Войти на сайт
Войти на сайт
Закрыть

Календарь мероприятий

< ноябрь 2016 >
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
             
             
             
             
             
             
 
    

Меню

   

Деятельность Ассоциации

раздел глааного внештатного специалиста

клинические рекомендации


Партнеры


 
hem

hem

   

Молекулярно-биологические и генетические исследования

Председатель - Шипулин Герман Александрович.

Молекулярно-биологические и генетические исследования 23.11.2014 Молекулярная биология 
наукаставящая своей задачей познание природы явлений жизнедеятельности путём изучения биологических объектов и систем на уровнеприближающемся к молекулярномуа в ряде случаев и достигающем этого пределаКонечной целью при этом является выяснение тогокаким образом и в какой мере характерные проявления жизнитакиекак наследственностьвоспроизведение себе подобного,биосинтез белковвозбудимостьрост и развитиехранение и передача информациипревращения энергии,подвижность и тд., обусловлены структуройсвойствами и взаимодействием молекул биологически важных веществв первую очередь двух главных классов высокомолекулярных биополимеров (СмБиополимеры) —белков и нуклеиновых кислотОтличительная черта Мб. — изучение явлений жизни на неживых объектах или такихкоторым присущи самые примитивные проявления жизниТаковыми являются биологические образования от клеточного уровня и ниже: субклеточные органеллытакиекак изолированные клеточные ядрамитохондриирибосомыхромосомыклеточные мембраныдалее — системыстоящие на границе живой и неживой природы, — вирусыв том числе и бактериофагии кончая молекулами важнейших компонентов живой материи — нуклеиновых кислот (СмНуклеиновые кислотыи белков (СмБелки).
         Мб. — новая область естествознаниятесно связанная с давно сложившимися направлениями исследованийкоторые охватываются биохимией (СмБиохимия), биофизикой (СмБиофизикаибиоорганической химией (СмБиоорганическая химия). Разграничение здесь возможно лишь на основе учёта применяемых методов и по принципиальному характеру используемых подходов.
         Фундаментна котором развивалась Мб., закладывался такими наукамикак генетикабиохимия,физиология элементарных процессов и тдПо истокам своего развития Мбнеразрывно связана смолекулярной генетикой (СмМолекулярная генетика), которая продолжает составлять важную часть Мб.,хотя и сформировалась уже в значительной мере в самостоятельную дисциплинуВычленение Мбизбиохимии продиктовано следующими соображениямиЗадачи биохимии в основном ограничиваются констатацией участия тех или иных химических веществ при определённых биологических функциях и процессах и выяснением характера их превращенийведущее значение принадлежит сведениям о реакционной способности и об основных чертах химического строениявыражаемого обычной химической формулойТо., по существувнимание сосредоточено на превращенияхзатрагивающих главновалентные химические связиМежду темкак было подчёркнуто ЛПолингом, в биологических системах и проявлениях жизнедеятельности основное значение должно быть отведено не главновалентным связямдействующим в пределах одной молекулыа разнообразным типам связейобусловливающих межмолекулярные взаимодействия (электростатическимван-дер-ваальсовымводородным связям и др.).
         Конечный результат биохимического исследования может быть представлен в виде той или иной системы химических уравненийобычно полностью исчерпываемой их изображением на плоскоститев двух измеренияхОтличительной чертой Мбявляется её трехмерностьСущность Мбусматривается М.Перуцем в томчтобы истолковать биологические функции в понятиях молекулярной структурыМожно сказатьчто если прежде при изучении биологических объектов необходимо было ответить на вопрос «что»,текакие вещества присутствуюти на вопрос «где» — в каких тканях и органахто Мбставит своей задачей получить ответы на вопрос «как», познав сущность роли и участия всей структуры молекулыи на вопросы «почему» и «зачем», выяснивс одной сторонысвязи между свойствами молекулы (опять-таки в первую очередь белков и нуклеиновых кислоти осуществляемыми ею функциями ис другой стороныроль таких отдельных функций в общем комплексе проявлений жизнедеятельности.
         Решающую роль приобретают взаимное расположение атомов и их группировок в общей структуре макромолекулыих пространственные взаимоотношенияЭто касается как отдельныхиндивидуальных,компонентовтак и общей конфигурации молекулы в целомИменно в результате возникновения строго детерминированной объёмной структуры молекулы биополимеров приобретают те свойствав силу которых они оказываются способными служить материальной основой биологических функцийТакой принцип подхода к изучению живого составляет наиболее характернуютипическую черту Мб.
         Историческая справка. Огромное значение исследований биологических проблем на молекулярному ровне предвидел ИППавлов, говоривший о последней ступени в науке о жизни — физиологии живой молекулыСамый термин «Мб.» был впервые употреблен англучёным УАстбери в приложении к исследованиямкасавшимся выяснения зависимостей между молекулярной структурой и физическими и биологическими свойствами фибриллярных (волокнистыхбелковтакихкак коллагенфибрин крови или сократительные белки мышцШироко применять термин «Мб.» стали с начала 50-х гг20 в.
