Pielietotā molekulārās bioloģijas vērtība. Molekulārā biologa profesija

31.2

Draugiem!

atsauce

Molekulārā bioloģija izauga no bioķīmijas 1953. gada aprīlī. Tās izskats ir saistīts ar James Watson un Francis Crick vārdiem, kuri atklāja DNS molekulas struktūru. Atklājums bija iespējams, pateicoties ģenētikas, baktēriju un vīrusu bioķīmijas izpētei. Molekulārā biologa profesija nav plaši izplatīta, taču šodien tās loma mūsdienu sabiedrībā ir ļoti liela. Liels skaits slimību, arī tās, kas izpaužas ģenētiskā līmenī, prasa zinātniekiem meklēt risinājumus šai problēmai.

Darbību apraksts

Vīrusi un baktērijas pastāvīgi mutē, kas nozīmē, ka medikamenti pārtrauc palīdzēt cilvēkam un slimības kļūst neatrisināmas. Uzdevums molekulārā bioloģija - nokļūt priekšā šim procesam un izstrādāt jaunu līdzekli pret slimībām. Zinātnieki strādā saskaņā ar vispāratzītu shēmu: bloķē slimības cēloni, novērš iedzimtības mehānismus un tādējādi atvieglo pacienta stāvokli. Pasaulē ir vairāki centri, klīnikas un slimnīcas, kur molekulārie biologi izstrādā jaunas ārstēšanas metodes, lai palīdzētu pacientiem.

Darba pienākumi

Molekulārā biologa pienākumos ietilpst pētīt procesus šūnā (piemēram, izmaiņas DNS audzēju attīstības laikā). Tāpat eksperti pēta DNS pazīmes, to ietekmi uz visu organismu un atsevišķu šūnu. Šādi pētījumi tiek veikti, piemēram, pamatojoties uz PCR (polimerāzes ķēdes reakcija), kas ļauj analizēt ķermeņa infekcijas, iedzimtas slimības un noteikt bioloģisko saistību.

Karjeras izaugsmes iezīmes

Molekulārā biologa profesija ir diezgan daudzsološa savā jomā un šodien apgalvo, ka ir pirmā nākotnes medicīnas profesiju reitingā. Starp citu, molekulārajam biologam nav jāuzturas šajā jomā visu laiku. Ja ir vēlme mainīt profesiju, viņš var pārkvalificēties par laboratorijas aprīkojuma pārdošanas vadītājiem, sākt izstrādāt ierīces dažādiem pētījumiem vai atvērt savu biznesu.

(Molekularbiologe / -biologin)

• Veids

  Profesija pēc absolvēšanas

• Alga

  3667-5623 € mēnesī

Molekulārie biologi pēta molekulāros procesus kā visu dzīves procesu pamatus. Balstoties uz iegūtajiem rezultātiem, viņi izstrādā koncepcijas bioķīmisko procesu izmantošanai, piemēram, medicīnas pētījumos un diagnostikā vai biotehnoloģijā. Turklāt viņi var būt iesaistīti farmaceitisko produktu ražošanā, produktu izstrādē, kvalitātes nodrošināšanā vai farmācijas konsultācijās.

Molekulārā biologa pienākumi

Molekulārie biologi var strādāt dažādās jomās. Piemēram, tie attiecas uz pētījumu rezultātu izmantošanu ražošanā tādās jomās kā gēnu inženierija, olbaltumvielu ķīmija vai farmakoloģija (zāļu atklāšana). Ķīmijas un farmācijas nozarēs tie atvieglo jaunu izstrādājumu ieviešanu no pētniecības līdz ražošanai, produktu mārketingam un lietotāju konsultācijām.

Zinātniskos pētījumos molekulārie biologi pēta organisko savienojumu ķīmiskās un fizikālās īpašības, kā arī ķīmiskos procesus (šūnu vielmaiņas jomā) dzīvajos organismos un publicē pētījumu rezultātus. Augstākos izglītības iestādes viņi māca studentus, gatavojas lekcijām un semināriem, pārskata rakstiskos darbus un kārto eksāmenus. Pats zinātniskā darbība iespējams tikai pēc maģistra grāda un zinātņu doktora saņemšanas.

