nukleaaside osa, on osa keerulisest mehhanismist, mis kontrollib DNA sünteesi rakus. Teisisõnu määrab konkreetse DNA metüülimise olemus, kas see suudab antud rakus paljuneda.

Peaaegu samal ajal algas DNA metülaaside ja restriktsiooniendonukleaaside isoleerimine ja intensiivne uurimine; aastatel 1969-1975 nukleotiidjärjestused, mida mõned neist ensüümidest tunnevad DNA-s ära (X. Boyer, X. Smith, S. Lynn, K. Murray). Erinevate DNA-de hüdrolüüsimisel restriktsiooniensüümi toimel vabanevad üsna suured identsete "kleepuvate" otstega fragmendid. See võimaldab mitte ainult analüüsida geenide struktuuri, nagu seda tehti väikeste viiruste puhul (D. Nathans, S. Adler, 1973-1975), vaid ka konstrueerida erinevaid genoome. Nende spetsiifiliste restriktsiooniensüümide avastamisega sai geenitehnoloogia käegakatsutavaks reaalsuseks. Väikeses plasmiidses DNA-s sisalduvad erineva päritoluga geenid on juba kergesti sisestatavad erinevatesse rakkudesse. Nii saadi uut tüüpi bioloogiliselt aktiivsed plasmiidid, mis andsid resistentsuse teatud antibiootikumide suhtes (S. Cohen, 1973), Escherichia coli plasmiididesse viidi konna ja Drosophila ribosomaalsed geenid (J. Morrow, 1974; H. Boyer, D. Hogness, R. Davis, 1974-1975). Seega on avanenud tõelised teed põhimõtteliselt uute organismide saamiseks nende geenifondi erinevate geenide juurutamise ja integreerimise kaudu. Seda avastust saab kasutada kogu inimkonna hüvanguks.

1952. aastal avastasid G. White ja S. Cohen, et T-paari faagide DNA sisaldab ebatavalist alust – 5-hüdroksümetüültsütosiini. Hiljem sai E. Volkini ja R. Sinsheimeri (1954) ning Coheni (1956) töödest teada, et hüdroksümetüültsütosiini jäägid võivad olla täielikult või osaliselt glükosiiditud, mille tulemusena on faagi DNA molekul kaitstud hüdrolüütilise toime eest. nukleaasidest.

50. aastate alguses sai D. Dunni ja J. Smithi (Inglismaa), S. Zamenhofi (USA) ja A. Wackeri (Saksamaa) töödest teada, et DNA-sse saab lisada palju aluste kunstlikke analooge, mõnikord asendades kuni 50% Timinat. Reeglina põhjustavad need asendused replikatsiooni, DNA transkriptsiooni ja translatsiooni vigu ning mutantide ilmumist. Nii leidis J. Marmur (1962), et mõne faagi DNA sisaldab tümiini asemel hüdroksümetüüluratsiili. 1963. aastal avastasid I. Takahashi ja J. Marmur, et ühe faagi DNA sisaldas tümiini asemel uratsiili. Seega varises kokku teine ​​põhimõte, mille järgi nukleiinhappeid varem eraldati. Alates P. Levini töödest arvati, et DNA eristav tunnus on tümiin ja RNA on uratsiil. Sai selgeks, et see märk ei ole alati usaldusväärne ja põhimõtteline erinevus kahe tüüpi nukleiinhapete keemilises olemuses, nagu see tänapäeval ilmneb, on ainult süsivesikute komponendi olemus.

Faagide uurimisel ilmnes palju nukleiinhapete organiseerituse ebatavalisi tunnuseid. Alates 1953. aastast usuti, et kogu DNA on kaheahelalised lineaarsed molekulid ja RNA on ainult üheahelaline. Seda positsiooni kõigutas oluliselt 1961. aastal, kui R. Sinsheimer avastas, et faagi φ X 174 DNA on esindatud üheahelalise ringikujulise molekuliga. Tõsi, hiljem selgus, et sellisel kujul eksisteerib see DNA ainult vegetatiivses faagiosakeses ja ka selle faagi DNA replikatiivne vorm on kaheahelaline. Lisaks osutus üsna ootamatuks, et mõne viiruse RNA võib olla kaheahelaline. Seda uut tüüpi RNA makromolekulaarset organisatsiooni avastasid 1962. aastal P. Gomatos, I. Tamm ja teised uurijad mõnede loomaviiruste ja taimehaava kasvaja viiruse alal. Hiljuti tegid V. I. Agol ja A. A. Bogdanov (1970) kindlaks, et lisaks lineaarsetele RNA molekulidele on olemas ka suletud või tsüklilised molekulid. Nad tuvastasid tsüklilise kaheahelalise RNA, eriti entsefalomüelokardiidi viiruses. Tänu X. Deveau, L. Tinoko, T. I. Tihhonenko, E. I. Budovski jt (1960 - 1974) tööle said teada bakteriofaagides geneetilise materjali organiseerimise (ladumise) põhijooned.

50. aastate lõpus tegi Ameerika teadlane P. Doty kindlaks, et kuumutamisel toimub DNA denaturatsioon, millega kaasneb aluspaaride vaheliste vesiniksidemete katkemine ja komplementaarsete ahelate lahknemine. See protsess on oma olemuselt "spiraalmähise" faasisiire ja sarnaneb kristallide sulamisega. Seetõttu nimetas Doty DNA DNA termilise denatureerimise protsessi sulamiseks. Aeglase jahutamise korral toimub molekulide renaturatsioon, st komplementaarsete poolte taasühendamine.

Renaturatsiooni põhimõtet kasutasid 1960. aastal J. Marmur ja K. Schildkraut erinevate mikroorganismide DNA “hübridiseerumise” määra määramiseks. Seejärel täiustasid E. Bolton ja B. McCarthy seda tehnikat, pakkudes välja niinimetatud DNA agari kolonnide meetodi. See meetod osutus asendamatuks erinevate DNA nukleotiidjärjestuse homoloogia astme uurimisel ja erinevate organismide geneetilise suguluse määramisel. Doty poolt avastatud DNA denatureerimine kombinatsioonis metüülitud albumiini kromatograafia ja J. Mandeli ja A. Hershey* (1960) poolt kirjeldatud t(meetodi töötasid välja 1957. aastal M. Meselson, F. Stahl ja D. Winograd). kasutatakse laialdaselt üksikute komplementaarsete DNA ahelate eraldamiseks, eraldamiseks ja analüüsimiseks. Näiteks W. Szybalski (USA), kasutades neid meetodeid lambda faagi DNA eraldamiseks, näitas aastatel 1967–1969, et mõlemad faagiahelad on geneetiliselt aktiivsed, mitte ainult üks. , kuna see oli üldtunnustatud (S. Spigelman, 1961). Tuleb märkida, et esimest korda väljendas idee lambda faagi mõlema DNA ahela geneetilisest tähendusest NSV Liidus S. E. Bresler (1961).

* (Bakterite ja viiruste geneetika alal tehtud töö eest pälvis A. Hershey koos M. Delbrücki ja S. Luriaga 1969. aastal Nobeli preemia.)

Genoomi organisatsiooni ja funktsionaalse aktiivsuse mõistmiseks on DNA nukleotiidjärjestuse määramine ülimalt oluline. Sellise määramise meetodite otsimine käib paljudes laborites üle maailma. USA-s on M. Beer ja ta kolleegid püüdnud DNA järjestust elektronmikroskoopia abil tuvastada juba 50ndate lõpust, kuid seni edutult. 50ndate alguses sai Sinsheimeri, Chargaffi ja teiste DNA ensümaatilise lagunemise uurijate esimestest töödest teada, et DNA molekulis on erinevad nukleotiidid jaotunud, ehkki mittekaootiliselt, kuid ebaühtlaselt. Inglise keemiku K. Bartoni (1961) järgi on pürimidiinid (üle 70%) koondunud peamiselt vastavate plokkide kujul. A. L. Mazin ja B. F. Vanyushin (1968–1969) tegid kindlaks, et erinevatel DNA-del on erinev pürimidiini blokeerimise aste ja loomorganismide DNA-s suureneb see märgatavalt, kui nad liiguvad madalamalt kõrgemale. Seega peegeldub organismide areng nende genoomide struktuuris. Seetõttu on evolutsiooniprotsessi kui terviku mõistmiseks eriti oluline nukleiinhapete struktuuri võrdlev uurimine. Bioloogiliselt oluliste polümeeride ja ennekõike DNA struktuuri analüüs on äärmiselt oluline paljude spetsiifiliste fülogeneetika ja taksonoomia probleemide lahendamiseks.