         Возникновение Мбкак сформировавшейся науки принято относить к 1953когда ДжУотсоном и Ф.Криком в Кембридже (Великобританиябыла раскрыта трёхмерная структура дезоксирибонуклеиновой кислоты (СмДезоксирибонуклеиновая кислота) (ДНК). Это позволило говорить о томкаким образом детали данной структуры определяют биологические функции ДНК в качестве материального носителя наследственной информацииВ принципеоб этой роли ДНК стало известно несколько раньше (1944в результате работ американского генетика ОТЭйвери с сотрудниками (смМолекулярная генетика), но не было известнов какой мере данная функция зависит от молекулярного строения ДНКЭто стало возможным лишь после тогокак в лабораториях УЛБрэгга (СмБрэгга - Вульфа условие), ДжБернала идрбыли разработаны новые принципы рентгеноструктурного анализаобеспечившие применение этого метода для детального познания пространственного строения макромолекул белков и нуклеиновых кислот.
         Уровни молекулярной организации. В 1957 ДжКендрю установил трёхмерную структуру Миоглобина, а в последующие годы это было сделано МПеруцем в отношении ГемоглобинаБыли сформулированы представления о различных уровнях пространственной организации макромолекул.Первичная структура — это последовательность отдельных звеньев (мономеровв цепи образующейся молекулы полимераДля белков мономерами являются Аминокислоты, для нуклеиновых кислот —НуклеотидыЛинейнаянитевидная молекула биополимера в результате возникновения водородных связей обладает способностью определённым образом укладываться в пространственапример в случае белков,как показал ЛПолингприобретать форму спиралиЭто обозначается как вторичная структураО третичной структуре говоряткогда молекулаобладающая вторичной структуройскладывается далее тем или иным образомзаполняя трёхмерное пространствоНаконецмолекулыобладающие трёхмерной структурой,могут вступать во взаимодействиезакономерно располагаясь в пространстве относительно друг друга и образуя точто обозначается как четвертичная структураеё отдельные компоненты обычно называемые субъединицами.
         Наиболее наглядным примером тогокак молекулярная трёхмерная структура определяет биологические функции молекулыслужит ДНКОна обладает строением двойной спирали: две нити,идущие во взаимно противоположном направлении (антипараллельно), закручены одна вокруг другой,образуя двойную спираль со взаимно комплементарным расположением основанийтетакчто против определённого основания одной цепи всегда в другой цепи стоит такое основаниекоторое наилучшим образом обеспечивает образование водородных связей: аденин (Аобразует пару с тимином (Т), гуанин (Г) — с цитозином (Ц). Такая структура создаёт оптимальные условия для важнейших биологических функций ДНК: количественного умножения наследственной информации в процессе клеточного деления при сохранении качественной неизменности этого потока генетической информацииПри делении клетки нити двойной спирали ДНКслужащей в качестве матрицыили шаблонарасплетаются и на каждой из них под действием ферментов синтезируется комплементарная новая нитьВ результате этого из одной материнской молекулы ДНК получаются две совершенно тождественные ей дочерние молекулы (смКлетка,Митоз).
         Так же и в случае гемоглобина оказалосьчто его биологическая функция — способность обратимо присоединять кислород в лёгких и затем отдавать его тканям — теснейшим образом связана с особенностями трёхмерной структуры гемоглобина и её изменениями в процессе осуществления свойственной ему физиологической ролиПри связывании и диссоциации O2 происходят пространственные изменения конформации молекулы гемоглобинаведущие к изменению сродства содержащихся в нём атомов железа к кислородуИзменения размеров молекулы гемоглобинанапоминающие изменения объёма грудной клетки при дыханиипозволили назвать гемоглобин «молекулярными лёгкими».
         Одна из важнейших черт живых объектов — их способность тонко регулировать все проявления жизнедеятельностиКрупным вкладом Мбв научные открытия следует считать раскрытие новогоранее не известного регуляторного механизмаобозначаемого как аллостерический эффектОн заключается в способности веществ низкой молекулярной массы — тнлигандов — видоизменять специфические биологические функции макромолекулв первую очередь каталитически действующих белков — ферментов,гемоглобинарецепторных белковучаствующих в построении биологических мембран (СмБиологическиемембраны), в синаптической передаче (смСинапсыи тд.
         Три биотических потокаВ свете представлений Мбсовокупность явлений жизни можно рассматривать как результат сочетания трёх потоков: потока материинаходящего своё выражение в явлениях обмена веществтеассимиляции и диссимиляциипотока энергииявляющейся движущей силой для всех проявлений жизнедеятельностии потока информациипронизывающего собой не только всё многообразие процессов развития и существования каждого организмано и непрерывную череду сменяющих друг друга поколенийИменно представление о потоке информациивнесённое в учение о живом мире развитием Мб., накладывает на неё свой специфическийуникальный отпечаток.