Kur strādā molekulārie biologi

Molekulārie biologi atrod tādus darbus kā

• pētniecības iestādēs, piemēram, zinātnes un medicīnas jomā
• augstākajā izglītībā
• ķīmijas un farmācijas nozarē
• vides aizsardzības departamentos

Molekulārā biologa alga

Molekulāro biologu Vācijā saņemtā alga ir

• no 3667 € līdz 5623 € mēnesī

(pēc dažādu statistikas biroju un nodarbinātības dienestu datiem Vācijā)

Molekulārā biologa uzdevumi un pienākumi detalizēti

Kāda ir molekulārā biologa profesijas būtība

Molekulārie biologi pēta molekulāros procesus kā visu dzīves procesu pamatus. Balstoties uz iegūtajiem rezultātiem, viņi izstrādā koncepcijas bioķīmisko procesu izmantošanai, piemēram, medicīnas pētījumos un diagnostikā vai biotehnoloģijā. Turklāt viņi var būt iesaistīti farmaceitisko produktu ražošanā, produktu izstrādē, kvalitātes nodrošināšanā vai farmācijas konsultācijās.

Molekulārās bioloģijas aicinājums

Molekulārā bioloģija vai molekulārā ģenētika ir saistīta ar nukleīnskābju struktūras un biosintēzes izpēti un procesiem, kas saistīti ar šīs informācijas nodošanu un ieviešanu olbaltumvielu veidā. Tas ļauj saprast sāpīgās šo funkciju disfunkcijas un, iespējams, izārstēt tās ar gēnu terapiju. Ir saskarnes biotehnoloģijai un gēnu inženierijai, kurā tiek radīti vienkārši organismi, piemēram, baktērijas un raugs, lai farmakoloģiski vai komerciāli nozīmīgas vielas padarītu komerciāli pieejamas ar mērķtiecīgu mutāciju palīdzību.

Molekulārās bioloģijas teorija un prakse

Farmācijas un ķīmiskā rūpniecība molekulārbioloģistiem piedāvā daudzas nodarbinātības jomas. Rūpnieciskā vidē viņi analizē biotransformācijas procesus vai izstrādā un uzlabo aktīvo sastāvdaļu un farmaceitisko starpproduktu mikrobioloģiskās ražošanas procesus. Turklāt viņi ir iesaistīti jaunizveidoto produktu pārejā no pētniecības uz ražošanu. Veicot verifikācijas uzdevumus, viņi nodrošina, ka ražošanas iekārtas, aprīkojums, analītiskās metodes un visi jutīgu produktu, piemēram, farmaceitisko izstrādājumu, ražošanas posmi vienmēr atbilst noteiktajiem kvalitātes standartiem. Turklāt molekulārie biologi konsultē lietotājus par jaunu produktu lietošanu.

Vadošajiem amatiem bieži tiek prasīta maģistra programma.

Molekulārie biologi pētniecībā un izglītībā

Zinātnē un pētījumos molekulārie biologi nodarbojas ar tādām tēmām kā olbaltumvielu atpazīšana, transportēšana, locīšana un kodēšana šūnā. Pētījumu rezultāti, kas ir pamats praktisks pielietojums dažādās jomās, publicējiet tos un tādējādi dariet tos pieejamus citiem zinātniekiem un studentiem. Konferencēs un kongresos viņi apspriež un prezentē zinātniskās darbības rezultātus. Molekulārie biologi vada lekcijas un seminārus, pārrauga zinātniskais darbs un kārtot eksāmenus.

Patstāvīgai zinātniskai darbībai nepieciešami maģistra un doktora grādi.

Molekulārā bioloģija, zinātne, kas par savu uzdevumu izvirza zināšanas par vitālās aktivitātes parādību būtību, pētot bioloģiskos objektus un sistēmas līmenī, kas tuvojas molekulārajam līmenim, un dažos gadījumos pat sasniedz šo robežu. Galīgais mērķis šajā gadījumā ir noskaidrot, kā un cik lielā mērā dzīves raksturīgās izpausmes, piemēram, iedzimtība, sava veida atražošana, olbaltumvielu biosintēze, uzbudināmība, izaugsme un attīstība, informācijas uzglabāšana un pārraide, enerģijas pārveidošana, mobilitāte utt. , ir saistītas ar bioloģiski svarīgu vielu, galvenokārt divu lielu molekulmasu biopolimēru - olbaltumvielu un nukleīnskābju - molekulu struktūru, īpašībām un mijiedarbību. Atšķirīga iezīme M. b. - dzīvības parādību izpēte uz nedzīviem priekšmetiem vai tiem, kas raksturīgi primitīvākajām dzīves izpausmēm. Tie ir bioloģiski veidojumi no šūnu līmeņa un zemāk: apakššūnu organoīdi, piemēram, izolēti šūnu kodoli, mitohondriji, ribosomas, hromosomas, šūnu membrānas; tālāk - sistēmas, kas stāv uz dzīves robežas un nedzīvā daba, - vīrusi, ieskaitot bakteriofāgus, un beidzot ar dzīvās vielas vissvarīgāko komponentu molekulām - nukleīnskābēm un olbaltumvielām.