Huvitav on märkida, et inglise füsioloog E. Lankester, kes uuris molluskite hemoglobiine ja aimas ette molekulaarbioloogia ideid täpselt 100 aastat tagasi, kirjutas: „Sama olulised on keemilised erinevused erinevate looma- ja taimeliikide ning sugukondade vahel. nende tekkelugu kui nende vormierinevusi Kui suudaksime selgelt tuvastada erinevusi organismide molekulaarses korralduses ja toimimises, saaksime erinevate organismide päritolu ja evolutsiooni mõista palju paremini kui morfoloogiliste vaatluste põhjal. Biokeemiliste uuringute tähtsust taksonoomia jaoks rõhutas ka V. L. Komarov, kes kirjutas, et "kõikide, isegi puhtmorfoloogiliste tunnuste aluseks, mille alusel liigitame ja kehtestame, on just biokeemilised erinevused" **.

* (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. Komarov. Valitud teosed, kd 1. M.-L., NSVL Teaduste Akadeemia Kirjastus, 1945, lk 331.)

Veel 1920. aastatel tegid A. V. Blagoveštšenski ja S. L. Ivanov meie riigis esimesi samme, et selgitada mõningaid organismide evolutsiooni ja süstemaatika küsimusi, tuginedes nende biokeemilise koostise võrdlevale analüüsile (vt ptk 2). Valkude ja nukleiinhapete struktuuri võrdlev analüüs on praegu muutumas taksonoomide jaoks üha käegakatsutavamaks abivahendiks (vt ptk 21). See molekulaarbioloogia meetod võimaldab mitte ainult selgitada üksikute liikide asukohta süsteemis, vaid sunnib meid vaatama uue pilguga organismide klassifitseerimise põhimõtteid ja mõnikord vaatama kogu süsteemi tervikuna ümber, nagu juhtus. , näiteks mikroorganismide taksonoomiaga. Kahtlemata on tulevikus organismide kemosüstemaatikas kesksel kohal genoomi struktuuri analüüs.

DNA replikatsiooni ja transkriptsiooni mehhanismide dešifreerimine oli molekulaarbioloogia arengu seisukohalt väga oluline (vt ptk 24).

Valkude biosüntees

Oluline nihe valkude biosünteesi probleemi lahendamisel on seotud edusammudega nukleiinhapete uurimisel. 1941. aastal juhtisid T. Kasperson (Rootsi) ja 1942. aastal J. Brachet (Belgia) tähelepanu asjaolule, et aktiivse valgusünteesiga koed sisaldavad suurenenud RNA-d. Nad jõudsid järeldusele, et ribonukleiinhapped mängivad valkude sünteesis otsustavat rolli. 1953. aastal näisid E. Gale ja D. Fox olevat saanud otseseid tõendeid RNA otsesest osalemisest valkude biosünteesis: nende andmetel pärssis ribonukleaas märkimisväärselt aminohapete inkorporeerimist bakterirakkude lüsaatidesse. Samasugused andmed said maksahomogenaatide kohta V. Allfrey, M. Deli ja A. Mirsky (1953). Hiljem loobus E. Gale enda väljendatud õigest arusaamast RNA juhtivast rollist valgusünteesis, uskudes ekslikult, et valgusünteesi aktiveerumine rakuvabas süsteemis toimus mõne muu tundmatu iseloomuga aine mõjul. 1954. aastal avastasid P. Zamecnik, D. Littlefield, R. B. Hesin-Lurie jt, et aminohapete kõige aktiivsem inkorporeerimine toimub subtsellulaarsete osakeste RNA-rikastes fraktsioonides – mikrosoomides. P. Zamecnik ja E. Keller (1953-1954) leidsid, et aminohapete inkorporeerimine supernatandi juuresolekul ATP regeneratsiooni tingimustes märgatavalt paranes. P. Siekewitz (1952) ja M. Hogland (1956) eraldasid supernatandist valgufraktsiooni (pH 5 fraktsioon), mis oli vastutav aminohapete mikrosoomidesse inkorporeerimise järsu stimuleerimise eest. Koos valkudega leiti supernatandis väike molekulmassiga RNA-de eriklass, mida nüüd nimetatakse ülekande-RNA-deks (tRNA-deks). 1958. aastal avastasid Hoagland ja Zamecnik, samuti P. Berg, R. Sweet ja F. Allen ning paljud teised teadlased, et iga aminohappe aktiveerimiseks on vaja oma spetsiaalset ensüümi ATP-d ja spetsiifilist tRNA-d. Selgus, et tRNA-d täidavad eranditult adapterite ehk seadmete funktsiooni, mis leiavad vastava aminohappe koha nukleiinmaatriksil (mRNA) moodustavas valgumolekulis. Need uuringud kinnitasid täielikult F. Cricki (1957) adapteri hüpoteesi, mis nägi ette polünukleotiidadapterite olemasolu rakus, mis on vajalikud sünteesitud valgu aminohappejääkide õigeks paigutuseks nukleiinmaatriksil. Palju hiljem näitas prantsuse teadlane F. Chapville (1962) USA-s F. Lipmani laboris (Nobeli preemia, 1953) väga leidlikult ja ühemõtteliselt, et aminohappe asukoha sünteesitud valgu molekulis määrab täielikult spetsiifiline tRNA, millega see on seotud. Cricki adapteri hüpotees töötati välja Hoaglandi ja Zamecniku töödes.

1958. aastaks said teatavaks järgmised valgusünteesi põhietapid: 1) aminohappe aktiveerimine spetsiifilise ensüümi poolt “pH 5 fraktsioonist” ATP juuresolekul aminoatsüüladenülaadi moodustumisega; 2) aktiveeritud aminohappe kinnitumine spetsiifilisele tRNA-le koos adenosiinmonofosfaadi (AMP) vabanemisega; 3) aminoatsüül-tRNA (aminohappega laetud tRNA) seondumine mikrosoomidega ja aminohapete liitmine valku koos tRNA vabanemisega. Hoagland (1958) märkis, et valgusünteesi viimane etapp nõuab guanosiintrifosfaati (GTP).

RNA-de ülekandmine ja geenide süntees

Pärast tRNA-de avastamist hakati aktiivselt otsima nende fraktsioneerimist ja nukleotiidjärjestuse määramist. Suurima edu saavutas Ameerika biokeemik R. Holley. 1965. aastal tegi ta kindlaks pärmi alaniini tRNA struktuuri. Kasutades ribonukleaase (guanüül-RNaasi ja pankrease RNaasi), jagas Holly nukleiinhappemolekuli mitmeks fragmendiks, määras igaühes neist eraldi nukleotiidjärjestuse ja seejärel rekonstrueeris kogu alaniini tRNA molekuli järjestuse. Sellist nukleotiidjärjestuse analüüsimeetodit nimetatakse plokkmeetodiks. Holly teene seisnes peamiselt selles, et ta õppis jagama RNA molekuli mitte ainult väikesteks tükkideks, nagu paljud olid teinud enne teda, vaid ka suurteks fragmentideks (veeranditeks ja pooleks). See andis talle võimaluse üksikud väikesed tükid õigesti kokku panna ja seeläbi kogu tRNA molekuli täielik nukleotiidjärjestus uuesti luua (Nobeli preemia, 1968).

Selle tehnika võtsid kohe kasutusele paljud laborid üle maailma. Järgmise kahe aasta jooksul dešifreeriti NSV Liidus ja välismaal mitme tRNA esmane struktuur. A. A. Baev (1967) ja kaastöötajad määrasid esmakordselt nukleotiidjärjestuse pärmi valiini tRNA-s. Praeguseks on uuritud enam kui tosinat erinevat individuaalset tRNA-d. Unikaalse rekordi nukleotiidjärjestuse määramisel püstitasid Cambridge'is F. Sanger ja G. Brownlee. Need teadlased töötasid välja üllatavalt elegantse meetodi oligonukleotiidide eraldamiseks ja määrasid Escherichia coli rakkudest pärit niinimetatud 5S (ribosomaalse) RNA järjestuse (1968). See RNA koosneb 120 nukleotiidi jäägist ja erinevalt tRNA-st ei sisalda täiendavaid väiksemaid aluseid, mis hõlbustavad oluliselt nukleotiidjärjestuse analüüsi, toimides ainulaadsete orientiiridena molekuli üksikute fragmentide jaoks. Praegu edeneb J. Ebeli (Prantsusmaa) ja teiste teadlaste laboris tänu Sangeri ja Brownlee meetodi kasutamisele edukalt töö pikkade ribosomaalsete RNA-de ja mõnede viiruse RNA-de järjestuse uurimisel.