         Важнейшие достижения молекулярной биологии. Стремительностьразмах и глубину влияния М.бна успехи в познании коренных проблем изучения живой природы справедливо сравниваютнапримерс влиянием квантовой теории на развитие атомной физикиДва внутренне связанных условия определили это революционизирующее воздействиеС одной сторонырешающую роль сыграло обнаружение возможности изучения важнейших проявлений жизнедеятельности в простейших условияхприближающихся к типу химических и физических экспериментовС другой стороныкак следствие указанного обстоятельства,имело место быстрое включение значительного числа представителей точных наук — физиковхимиков,кристаллографова затем и математиков — в разработку биологических проблемВ своей совокупности эти обстоятельства и обусловили необычайно быстрый темп развития Мб., число и значимость её успехов,достигнутых всего за два десятилетияВот далеко не полный перечень этих достижений: раскрытие структуры и механизма биологической функции ДНКвсех типов РНК и рибосом (СмРибосомы), раскрытие генетического кода (СмКод генетический); открытие обратной транскрипции (СмТранскрипция), тесинтеза ДНК на матрице РНКизучение механизмов функционирования дыхательных пигментовоткрытие трёхмерной структуры и её функциональной роли в действии ферментов (СмФерменты), принцип аматричного синтеза и механизмов биосинтеза белковраскрытие структуры вирусов (СмВирусыи механизмов их репликациипервичной ичастичнопространственной структуры антителизолирование индивидуальных Генов, химическийа затем биологический (ферментативныйсинтез генав том числе человеческоговне клетки (in vitro); перенос генов из одного организма в другойв том числе в клетки человекастремительно идущая расшифровка химической структуры возрастающего числа индивидуальных белковглавным образом ферментова также нуклеиновых кислотобнаружение явлений «самосборки»некоторых биологических объектов всё возрастающей сложностиначиная от молекул нуклеиновых кислот ипереходя к многокомпонентным ферментамвирусамрибосомам и тд.; выяснение аллостерических и других основных принципов регулирования биологических функций и процессов.
         Редукционизм и интеграция. Мбявляется завершающим этапом того направления в изучении живых объектовкоторое обозначается как «редукционизм», тестремление свести сложные жизненные функции к явлениямпротекающим на уровне молекул и потому доступным изучению методами физики и химииДостигнутые Мбуспехи свидетельствуют об эффективности такого подходаВместе с тем необходимо учитыватьчто в естественных условиях в клеткетканиоргане и целом организме мы имеем дело с системами возрастающей степени усложнённостиТакие системы образуются из компонентов более низкого уровня путём их закономерной интеграции в целостностиприобретающие структурную и функциональную организацию и обладающие новыми свойствамиПоэтому по мере детализации познаний о закономерностяхдоступных раскрытию на молекулярном и примыкающих уровняхперед Мбвстают задачи познания механизмов интеграции как линии дальнейшего развития в изучении явлений жизни.Отправной точкой здесь служит исследование сил межмолекулярных взаимодействий — водородных связей,ван-дерваальсовыхэлектростатических сил и тдСвоей совокупностью и пространственным расположением они образуют точто может быть обозначено как «интегративная информация». Её следует рассматривать как одну из главных частей уже упоминавшегося потока информацииВ области Мб.примерами интеграции могут служить явления самосборки сложных образований из смеси их составных частейСюда относятсянапримеробразование многокомпонентных белков из их субъединицобразование вирусов из их составных частей — белков и нуклеиновой кислотывосстановление исходной структуры рибосом после разделения их белковых и нуклеиновых компонентов и тдИзучение этих явлений непосредственно связано с познанием основных феноменов «узнавания» молекул биополимеровРечь идёт о томчтобы выяснитькакие сочетания аминокислот — в молекулах белков или нуклеотидов — в нуклеиновых кислотах взаимодействуют между собой при процессах ассоциации индивидуальных молекул с образованием комплексов строго специфичногонаперёд заданного состава и строенияСюда относятся процессы образования сложных белков из их субъединицдалееизбирательное взаимовоздействие между молекулами нуклеиновых кислотнапример транспортными и матричными (в этом случае существенно расширило наши сведения раскрытие генетического кода); наконецэто образование многих типов структур(напримеррибосомвирусовхромосом), в которых участвуют и белкии нуклеиновые кислотыРаскрытие соответствующих закономерностейпознание «языка», лежащего в основе указанных взаимодействий,составляет одну из важнейших областей Мб., ещё ожидающую своей разработкиЭту область рассматривают как принадлежащую к числу фундаментальных проблем для всей биосферы.