Pamatu, uz kura M. b. Attīstījās, lika tādas zinātnes kā ģenētika, bioķīmija, elementāru procesu fizioloģija utt. Saskaņā ar viņa attīstības izcelsmi M. b. nesaraujami saistīts ar molekulāro ģenētiku, kas joprojām ir nozīmīga

Atšķirīga iezīme M. dz. ir tā trīsdimensiju. M. būtība. M. Perucs to redz, interpretējot bioloģiskās funkcijas molekulārās struktūras ziņā. M. dz. mērķis ir iegūt atbildes uz jautājumu "kā", uzzinot visas molekulas struktūras lomas un līdzdalības būtību, un uz jautājumiem "kāpēc" un "kāpēc", no vienas puses, noskaidrojot saiknes starp molekulas īpašībām (atkal, galvenokārt, olbaltumvielām un nukleīnskābes) un tās veiktās funkcijas, un, no otras puses, šādu individuālo funkciju loma vispārējā vitālās aktivitātes izpausmju kompleksā.

Galvenie sasniegumi molekulārajā bioloģijā. Šeit ir tālu no pilnīga šo sasniegumu saraksta: DNS bioloģiskās funkcijas, visu RNS un ribosomu veidu struktūras un mehānisma atklāšana, ģenētiskā koda atklāšana; reversās transkripcijas atklāšana, t.i., DNS sintēze uz RNS šablona; elpošanas pigmentu darbības mehānismu izpēte; trīsdimensiju struktūras un tās funkcionālās lomas atklāšana enzīmu darbībā, matricas sintēzes princips un olbaltumvielu biosintēzes mehānismi; vīrusu struktūras un to replikācijas mehānismu, primārās un daļēji antivielu telpiskās struktūras atklāšana; atsevišķu gēnu izolēšana, ķīmiskā un pēc tam bioloģiskā (fermentatīvā) gēna, ieskaitot cilvēku, sintēze ārpus šūnas (in vitro); gēnu pārnese no viena organisma uz citu, arī cilvēka šūnās; strauji progresējoša arvien vairāku atsevišķu olbaltumvielu, galvenokārt enzīmu, kā arī nukleīnskābju ķīmiskās struktūras atšifrēšana; dažu pieaugošas sarežģītības pakāpes bioloģisko objektu "pašsavienošanās" parādību noteikšana, sākot no nukleīnskābes molekulām un pārejot uz daudzkomponentu enzīmiem, vīrusiem, ribosomām utt. alosterisko un citu bioloģisko funkciju un procesu regulēšanas pamatprincipu noskaidrošana.

Molekulārās bioloģijas problēmas. Kopā ar norādītajiem svarīgajiem M. b. (zināšanas par “atpazīšanas”, pašsapulcēšanās un integrācijas modeļiem) neatliekams zinātniskās meklēšanas virziens tuvākajā nākotnē ir tādu metožu izstrāde, kas ļauj dekodēt struktūru un pēc tam trīsdimensiju, telpiski organizēt augstas molekulārās nukleīnskābes. Visas svarīgākās metodes, kuru izmantošana nodrošināja medicīnas zinātnes rašanos un panākumus, ir ierosinājuši un izstrādājuši fiziķi (ultracentrifugēšana, rentgena strukturālā analīze, elektronu mikroskopija, kodolmagnētiskā rezonanse utt.). Gandrīz visas jaunās fiziskās eksperimentālās pieejas (piemēram, datoru izmantošana, sinhrotrona vai bremstrahlung starojums, lāzera tehnoloģija utt.) Paver jaunas iespējas padziļināts pētījums problēmas M. b. Starp vissvarīgākajiem praktiska rakstura uzdevumiem, uz kuriem atbilde tiek gaidīta no M. b., Pirmkārt, ir ļaundabīgas augšanas molekulāro pamatu problēma, pēc tam - iedzimtu slimību - "molekulāro slimību" - novēršanas un varbūt pārvarēšanas veidi. Liela nozīme būs bioloģiskās katalīzes molekulārā pamata, tas ir, fermentu darbības, noskaidrošanai. Starp svarīgākajiem mūsdienu virzieniem M. b. jāietver vēlme atšifrēt hormonu, toksisko un ārstniecisko vielu molekulāros darbības mehānismus, kā arī uzzināt sīkāku informāciju par šādu vielu molekulāro struktūru un darbību. šūnu struktūras, kā bioloģiskās membrānaspiedaloties vielu iekļūšanas un transportēšanas procesu regulēšanā. Tālāki mērķi M. b. - nervu procesu, atmiņas mehānismu utt. rakstura izziņa. Viena no svarīgākajām M. b. - tā sauktais. gēnu inženierija, kas par savu uzdevumu izvirza mērķtiecīgu dzīvo organismu ģenētiskā aparāta (genoma) darbību, sākot ar mikrobiem un zemākiem (vienšūņu) un beidzot ar cilvēkiem (pēdējā gadījumā galvenokārt iedzimtu slimību radikālas ārstēšanas un ģenētisko defektu labošanas nolūkā).