A. A. Baev ja kaastöötajad (1967) avastasid, et pooleks lõigatud valiini tRNA taastab lahuses oma makromolekulaarse struktuuri ja omab vaatamata primaarstruktuuri defektile algse (natiivse) molekuli funktsionaalset aktiivsust. See lähenemisviis - lõigatud makromolekuli rekonstrueerimine pärast teatud fragmentide eemaldamist - osutus väga paljutõotavaks. Nüüd kasutatakse seda laialdaselt teatud tRNA-de üksikute sektsioonide funktsionaalse rolli selgitamiseks.

Viimastel aastatel on üksikute tRNA-de kristalsete preparaatide saamisel saavutatud suurt edu. Nüüd on mitmed USA ja Inglismaa laborid juba suutnud palju tRNA-sid kristalliseerida. See võimaldas röntgendifraktsioonianalüüsi abil uurida tRNA struktuuri. 1970. aastal esitas R. Bock Wisconsini ülikoolis esimesed röntgendifraktsioonimustrid ja mitme tRNA kolmemõõtmelised mudelid. Need mudelid aitavad määrata tRNA üksikute funktsionaalselt aktiivsete saitide lokaliseerimist ja mõista nende molekulide toimimise aluspõhimõtteid.

Valgusünteesi mehhanismi paljastamisel ja selle protsessi spetsiifilisuse probleemi lahendamisel oli ülimalt oluline geneetilise koodi olemuse dešifreerimine (vt ptk 24), mida võib liialdamata pidada maailma loodusteaduste juhtivaks saavutuseks. 20. sajandil.

R. Holly tRNA primaarstruktuuri avastamine andis tõuke G. Korana * (USA) tööle oligonukleotiidide sünteesil ja suunas need spetsiifilise bioloogilise struktuuri – alaniini tRNA-d kodeeriva DNA molekuli – sünteesile. Esimesed sammud, mille Korana astus peaaegu 15 aastat tagasi lühikeste oligonukleotiidide keemilises sünteesis, kulmineerusid 1970. aastal esimese geenisünteesiga. Korana ja tema kaastöötajad sünteesisid kõigepealt keemiliselt üksikutest nukleotiididest lühikesed 8-12 nukleotiidijäägi pikkused fragmendid. Need antud nukleotiidjärjestusega fragmendid moodustasid spontaanselt kaheahelalised komplementaarsed tükid, mis kattuvad 4–5 nukleotiidi ulatuses. Seejärel ühendati need valmis tükid ensüümi DNA ligaasi abil otsast lõpuni õiges järjekorras. Seega, erinevalt DNA molekulide replikatsioonist õnnestus A. Kornbergi ** (vt ptk 24) järgi Koranal uuesti luua looduslik kaheahelaline DNA molekul vastavalt etteantud programmile vastavalt tRNA järjestusele, mida kirjeldas: Holly. Sarnasel viisil töötatakse praegu ka teiste geenide sünteesi kallal (M. N. Kolosov, Z. A. Shabarova, D. G. Knorre, 1970 - 1975).

* (Geneetilise koodi uurimise eest pälvisid G. Korana ja M. Nirenberg 1968. aastal Nobeli preemia.)

** (Polümeraasi ja DNA sünteesi avastamise eest pälvis A. Kornberg ning RNA sünteesi eest S. Ochoa 1959. aastal Nobeli preemia.)

Mikrosoomid, ribosoomid, translatsioon

50ndate keskel usuti, et mikrosoomid on rakus valgusünteesi keskpunkt. Termini mikrosoomid võttis esmakordselt kasutusele 1949. aastal A. Claude, et viidata väikeste graanulite fraktsioonile. Hiljem selgus, et valkude sünteesi eest ei vastuta mitte kogu mikrosoomide fraktsioon, mis koosneb membraanidest ja graanulitest, vaid ainult väikesed ribonukleoproteiini osakesed. R. Roberts nimetas need osakesed 1958. aastal ribosoomideks.

Klassikalised bakteriaalsete ribosoomide uuringud viisid läbi A. Tissier ja J. Watson aastatel 1958–1959. Bakteriaalsed ribosoomid osutusid mõnevõrra väiksemaks kui taimsed ja loomsed. J. Littleton (1960), M. Clark (1964) ja E. N. Svetailo (1966) näitasid, et kõrgemate taimede ja mitokondrite kloroplastide ribosoomid kuuluvad bakteritüüpi. A. Tissier ja teised (1958) avastasid, et ribosoomid dissotsieeruvad kaheks ebavõrdseks subühikuks, millest igaüks sisaldab ühte RNA molekuli. 50ndate lõpus arvati, et iga ribosomaalne RNA molekul koosneb mitmest lühikesest fragmendist. A.S Spirin näitas aga 1960. aastal esimesena, et alamosakestes olevat RNA-d esindab pidev molekul. D. Waller (1960), eraldades tärklisegeelelektroforeesi abil ribosomaalsed valgud, leidis, et need on väga heterogeensed. Alguses kahtlesid paljud Walleri andmetes, kuna tundus, et ribosomaalne valk peaks olema rangelt homogeenne, nagu näiteks TMV valk. Praeguseks on D. Walleri, R. Trouti, P. Traubi ja teiste biokeemikute uuringute tulemusena teatavaks saanud, et ribosoomiosakeste endi koostis sisaldab enam kui 50 struktuurilt täiesti erinevat valku. 1963. aastal avas A.S Spirin esimesena ribosoomi alamosakesed ja näitas, et ribosoomid on kompaktselt keerdunud ribonukleoproteiini ahel, mis võib teatud tingimustel lahti kerida. Aastatel 1967-1968 M. Nomura rekonstrueeris täielikult bioloogiliselt aktiivse alamosakese ribosomaalsest RNA-st ja valgust ning sai isegi ribosoomid, milles valk ja RNA kuulusid erinevatele mikroorganismidele.

Siiani on ribosomaalse RNA roll ebaselge. Eeldatakse, et see on ainulaadne spetsiifiline maatriks, millel ribosomaalse osakese moodustumise ajal leiab igaüks arvukatest ribosomaalsetest valkudest rangelt määratletud koha (A. S. Spirin, 1968).

A. Rich (1962) avastas mitmete ribosoomide agregaadid, mis on omavahel ühendatud mRNA ahelaga. Neid komplekse nimetati polüsoomideks. Polüsoomide avastamine võimaldas Richil ja Watsonil (1963) oletada, et polüpeptiidahela süntees toimub ribosoomil, mis näib liikuvat mööda mRNA ahelat. Kui ribosoom liigub osakeses mööda mRNA ahelat, loetakse infot ja moodustub valgu polüpeptiidahel ning mRNA vabanenud lugemisotsale kinnituvad vaheldumisi uued ribosoomid. Richi ja Watsoni andmetest järeldub, et polüsoomide tähtsus rakus seisneb valgu massilises tootmises maatriksi järjestikuse lugemise teel mitme ribosoomi korraga.

M. Nirenbergi, S. Ochoa, F. Lipmani, G. Korana jt uurimistöö tulemusena 1963. - 1970. a. Sai teada, et koos mRNA, ribosoomide, ATP ja aminoatsüül-tRNA-ga osaleb translatsiooniprotsessis suur hulk erinevaid tegureid ning translatsiooniprotsessi võib tinglikult jagada kolme etappi - initsiatsioon, translatsioon ise ja lõpetamine.