         Задачи молекулярной биологии. Наряду с указанными важными задачами Мб. (познанием закономерностей «узнавания», самосборки и интеграцииактуальным направлением научного поиска ближайшего будущего является разработка методовпозволяющих расшифровывать структуруа затем и трёхмернуюпространственную организацию высокомолекулярных нуклеиновых кислотВ данное время это достигнуто в отношении общего плана трёхмерной структуры ДНК (двойной спирали), но без точного знания её первичной структурыБыстрые успехи в разработке аналитических методов позволяют с уверенностью ждать достижения указанных целей на протяжении ближайших летЗдесьразумеетсяглавные вклады идут от представителей смежных наукв первую очередь физики и химииВсе важнейшие методыиспользование которых обеспечило возникновение и успехи Мб., были предложены и разработаны физиками(ультрацентрифугированиерентгеноструктурный анализэлектронная микроскопияядерный магнитный резонанс и др.). Почти все новые физические экспериментальные подходы (напримериспользование ЭВМ,синхротронногоили тормозногоизлучениялазерной техники и др.) открывают новые возможности дляуглублённого изучения проблем МбВ числе важнейших задач практического характераответ на которые ожидается от Мб., на первом месте стоит проблема молекулярных основ злокачественного ростадалее —пути предупрежденияа быть можети преодоления наследственных заболеваний — «молекулярных болезней» (СмМолекулярные болезни). Большое значение будет иметь выяснение молекулярных основбиологического катализатедействия ферментовК числу важнейших современных направлений Мб.следует отнести стремление расшифровать молекулярные механизмы действия гормонов (СмГормоны),токсических и лекарственных вещества также выяснить детали молекулярного строения ифункционирования таких клеточных структуркак биологические мембраныучаствующие в регуляциипроцессов проникновения и транспорта веществБолее отдалённые цели Мб. — познание природынервных процессовмеханизмов памяти (СмПамятьи тдОдин из важных формирующихся разделов Мб. — тнгенная инженерияставящая своей задачей целенаправленное оперирование генетическимаппаратом (Геномомживых организмовначиная с микробов и низших (одноклеточныхи кончая человеком(в последнем случае прежде всего в целях радикального лечения наследственных заболеваний (См.Наследственные заболеванияи исправления генетических дефектов). О более обширных вмешательствах вгенетическую основу человека речь может идти лишь в более или менее отдалённом будущемткприэтом возникают серьёзные препятствия как техническоготак и принципиального характераВ отношениимикробоврастенийа возможнои с.-хживотных такие перспективы весьма обнадёживающи (например,получение сортов культурных растенийобладающих аппаратом фиксации азота из воздуха и ненуждающихся в удобрениях). Они основаны на уже достигнутых успехах: изолирование и синтез генов,перенос генов из одного организма в другойприменение массовых культур клеток в качестве продуцентовхозяйственных или медицинских важных веществ.
         Организация исследований по молекулярной биологии. Быстрое развитие Мбповлекло за собойвозникновение большого числа специализированных научно-исследовательских центровКоличество ихбыстро возрастаетНаиболее крупные: в Великобритании — Лаборатория молекулярной биологии вКембриджеКоролевский институт в Лондонево Франции — институты молекулярной биологии в Париже,МарселеСтрасбуреПастеровский институтв США — отделы Мбв университетах и институтах в Бостоне(Гарвардский университетМассачусетсский технологический институт), Сан-Франциско (Беркли), Лос-Анджелесе (Калифорнийский технологический институт), Нью-Йорке (Рокфеллеровский университет),институты здравоохранения в Бетесде и др.; в ФРГ — институты Макса Планкауниверситеты в Гёттингене иМюнхенев Швеции — Каролинский институт в Стокгольмев ГДР — Центральный институт молекулярнойбиологии в Берлинеинституты в Йене и Галлев Венгрии — Биологический центр в СегедеВ СССР первыйспециализированный институт Мббыл создан в Москве в 1957 в системе АН СССР (см. Молекулярнойбиологии институт); затем были образованы: институт биоорганической химии АН СССР в Москвеинститутбелка в ПущинеБиологический отдел в институте атомной энергии (Москва), отделы Мбв институтахСибирского отделения АН в НовосибирскеМежфакультетская лаборатория биоорганической химии МГУ,сектор (затем институтмолекулярной биологии и генетики АН УССР в Киевезначительная работа по Мб.ведётся в институте высокомолекулярных соединений в Ленинградев ряде отделов и лабораторий АНСССР и других ведомств.
         Наряду с отдельными научно-исследовательскими центрами возникли организации более широкогомасштабаВ Западной Европе возникла Европейская организация по Мб. (ЕМБО), в которой участвуетсвыше 10 странВ СССР при институте молекулярной биологии в 1966 создан научный совет по Мб.,являющийся координирующим и организующим центром в этой области знанийИм выпущена обширнаясерия монографий по важнейшим разделам Мб., регулярно организуются «зимние школы» по Мб.,проводятся конференции и симпозиумы по актуальным проблемам МбВ дальнейшем научные советы поМббыли созданы при АМН СССР и многих республиканских Академиях наукС 1966 выходит журнал«Молекулярная биология» (6 выпусков в год).
         За сравнительно короткий срок в СССР вырос значительный отряд исследователей в области Мб.; этоучёные старшего поколениячастично переключившие свои интересы из дробластейв главной же своеймассе это многочисленные молодые исследователиИз числа ведущих учёныхпринявших деятельноеучастие в становлении и развитии Мбв СССРможно назвать такихкак ААБаевАНБелозерскийАЕ.БраунштейнЮАОвчинниковАССпиринММШемякинВАЭнгельгардтНовым достижениям Мбимолекулярной генетики будет способствовать постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР (май1974) «О мерах по ускорению развития молекулярной биологии и молекулярной генетики и использованиюих достижений в народном хозяйстве».
        
         Лит.: Вагнер Р., Митчелл Г., Генетика и обмен веществперс англ., М., 1958Сент-Дьердь и А.,Биоэнергетикаперс англ., М., 1960Анфинсен К., Молекулярные основы эволюцииперс англ., М., 1962;Стэнли У., Вэленс Э., Вирусы и природа жизниперс англ., М., 1963Молекулярная генетикаперсангл., ч.1М., 1964Волькенштейн МВ., Молекулы и жизньВведение в молекулярную биофизикуМ., 1965;Гауровиц Ф., Химия и функции белковперс англ., М., 1965Бреслер СЕ., Введение в молекулярнуюбиологию3 изд., М. — Л., 1973Ингрэм В., Биосинтез макромолекулперс англ., М., 1966Энгельгардт В.А., Молекулярная биологияв кн.: Развитие биологии в СССРМ., 1967Введение в молекулярную биологию,перс англ., М., 1967Уотсон Дж., Молекулярная биология генаперс англ., М., 1967Финеан Дж.,Биологические ультраструктурыперс англ., М., 1970Бендолл Дж., Мышцымолекулы и движениеперсангл., М., 1970Ичас М., Биологический кодперс англ., М., 1971Молекулярная биология вирусовМ., 1971;Молекулярные основы биосинтеза белковМ., 1971Бернхард С., Структура и функция ферментовперсангл., М., 1971Спирин АС., Гаврилова ЛП., Рибосома2 изд., М., 1971Френкель-Конрат Х., Химия ибиология вирусовперс англ., М., 1972Смит К., Хэнеуолт Ф., Молекулярная фотобиологияПроцессыинактивации и восстановленияперс англ., М., 1972Харрис Г., Основы биохимической генетики человека,перс англ., М., 1973.
         ВАЭнгельгардт.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия19691978.