Translatsiooni algatamine tähendab esimese peptiidsideme sünteesi ribosoomi – matriitspolünukleotiid – aminoatsüül-tRNA kompleksis. Mitte igal aminoatsüül-tRNA-l, vaid formüülmetionüül-tRNA-l on selline initsiaatoraktiivsus. Selle aine eraldasid esmakordselt 1964. aastal F. Sanger ja K. Marker. S. Bretcher ja K. Marker (1966) näitasid, et formüülmetionüül-tRNA initsiaatorfunktsioon on tingitud selle suurenenud afiinsusest ribosoomi peptidüülkeskuse suhtes. Äärmiselt olulised on tõlkimise alustamiseks ka mõned valgu initsiatsioonifaktorid, mis eraldati S. Ochoa, F. Gro ja teiste uurimiskeskuste laborites. Pärast esimese peptiidsideme moodustumist ribosoomis algab õige translatsioon, st aminoatsüüljäägi järjestikune lisamine polüpeptiidi C-otsa. Paljusid tõlkeprotsessi detaile uurisid K. Monroe ja J. Bishop (Inglismaa), I. Rykhlik ja F. Schorm (Tšehhoslovakkia), F. Lipman, M. Bretcher, V. Gilbert (USA) ja teised teadlased. 1968. aastal pakkus A.S Spirin välja algse hüpoteesi ribosoomi mehhanismi selgitamiseks. Juhtmehhanism, mis tagab kõik tRNA ja mRNA ruumilised liikumised translatsiooni ajal, on ribosoomi alamosakeste perioodiline avanemine ja sulgemine. Tõlke lõpp on kodeeritud lugemismaatriksis endas, mis sisaldab stoppkoodoneid. Nagu S. Brenner (1965-1967) näitas, on sellisteks koodoniteks kolmikud UAA, UAG ja UGA. M. Capecchi (1967) tuvastas ka spetsiaalsed valgu terminatsioonifaktorid. A. S. Spirin ja L. P. Gavrilova kirjeldasid niinimetatud "mitteensümaatilist" valgusünteesi ribosoomides (1972–1975) ilma valgufaktorite osaluseta. See avastus on oluline valkude biosünteesi päritolu ja evolutsiooni mõistmiseks.

Geeni ja valgu aktiivsuse reguleerimine

Valgusünteesi spetsiifilisuse probleemi järel tõusis molekulaarbioloogias esikohale valgusünteesi reguleerimise ehk, mis seesama, geeniaktiivsuse reguleerimise probleem.

Rakkude funktsionaalne ebavõrdsus ning sellega kaasnev geenide represseerimine ja aktiveerimine on geneetikute tähelepanu pälvinud juba pikka aega, kuid kuni viimase ajani jäi geenide aktiivsuse kontrolli tegelik mehhanism teadmata.

Esimesed katsed selgitada geenide regulatiivset aktiivsust olid seotud histooni valkude uurimisega. Ka Steadmani abikaasad * XX sajandi 40ndate alguses. väljendas mõtet, et selles nähtuses võivad peamist rolli mängida histoonid. Seejärel said nad esimesed selged andmed histooni valkude keemilise olemuse erinevuste kohta. Praegu kasvab seda hüpoteesi toetavate faktide arv igal aastal.

* (E. Stedman, E. Stedman. Rakutuumade põhivalgud.- Phylosoph. Trans. Roy. Soc. London, 1951, v. 235, 565-595.)

Samal ajal koguneb üha rohkem andmeid, mis näitavad, et geenide aktiivsuse reguleerimine on palju keerulisem protsess kui geenipiirkondade lihtne interaktsioon histooni valgu molekulidega. Aastatel 1960-1962 R. B. Khesin-Lurie laboris leiti, et faagide geene hakatakse lugema mitte üheaegselt: faagi T2 geene saab jagada varajasteks geenideks, mille funktsioneerimine toimus nakatumise esimestel minutitel. bakterirakk ja hilised geenid, mis hakkasid pärast varajaste geenide töö lõpetamist sünteesima mRNA-d.

1961. aastal pakkusid prantsuse biokeemikud F. Jacob ja J. Monod välja geenide aktiivsuse reguleerimise skeemi, millel oli erakordne roll rakkude regulatsioonimehhanismide mõistmisel üldiselt. Jacobi ja Monodi skeemi järgi on DNA-s lisaks struktuursetele (informatiivsetele) geenidele ka regulaatorgeenid ja operaatorgeenid. Regulaatorgeen kodeerib spetsiifilise aine – repressori – sünteesi, mida saab siduda nii indutseerija kui operaatorgeeni külge. Operaatorgeen on seotud struktuurigeenidega ja regulaatorgeen asub neist teatud kaugusel. Kui keskkonnas pole indutseerijat, näiteks laktoosi, siis regulaatorgeeni poolt sünteesitud repressor seondub operaatorgeeniga ja seda blokeerides lülitab välja kogu operoni (struktuurigeenide plokk koos operaatoriga) töö. mis neid kontrollib). Nendes tingimustes ensüümide moodustumist ei toimu. Kui keskkonda ilmub indutseerija (laktoos), siis regulatoorse geeni produkt - repressor - seondub laktoosiga ja eemaldab ploki operaatorgeenilt. Sel juhul saab võimalikuks ensüümi sünteesi kodeeriva struktuurgeeni töö ja ensüüm (laktoos) ilmub keskkonda.

Jacobi ja Monodi järgi kehtib see regulatsiooniskeem kõikidele adaptiivsetele ensüümidele ja võib esineda nii repressioonide ajal, kui ensüümi moodustumist pärsib reaktsiooniprodukti liig, kui ka induktsiooni ajal, kui substraadi sisseviimine põhjustab sünteesi. ensüümist. Geenitegevuse reguleerimise uurimise eest pälvisid Jacob ja Monod 1965. aastal Nobeli preemia.

Esialgu tundus see skeem liiga kaugeleulatuv. Hiljem selgus aga, et selle põhimõtte järgi geeniregulatsioon ei toimu ainult bakterites, vaid ka teistes organismides.

Alates 1960. aastast on eukarüootsete organismide genoomi korralduse ja kromatiini struktuuri uuringud hõivanud molekulaarbioloogias silmapaistva koha (J. Bonner, R. Britten, W. Allfrey, P. Walker, Yu. S. Chentsov, I. B. Zbarsky jt. ) ja transkriptsiooni reguleerimise kohta (A. Mirsky, G. P. Georgiev, M. Bernstiel, D. Goll, R. Tsanev, R. I. Salganik). Repressori olemus jäi pikka aega tundmatuks ja vastuoluliseks. 1968. aastal näitas M. Ptashne (USA), et repressor on valk. Ta isoleeris selle J. Watsoni laboris ja avastas, et repressoril on tõepoolest afiinsus indutseerija (laktoosi) suhtes ning samal ajal "tunneb ära" lac operoni operaatori geeni ja seondub sellega spetsiifiliselt.

Viimase 5-7 aasta jooksul on saadud andmeid teise geeniaktiivsuse kontrollraku – promootori – olemasolu kohta. Selgus, et operaatorikoha läheduses, mille külge kinnitub geeniregulaatoril sünteesitud toode - repressori valguline aine, on veel üks koht, mis tuleks samuti liigitada regulatsioonisüsteemi liikmeks. geeni aktiivsusest. Sellele kohale on kinnitatud ensüümi RNA polümeraasi valgumolekul. Promootorpiirkonnas peab toimuma DNA ainulaadse nukleotiidjärjestuse ja RNA polümeraasi valgu spetsiifilise konfiguratsiooni vastastikune äratundmine. Promootoriga külgneva operoni antud geenijärjestusega geneetilise teabe lugemise protsess sõltub äratundmise tõhususest.

Lisaks Jacobi ja Monodi kirjeldatud skeemile on rakus ka teisi geeniregulatsiooni mehhanisme. F. Jacob ja S. Brenner (1963) tegid kindlaks, et bakteriaalse DNA replikatsiooni reguleerimist kontrollib teatud viisil rakumembraan. Jacobi (1954) katsed erinevate profaagide indutseerimisel näitasid veenvalt, et erinevate mutageensete tegurite mõjul lüsogeensete bakterite rakus algab profaagigeeni selektiivne replikatsioon ning peremeesgenoomi replikatsioon on blokeeritud. 1970. aastal teatas F. Bell, et väikesed DNA molekulid võivad pääseda tuumast tsütoplasmasse ja seal transkribeerida.

Seega saab geenide aktiivsust reguleerida replikatsiooni, transkriptsiooni ja translatsiooni tasemel.

Märkimisväärseid edusamme on tehtud mitte ainult ensüümide sünteesi, vaid ka nende aktiivsuse regulatsiooni uurimisel. Ensüümide aktiivsuse reguleerimise nähtustele rakkudes osutasid juba 50ndatel aastatel A. Novik ja L. Szilard. G. Umbarger (1956) tegi kindlaks, et rakus on väga ratsionaalne viis ensüümi aktiivsuse pärssimiseks reaktsioonide tagasisideahela lõpp-produktiga. Nagu on kindlaks teinud J. Monod, J. Changer, F. Jacob, A. Pardee ja teised teadlased (1956-1960), saab ensüümi aktiivsust reguleerida allosteerilise põhimõtte kohaselt. Ensüümil või ühel selle allüksusel on lisaks afiinsusele substraadi suhtes ka afiinsus ühe reaktsiooniahela produkti suhtes. Sellise signaaliprodukti mõjul muudab ensüüm oma konformatsiooni nii palju, et kaotab aktiivsuse. Selle tulemusena lülitatakse kogu ensümaatiliste reaktsioonide ahel kohe alguses välja. D. Wiman ja R. Woodward (1952; Nobeli preemia laureaat, 1965) tõid välja valgu konformatsiooniliste muutuste olulise rolli ensümaatilistes reaktsioonides ja teatud mõttes allosteerilise efekti olemasolu.

Valkude ehitus ja talitlus

T. Osborne’i, G. Hoffmeistri, A. Gurberi, F. Schulzi ja paljude teiste tööde tulemusena 19. sajandi lõpul. Paljud loomsed ja taimsed valgud saadi kristalsel kujul. Umbes samal ajal määrati erinevate füüsikaliste meetodite abil teatud valkude molekulmassid. Nii teatasid A. Sabanejev ja N. Aleksandrov 1891. aastal, et ovalbumiini molekulmass on 14 000; 1905. aastal tegi E. Reid kindlaks, et hemoglobiini molekulmass on 48 000. Valkude polümeerse struktuuri avastasid 1871. aastal G. Glasivetz ja D. Haberman. Ideed üksikute aminohappejääkide peptiidsidemetest valkudes väljendas T. Curtius (1883). Töö aminohapete keemilise kondensatsiooni (E. Schaal, 1871; G. Schiff, 1897; L. Balbiano ja D. Traschiatti, 1900) ja heteropolüpeptiidide sünteesi (E. Fischer, 1902–1907, Nobeli preemia, 1902) alal viis valkude keemilise struktuuri põhiprintsiipide väljatöötamiseni.

Esimese kristalse ensüümi (ureaasi) hankis 1926. aastal J. Sumner (Nobeli preemia, 1946) ja 1930. aastal sai J. Northrop (Nobeli preemia, 1946) kristalse pepsiini. Pärast seda tööd sai selgeks, et ensüümid on oma olemuselt valgud. 1940. aastal eraldas M. Kunitz kristalse RNaasi. 1958. aastaks oli teada juba üle 100 kristallilise ensüümi ja üle 500 mittekristallilisel kujul eraldatud ensüümi. Üksikute valkude kõrgelt puhastatud preparaatide tootmine aitas kaasa nende primaarstruktuuri ja makromolekulaarse korralduse dešifreerimisele.

Molekulaarbioloogia üldises arengus ja eelkõige inimese geneetikas oli suur tähtsus L. Paulingu (1940) avastusel ebanormaalse hemoglobiini S, mis eraldati raske päriliku haigusega – sirprakulise aneemia – inimeste erütrotsüütidest. Aastatel 1955-1957 V. Ingram kasutas F. Sangeri väljatöötatud “sõrmejälgede” meetodit (paberkromatograafia käigus üksikutest peptiididest tekkinud laigud), et analüüsida hemoglobiin S hüdrolüüsi saadusi leelise ja trüpsiiniga. 1961. aastal teatas Ingram, et hemoglobiin S erineb normaalsest hemoglobiinist vaid ühe aminohappejäägi olemuse poolest: normaalses hemoglobiinis on ahela seitsmendal positsioonil glutamiinhappe jääk, hemoglobiini S-s aga valiini jääk. Seega leidis täielikult kinnitust Paulingi oletus (1949), et sirprakuline aneemia on molekulaarse iseloomuga haigus. Pärilik muutus ainult ühes aminohappejäägis hemoglobiini makromolekuli mõlemas pooles viib selleni, et hemoglobiin kaotab madala hapnikukontsentratsiooni juures oma võime kergesti lahustuda ja hakkab kristalliseeruma, mis põhjustab raku struktuuri katkemist. Need uuringud näitasid selgelt, et valgu struktuur on rangelt määratletud aminohappejärjestus, mis on kodeeritud genoomis. Valgu primaarstruktuuri erakordset tähtsust makromolekuli ainulaadse bioloogiliselt aktiivse konformatsiooni kujunemisel tõestas K. Anfinseni töö (1951). Anfinsen näitas, et pankrease ribonukleaasi bioloogiliselt aktiivne makrostruktuur, mis kaotati redutseerimise tulemusena, on eelnevalt määratud aminohappejärjestusega ja võib tsüsteiinijääkide SH-rühmade oksüdeerumisel spontaanselt uuesti ilmneda, moodustades rangelt disulfiidristsidemeid. määratletud kohad ensüümi peptiidahelas.

Tänaseks on suure hulga ensüümide toimemehhanismi põhjalikult uuritud ja paljude valkude struktuur kindlaks tehtud.

1953. aastal kehtestas F. Sanger insuliini aminohappejärjestuse. : See valk koosneb kahest polüpeptiidahelast, mis on ühendatud kahe disulfiidse ristsidemega. Üks ahelatest sisaldab ainult 21 aminohappejääki ja teine ​​- 30 jääki. Sanger kulutas selle suhteliselt lihtsa valgu struktuuri dešifreerimisele umbes 10 aastat. 1958. aastal pälvis ta selle silmapaistva uurimistöö eest Nobeli preemia. Pärast automaatse aminohapete analüsaatori loomist W. Steini ja S. Moore'i poolt (1957) kiirenes valgu osalise hüdrolüüsi produktide tuvastamine oluliselt. Stein ja Moore teatasid sellest juba 1960. aastal. et nad suutsid määrata ribonukleaasi järjestuse, mille peptiidahelat esindab 124 aminohappejääki. Samal aastal määrasid F. Anderer jt G. Schrammi laboris Tübingenis (Saksamaa) TMV valgu aminohappejärjestuse. Seejärel määrati aminohappejärjestus müoglobiinis (A. Edmunson) ning inimese hemoglobiini α- ja β-ahelates (G. Braunitzer, E. Schroeder jt), kanamunavalge lüsosüümis (J. Jollet, D. Cayfield). 1963. aastal kehtestasid F. Schorm ja B. Keil (Tšehhoslovakkia) kümotrüpsinogeeni molekulis aminohappejärjestuse. Samal aastal määrati trüpsinogeeni aminohappejärjestus (F. Schorm, D. Walsh). 1965. aastal kehtestas K. Takahashi T1 ribonukleaasi primaarstruktuuri. Seejärel määrati aminohappejärjestused veel mitme valgu jaoks.

Teatavasti on konkreetse struktuuri määratluse õigsuse lõplik tõend selle süntees. 1969. aastal viis R. Merifield (USA) esimesena läbi pankrease ribonukleaasi keemilise sünteesi. Kasutades enda välja töötatud tahkefaasilise sünteesi meetodit, lisas Merifield ahelasse ühe aminohappe teise järel vastavalt Steini ja Moore'i kirjeldatud järjestusele. Selle tulemusena sai ta valgu, mille omadused olid identsed pankrease ribonukleaasi A-ga. Ribonukleaasi struktuuri avastamise eest pälvisid V. Stein, S. Moore ja K. Anfinsen 1972. aastal Nobeli preemia. See loodusliku valgu süntees avab suurepärased väljavaated, mis viitab võimalusele luua mis tahes valke vastavalt eelnevalt kavandatud järjestusele.

W. Astbury (1933) röntgendifraktsiooniuuringutest järeldub, et valgumolekulide peptiidahelad on keerdunud või virnastatud mingil rangelt määratletud viisil. Sellest ajast peale on paljud autorid väljendanud erinevaid hüpoteese valguahelate voltimise meetodite kohta, kuid kuni 1951. aastani jäid kõik mudelid spekulatiivseteks konstruktsioonideks, mis ei vastanud eksperimentaalsetele andmetele. 1951. aastal avaldasid L. Pauling ja R. Corey rea hiilgavaid töid, milles lõpuks formuleeriti valkude sekundaarstruktuuri teooria – α-heeliksi teooria. Koos sellega sai teatavaks ka see, et valkudel on ka tertsiaarne struktuur: peptiidahela α-heeliksit saab teatud viisil voltida, moodustades üsna kompaktse struktuuri.