См. также в других словарях:

  • МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ — изучает осн. свойства и проявления жизни на молекулярном уровне. Важнейшими направлениями в М. б. являются исследования структурно функциональной организации генетического аппарата клеток и механизма реализации наследственной информации… …   Биологический энциклопедический словарь

  • МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ — исследует основные свойства и проявления жизни на молекулярном уровне. Выясняет, каким образом и в какой мере рост и развитие организмов, хранение и передача наследственной информации, превращение энергии в живых клетках и др. явления обусловлены …   Большой Энциклопедический словарь

  • МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ — МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, исследует основные свойства и проявления жизни на молекулярном уровне. Выясняет, каким образом и в какой мере рост и развитие организмов, хранение и передача наследственной информации, превращение энергии в живых клетках и… …  Современная энциклопедия

  • МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ — МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, биологическое изучение строения и функционирования МОЛЕКУЛ, из которых состоят живые организмы. К основным сферам изучения относятся физические и химические свойства белков и НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ, таких как ДНК. см. также… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • молекулярная биология — раздел биол., который исследует основные свойства и проявления жизни на молекулярном уровне. Выясняет, каким образом и в какой мере рост и развитие организмов, хранение и передача наследственной информации, превращение энергии в живых клетках и… …   Словарь микробиологии

  • Молекулярная биология — У этого термина существуют и другие значения, см. Молекулярная биология (журнал). Молекулярная биология  комплекс биологических наук, изучающих механизмы хранения, передачи и реализации генетической информации, строение и функции… …   Википедия

  • МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ — изучает явления жизни на уровне макромолекул (гл. обр. белков и нуклеиновых к т) в бесклеточных структурах (рибосомы и др.), в вирусах, а также в клетках. Цель М. б. установление роли и механизма функционирования этих макромолекул на основе… …   Химическая энциклопедия

  • молекулярная биология — исследует основные свойства и проявления жизни на молекулярном уровне. Выясняет, каким образом и в какой мере рост и развитие организмов, хранение и передача наследственной информации, превращение энергии в живых клетках и другие явления… …   Энциклопедический словарь

  • молекулярная биология — molecular biology молекулярная биология. Hаука о свойствах и проявлениях жизни на молекулярном уровне; становление М.б. приурочено к 50 м гг. XX в.; основные направления М.б. молекулярная генетика, молекулярная вирусология (изучает молекулярные… …   Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

  • МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ — детальное изучение живых клеток и их составных частей (органелл), прослеживающее роль отдельных идентифицируемых соединений в функционировании этих структур. К сфере молекулярной биологии относится исследование всех связанных с жизнью процессов,… …  Энциклопедия Кольера


Возврат к списку