1957. aastal pakkusid J. Kendrew ja tema kolleegid esmakordselt välja müoglobiini struktuuri kolmemõõtmelise mudeli. Seejärel viimistleti seda mudelit mitme aasta jooksul, kuni 1961. aastal ilmus selle valgu ruumilist struktuuri iseloomustav viimane töö. 1959. aastal tegi M. Perutz ja kaastöötajad kindlaks hemoglobiini kolmemõõtmelise struktuuri. Teadlased kulutasid sellele tööle üle 20 aasta (esimesed hemoglobiini röntgenpildid sai Perutz 1937. aastal). Kuna hemoglobiini molekul koosneb neljast alaühikust, oli Perutz esimene, kes kirjeldas valgu kvaternaarset struktuuri. Oma töö eest valkude kolmemõõtmelise struktuuri määramisel said Kendrew ja Perutz 1962. aastal Nobeli preemia.

Perutzi hemoglobiini struktuuri ruumilise mudeli loomine LUBATUD. et jõuda lähemale selle valgu toimimismehhanismi mõistmisele, mis teadaolevalt transpordib hapnikku loomarakkudes. Veel 1937. aastal jõudis F. Gaurowitz järeldusele, et hemoglobiini vastasmõju hapniku ja õhuga peaks kaasnema valgu struktuuri muutumisega. 1960. aastatel avastasid Perutz ja tema kaastöötajad hemoglobiiniahelate märgatava nihke pärast selle oksüdeerumist, mille põhjustas rauaaatomite nihkumine hapnikuga seondumise tagajärjel. Selle põhjal tekkisid ideed valgu makromolekulide "hingamise" kohta.

1960. aastal alustasid D. Phillips ja tema kaastöötajad lüsosüümi molekuli röntgendifraktsiooniuuringuid. 1967. aastaks tegid nad enam-vähem täpselt kindlaks selle valgu korralduse üksikasjad ja üksikute aatomite lokaliseerimise selle molekulis. Lisaks selgitas Phillips välja lüsosüümi substraadile (triatsetüülglükoosamiin) lisamise olemuse. See võimaldas selle ensüümi töömehhanismi uuesti luua. Seega võimaldasid teadmised primaarstruktuuri ja makromolekulaarse korralduse kohta mitte ainult kindlaks teha paljude ensüümide aktiivsete keskuste olemust, vaid ka täielikult paljastada nende makromolekulide toimimismehhanismi.

Elektronmikroskoopia meetodite kasutamine aitas välja selgitada selliste keeruliste valgumoodustiste nagu kollageeni, fibrinogeeni, kontraktiilsed lihasfibrillid jne makromolekulaarse organiseerimise põhimõtted. 50. aastate lõpus pakuti välja lihaste kontraktiilse aparaadi mudelid. Müosiini ATPaasi aktiivsuse avastamine V. A. Engelhardti ja M. N. Lyubimova (1939) poolt oli lihaskontraktsiooni mehhanismi mõistmisel erakordselt oluline. See tähendas, et lihaste kokkutõmbumise akti aluseks oli kontraktiilse valgu füüsikalis-keemiliste omaduste ja makromolekulaarse korralduse muutus adenosiintrifosforhappe mõjul (vt ka ptk 11).

Bioloogiliste struktuuride kokkupanemise põhimõtete mõistmiseks olid viroloogilised uuringud hädavajalikud (vt ptk 25).

Lahendamata probleemid

Kaasaegse molekulaarbioloogia peamised edusammud on saavutatud peamiselt nukleiinhapete uurimise tulemusena. Kuid isegi selles valdkonnas ei ole kõik probleemid veel lahendatud. Eelkõige nõuab suuri jõupingutusi genoomi kogu nukleotiidjärjestuse dešifreerimine. See probleem on omakorda lahutamatult seotud DNA heterogeensuse probleemiga ja nõuab uute täiustatud meetodite väljatöötamist üksikute molekulide fraktsioneerimiseks ja eraldamiseks kogu raku geneetilisest materjalist.

Seni on jõupingutused keskendunud peamiselt valkude ja nukleiinhapete eraldi uurimisele. Rakus on need biopolümeerid üksteisega lahutamatult seotud ja toimivad peamiselt nukleoproteiinide kujul. Seetõttu on nüüd eriti teravaks muutunud vajadus uurida valkude ja nukleiinhapete koostoimet. Esile kerkib nukleiinhapete teatud osade äratundmise probleem valkude poolt. Nende biopolümeeride interaktsiooni uurimiseks on juba astutud samme, ilma milleta on mõeldamatu kromosoomide, ribosoomide ja muude struktuuride struktuuri ja funktsioonide täielik mõistmine. Ilma selleta on samuti võimatu mõista geenide aktiivsuse regulatsiooni ja lõpuks lahti mõtestada valkude sünteesimehhanismide tööpõhimõtteid. Pärast Jacobi ja Monodi tööd ilmusid mõned uued andmed membraanide regulatiivse tähtsuse kohta tuumamaterjali sünteesil. See seab ülesandeks põhjalikumalt uurida membraanide rolli DNA replikatsiooni reguleerimisel. Üldiselt on geenide aktiivsuse ja üldse raku aktiivsuse reguleerimise probleem muutunud kaasaegse molekulaarbioloogia üheks olulisemaks probleemiks.

Biofüüsika hetkeseis

Biofüüsika arenes välja tihedas seoses molekulaarbioloogia probleemidega. Huvi selle bioloogia valdkonna vastu ärgitas ühelt poolt vajadus põhjalikult uurida erinevat tüüpi kiirguse mõju organismile ja teiselt poolt vajadus uurida füüsikalisi ja füüsikalis-keemilisi aineid. molekulaarsel tasandil toimuvate elunähtuste alused.

Täpse teabe saamine molekulaarstruktuuride ja neis toimuvate protsesside kohta sai võimalikuks uute peenfüüsikalis-keemiliste meetodite kasutamise tulemusena. Elektrokeemia saavutustele tuginedes oli võimalik täiustada bioelektriliste potentsiaalide mõõtmise meetodit, kasutades ioonselektiivseid elektroode (G. Eisenman, B.P. Nikolsky, Khuri, 50-60s). Infrapunaspektroskoopia (kasutades laserseadmeid) tuleb üha enam praktikasse, mis võimaldab uurida valkude konformatsioonilisi muutusi (I. Plotnikov, 1940). Väärtuslikku teavet annavad ka elektronide paramagnetresonantsi meetod (E.K. Zavoisky, 1944) ja biokemoluminestsentsmeetod (B.N. Tarusov et al., 1960), mis võimaldavad eelkõige hinnata elektronide transporti oksüdatiivsete protsesside käigus.

50ndatel oli biofüüsika juba saavutamas tugevat positsiooni. On vaja koolitada kvalifitseeritud spetsialiste. Kui 1911. aastal oli Euroopas biofüüsika osakond vaid Ungaris asuvas Pecsi ülikoolis, siis 1973. aastaks on sellised osakonnad olemas peaaegu kõigis suuremates ülikoolides.

1960. aastal asutati Rahvusvaheline Biofüüsika Ühing. 1961. aasta augustis toimus Stockholmis esimene rahvusvaheline biofüüsika kongress. Teine kongress peeti 1965. aastal Pariisis, kolmas 1969. aastal Bostonis, neljas 1972. aastal Moskvas.

Biofüüsikas eristatakse selgelt kahte erineva sisuga valdkonda – molekulaarbiofüüsika ja raku biofüüsika. See eristus saab ka organisatsioonilise väljenduse: luuakse nende kahe biofüüsika valdkonna eraldi osakonnad. Moskva ülikoolis loodi 1953. aastal esimene biofüüsika osakond bioloogia- ja mullateaduskonnas ning veidi hiljem tekkis füüsikateaduskonna juurde biofüüsika osakond. Samal põhimõttel korraldati osakonnad ka paljudes teistes ülikoolides.

Molekulaarbiofüüsika

Viimastel aastatel on seos molekulaarbiofüüsika ja molekulaarbioloogia vahel muutunud järjest tugevamaks ning nüüd võib mõnikord olla raske kindlaks teha, kus nendevaheline piir kulgeb. Üldises rünnakus päriliku teabe probleemile on selline biofüüsika ja molekulaarbioloogia koostöö vältimatu.

Uurimistöö põhisuunaks on nukleiinhapete – DNA ja RNA füüsika uurimine. Ülaltoodud meetodite kasutamine ja eelkõige röntgendifraktsioonianalüüs aitasid kaasa nukleiinhapete molekulaarstruktuuri dešifreerimisele. Praegu on käimas intensiivsed uuringud nende hapete käitumise uurimiseks lahustes. Erilist tähelepanu pööratakse heeliksi-spiraali konformatsioonilistele üleminekutele, mida uuritakse viskoossuse, optiliste ja elektriliste parameetrite muutuste järgi. Seoses mutageneesi mehhanismide uurimisega arendatakse uurimistööd, mis uurivad ioniseeriva kiirguse mõju nukleiinhapete käitumisele lahustes, samuti kiirguse mõju viiruste ja faagide nukleiinhapetele. Ultraviolettkiirguse mõju, mille mõned spektripiirkonnad on teadaolevalt hästi neelduvad nukleiinhapete poolt, analüüsiti põhjalikult. Seda tüüpi uuringutes on suur osakaal nukleiinhapete ja valkude aktiivsete radikaalide tuvastamisel elektronide paramagnetilise resonantsi abil. Selle meetodi kasutamine on seotud terve iseseisva suuna tekkimisega.

DNA ja RNA teabe kodeerimise ja selle edastamise probleem valgusünteesi käigus on molekulaarbiofüüsikale pikka aega huvi pakkunud ning füüsikud on selles küsimuses korduvalt väljendanud teatud kaalutlusi (E. Schrödinger, G. Gamow). Geneetilise koodi dešifreerimine on kaasa toonud arvukalt teoreetilisi ja eksperimentaalseid uuringuid DNA spiraali ehituse, selle niitide libisemise ja keerdumise mehhanismi ning nende protsessidega seotud füüsiliste jõudude uurimise kohta.

Molekulaarbiofüüsika pakub molekulaarbioloogiale olulist abi valgusmolekulide struktuuri uurimisel röntgendifraktsioonianalüüsi abil, mida esmakordselt kasutas 1930. aastal J. Bernal. Füüsikaliste meetodite ja biokeemiliste (ensümaatiliste meetodite) kasutamise tulemusena selgus mitmete valkude molekulaarne konformatsioon ja aminohapete järjestus.

Kaasaegsed elektronmikroskoopia uuringud, mis on paljastanud keeruliste membraanisüsteemide olemasolu rakkudes ja selle organellides, on stimuleerinud katseid mõista nende molekulaarstruktuuri (vt peatükke 10 ja 11). Uuritakse membraanide intravitaalset keemilist koostist ja eelkõige nende lipiidide omadusi. Leiti, et viimased on võimelised peroksüdatsiooni- ja mitteensümaatiliseks aheloksüdatsioonireaktsiooniks (Yu. A. Vladimirov ja F. F. Litvin, 1959; B. N. Tarusov et al., 1960; I. I. Ivanov, 1967), mis põhjustab membraani funktsioonide häireid. Membraanide koostise uurimiseks kasutati ka matemaatilise modelleerimise meetodeid (V. Ts. Presman, 1964 - 1968; M. M. Shemyakin, 1967; Yu. A. Ovchinnikov, 1972).

Raku biofüüsika

Märkimisväärne sündmus biofüüsika ajaloos oli 50ndatel selgete ideede kujunemine bioloogiliste protsesside termodünaamika kohta, mille tulemusena tekkisid eeldused iseseisva energia moodustumise võimaluse kohta elusrakkudes, mis on vastuolus termodünaamika teise seadusega, lõpuks kõrvaldati. Selle seaduse toimimise mõistmine bioloogilistes süsteemides on seotud Belgia teadlase I. Prigogine'i (1945) * juurutamisega bioloogilisse termodünaamikasse avatud süsteemide kontseptsiooni, mis vahetavad energiat ja ainet väliskeskkonnaga. Prigogine näitas, et elusrakkudes tekib tööprotsesside käigus positiivne entroopia vastavalt termodünaamika teisele seadusele. Tema toodud võrrandid määrasid kindlaks tingimused, mille korral tekib nn statsionaarne olek (varem nimetati seda ka dünaamiliseks tasakaaluks), mille puhul toiduga rakkudesse sisenev vaba energia hulk (negentroopia) kompenseerib selle tarbimist ning positiivne entroopia on eemaldatud. See avastus tugevdas üldist bioloogilist ideed rakkude välis- ja sisekeskkonna lahutamatust seosest. See pani aluse elussüsteemide termodünaamika tegelikule uurimisele, sealhulgas modelleerimismeetodile (A. Burton, 1939; A. G. Pasynsky, 1967).

* (Avatud süsteemide üldteooria esitas esmakordselt L. Bertalanffy 1932. aastal.)

Biotermodünaamika põhiprintsiibi kohaselt on elu olemasolu vajalik tingimus selle biokeemiliste protsesside arengu statsionaarsus, mille elluviimine eeldab arvukate metaboolsete reaktsioonide kiiruste koordineerimist. Uuele biofüüsikalisele termodünaamikale tuginedes on tekkinud suund, mis tuvastab välised ja sisemised tegurid, mis tagavad selle reaktsioonide koordineerimise ja muudavad selle stabiilseks. Viimase kahe aastakümne jooksul on ilmnenud suur roll inhibiitorite ja eriti antioksüdantide süsteemi statsionaarse seisundi säilitamisel (B.N. Tarusov ja A.I. Zhuravlev, 1954, 1958). On kindlaks tehtud, et statsionaarse arengu usaldusväärsus on seotud keskkonnateguritega (temperatuur) ja rakukeskkonna füüsikalis-keemiliste omadustega.

Kaasaegsed biotermodünaamika põhimõtted on võimaldanud anda kohanemismehhanismi füüsikalise ja keemilise tõlgenduse. Meie andmetel saab keskkonnatingimustega kohanemine toimuda ainult siis, kui nende muutumisel suudab organism kehtestada biokeemiliste reaktsioonide arengus statsionaarsuse (B. N. Tarusov, 1974). Tekkis küsimus uute meetodite väljatöötamise kohta, mis võimaldaksid hinnata statsionaarset seisundit intravitaalselt ja ennustada selle võimalikke rikkumisi. Isereguleeruvate süsteemide küberneetiliste põhimõtete juurutamine biotermodünaamikasse ja bioloogilise kohanemisprotsesside uurimine tõotab suurt kasu. Selgus, et püsiseisundi stabiilsuse küsimuse lahendamiseks on oluline arvestada nn häirivate teguritega, mille hulka kuuluvad eelkõige lipiidide oksüdatsiooni mitteensümaatilised reaktsioonid. Viimasel ajal on üha laienenud uurimused elusrakkude lipiidifaasides toimuvate peroksüdatsiooniprotsesside ja membraanide regulatoorseid funktsioone häirivate aktiivsete radikaalsete saaduste kasvu kohta. Nende protsesside teabeallikaks on aktiivsete peroksiidradikaalide ja biolipiidide peroksiidühendite tuvastamine (A. Tappel, 1965; I. I. Ivanov, 1965; E. B. Burlakova, 1967 jt). Radikaalide tuvastamiseks kasutatakse biokemoluminestsentsi, mis esineb elusrakkude lipiidides nende rekombinatsiooni käigus.

Statsionaarse oleku stabiilsuse füüsikalis-keemiliste ideede põhjal tekkisid biofüüsikalised ideed taimede kohanemise kohta keskkonnatingimuste muutustega kui inhibeerivate antioksüdantide süsteemide rikkumisega (B. N. Tarusov, Ya. E. Doskoch, B. M. Kitlaev, A. M. Agaverdiev, 1968 - 1972). See avas võimaluse hinnata selliseid omadusi nagu külmakindlus ja soolataluvus ning teha asjakohaseid prognoose põllumajandustaimede aretamisel.

50ndatel avastati ülinõrk kuma - mitmete bioloogiliste objektide biokemoluminestsents spektri nähtavas ja infrapunases osas (B. N. Tarusov, A. I. Žuravlev, A. I. Polivoda). See sai võimalikuks tänu ülinõrkade valgusvoogude salvestamise meetodite väljatöötamisele fotokordistite abil (L. A. Kubetsky, 1934). Kuna biokeemiline luminestsents on elusrakus toimuvate biokeemiliste reaktsioonide tulemus, võimaldab see hinnata olulisi oksüdatiivseid protsesse ensüümidevahelistes elektronide ülekandeahelates. Biokemoluminestsentsi avastamine ja uurimine on suure teoreetilise ja praktilise tähtsusega. Seega märgivad B. N. Tarusov ja Yu B. Kudryashov küllastumata rasvhapete oksüdatsiooniproduktide suurt rolli ioniseeriva kiirguse mõjul tekkivate patoloogiliste seisundite mehhanismis, kantserogeneesi ja muude normaalsete rakufunktsioonide häirete korral.

50ndatel tekkis seoses tuumafüüsika kiire arenguga biofüüsikast ioniseeriva kiirguse bioloogilisi mõjusid uuriv radiobioloogia. Kunstlike radioaktiivsete isotoopide tootmine, termotuumarelvade, tuumareaktorite loomine ja aatomienergia muude praktiliste kasutusviiside arendamine tõstatas terava probleemi organismide kaitsmisel ioniseeriva kiirguse kahjulike mõjude eest, arendades teoreetilised alused ennetamiseks ja kiiritushaiguse ravi. Selleks oli vaja ennekõike välja selgitada, millised rakukomponendid ja metaboolsed sidemed on kõige haavatavamad.

Biofüüsika ja radiobioloogia uurimisobjektiks oli selgitada elussubstraatides kiirgusenergia mõjul toimuvate esmaste keemiliste reaktsioonide olemust. Siin oli oluline mitte ainult mõista selle nähtuse mehhanisme, vaid ka mõjutada füüsilise energia keemiliseks energiaks vahetamise protsessi ja vähendada selle "kasuliku" toime koefitsienti. Sellesuunalise töö algatasid N. N. Semenovi (1933) koolkonna uurimused NSV Liidus ja D. Hinshelwoodi (1935) Inglismaal.

Radiobioloogilistes uuringutes on suure koha hõivanud erinevate organismide kiirguskindluse astme uurimine. Leiti, et suurenenud radioresistentsus (näiteks kõrbenärilistel) on tingitud rakumembraani lipiidide kõrgest antioksüdantsest aktiivsusest (M. Chang et al., 1964; N. K. Ogryzov et al., 1969). Selgus, et nende süsteemide antioksüdantsete omaduste kujunemisel mängivad olulist rolli tokoferoolid, K-vitamiin ja tioühendid (I. I. Ivanov et al., 1972). Viimastel aastatel on palju tähelepanu pälvinud ka mutageneesi mehhanismide uurimine. Selleks uuritakse ioniseeriva kiirguse mõju nukleiinhapete ja valkude käitumisele in vitro, aga ka viirustes ja faagides (A. Gustafson, 1945 - 1950).

Võitlus keemilise kaitse efektiivsuse edasise suurendamise nimel, tõhusamate inhibiitorite otsimine ja inhibeerimise põhimõtted jäävad biofüüsika põhiülesanneteks selles suunas.

Biopolümeeride ergastatud olekute uurimine, mis määravad nende kõrge keemilise aktiivsuse, on edenenud. Kõige edukamad uuringud on läbi viidud ergastatud olekute kohta, mis tekivad fotobioloogiliste protsesside algfaasis - fotosüntees ja nägemine.

Seega on taimede pigmendisüsteemide molekulide esmase aktiveerimise mõistmisse antud kindel panus. On kindlaks tehtud ergastatud olekute energia ülekande (migratsiooni) suur tähtsus aktiveeritud pigmentidelt teistele substraatidele ilma kadudeta. Nende ideede väljatöötamisel mängisid suurt rolli A. N. Terenini (1947 ja hiljem) teoreetilised tööd. A. A. Krasnovsky (1949) avastas ja uuris klorofülli ja selle analoogide pöörduva fotokeemilise redutseerimise reaktsiooni. Praegu on levinud arvamus, et lähitulevikus on võimalik fotosünteesi taastoota tehistingimustes (vt ka 5. peatükk).

Biofüüsikud jätkavad tööd, et paljastada lihaste kokkutõmbumise olemus ning närvide ergutamise ja juhtivuse mehhanismid (vt 11. peatükk). Praeguse tähtsuse on omandanud ka ergastatud olekust normaalolekusse ülemineku mehhanismide uurimine. Ergastatud olekut peetakse nüüd autokatalüütilise reaktsiooni tulemuseks ja inhibeerimist inhibeeriva antioksüdantse aktiivsuse järsu mobiliseerimise tagajärjel, mis on tingitud molekulaarsetest ümberkorraldustest sellistes ühendites nagu tokoferool (I. I. Ivanov, O. R. Kols, 1966; O. R. Kols, 1970).

Biofüüsika kõige olulisem üldprobleem jääb elusaine kvalitatiivsete füüsikaliste ja keemiliste omaduste tundmine. Selliseid omadusi nagu elusate biopolümeeride võime kaaliumi selektiivselt siduda või elektrivoolu polariseerida ei saa säilitada isegi kõige hoolikama kehast eemaldamise korral. Seetõttu jätkab raku biofüüsika intensiivselt elusaine intravitaalse uurimise kriteeriumide ja meetodite arendamist.

Vaatamata molekulaarbioloogia noorusele on selles valdkonnas saavutatud edu tõeliselt vapustav. Suhteliselt lühikese aja jooksul pandi paika geeni olemus ning selle organiseerimise, paljunemise ja toimimise aluspõhimõtted. Pealegi ei ole läbi viidud mitte ainult geenide paljundamine in vitro, vaid ka geeni enda täielik süntees on esmakordselt lõpetatud. Geneetiline kood on täielikult dešifreeritud ja kõige olulisem bioloogiline probleem valkude biosünteesi spetsiifilisusest on lahendatud. On kindlaks tehtud ja uuritud rakus valkude moodustumise peamised teed ja mehhanismid. Paljude transport-RNA-de – spetsiifiliste adaptermolekulide – primaarstruktuur, mis tõlgivad nukleiinmaatriksite keele sünteesitud valgu aminohappejärjestuse keelde – on täielikult kindlaks määratud. Paljude valkude aminohappejärjestus on täielikult dešifreeritud ja osade ruumiline struktuur paika pandud. See võimaldas selgitada ensüümi molekulide toimimise põhimõtet ja üksikasju. Ühe ensüümi, ribonukleaasi, keemiline süntees on läbi viidud. On välja töötatud erinevate subtsellulaarsete osakeste, paljude viiruste ja faagide organiseerimise põhiprintsiibid ning lahti harutatud nende peamised biogeneesi rajad rakus. Ilmunud on lähenemisviisid geenide aktiivsuse reguleerimise viiside mõistmiseks ja elu reguleerivate mehhanismide selgitamiseks. Juba nende avastuste lihtne loetelu viitab sellele, et 20. sajandi teisel poolel. iseloomustas tohutu edasiminek bioloogias, mis tuleneb eelkõige bioloogiliselt oluliste makromolekulide – nukleiinhapete ja valkude – struktuuri ja funktsioonide süvauuringust.

Molekulaarbioloogia saavutusi kasutatakse juba praktikas ning need toovad käegakatsutavaid tulemusi meditsiinis, põllumajanduses ja mõnes tööstuses. Pole kahtlust, et selle teaduse mõju suureneb iga päevaga. Peamiseks tulemuseks tuleks siiski pidada seda, et molekulaarbioloogia õnnestumiste mõjul on tugevnenud kindlus piiramatute võimaluste olemasolu teel elu kõige intiimsemate saladuste paljastamiseni.

Tulevikus avanevad ilmselt uued võimalused aine liikumise bioloogilise vormi uurimiseks – molekulaarselt tasandilt liigub bioloogia aatomitasandile. Nüüd pole aga ehk ainsatki teadlast, kes suudaks reaalselt ennustada molekulaarbioloogia arengut isegi järgmiseks 20 aastaks.

Aadressil now.nsexy.ru/ saate veeta unustamatu aja.