Vissvarīgākās MB jomas:

- Molekulārā ģenētika - šūnas ģenētiskā aparāta strukturālās un funkcionālās organizācijas un iedzimtas informācijas realizācijas mehānisma izpēte

- Molekulārā viroloģija - vīrusu un šūnu mijiedarbības molekulāro mehānismu izpēte

- Molekulārā imunoloģija - ķermeņa imūno reakciju modeļu izpēte

- Molekulārā attīstības bioloģija - pētījums par dažādu kvalitātes šūnu parādīšanos laikā individuālā attīstība organismu un šūnu specializācija

Galvenie pētījuma objekti: vīrusi (ieskaitot bakteriofāgus), šūnas un apakššūnu struktūras, makromolekulas, daudzšūnu organismi.

Molekulārais biologs Ir pētnieks medicīnas jomā, kura misija ir ne mazāk glābt cilvēci no bīstamām slimībām. Starp šādām slimībām, piemēram, onkoloģija, kas mūsdienās ir kļuvusi par vienu no galvenajiem nāves cēloņiem pasaulē, tikai nedaudz atpaliek no līdera - sirds un asinsvadu slimībām. Jaunas onkoloģijas agrīnas diagnostikas, vēža profilakses un ārstēšanas metodes ir prioritārs mūsdienu medicīnas uzdevums. Molekulārās onkoloģijas biologi agrīnai diagnostikai vai mērķtiecīgai zāļu ievadīšanai organismā izstrādā antivielas un rekombinantus (ģenētiski modificētus) proteīnus. Šīs jomas eksperti izmanto modernākos zinātnes un tehnoloģiju sasniegumus, lai radītu jaunus organismus un organiskās vielas to turpmākai izmantošanai pētniecībā un klīniskajās darbībās. Starp molekulāro biologu izmantotajām metodēm ir klonēšana, transfekcija, infekcija, polimerāzes ķēdes reakcija, gēnu sekvencēšana un citas. Viens no uzņēmumiem, kurus Krievijā interesē molekulārie biologi, ir PrimeBioMed LLC. Organizācija nodarbojas ar antivielu reaģentu ražošanu vēža diagnostikai. Šādas antivielas galvenokārt tiek izmantotas, lai noteiktu audzēja veidu, tā izcelsmi un ļaundabīgo audzēju, tas ir, spēju metastazēt (izplatīties uz citām ķermeņa daļām). Antivielas tiek uzklātas uz pārbaudīto audu plānām daļām, pēc tam tās šūnās saistās ar noteiktiem proteīniem - marķieriem, kas atrodas audzēja šūnās, bet veselajās šūnās to nav un otrādi. Turpmāka ārstēšana tiek nozīmēta atkarībā no pētījuma rezultātiem. Starp "PrimeBioMed" klientiem ir ne tikai medicīnas, bet arī zinātniskas iestādes, jo pētniecības problēmu risināšanai var izmantot arī antivielas. Šādos gadījumos var ražot unikālas antivielas, kas var saistīties ar pētāmo olbaltumvielu īpašam uzdevumam pēc īpaša pasūtījuma. Vēl viena daudzsološa uzņēmuma pētījumu joma ir mērķtiecīga (mērķtiecīga) zāļu piegāde organismā. Šajā gadījumā antivielas tiek izmantotas kā transports: ar to palīdzību zāles tiek piegādātas tieši skartajiem orgāniem. Tādējādi ārstēšana kļūst efektīvāka un rada mazāk negatīvu seku organismam nekā, piemēram, ķīmijterapija, kas ietekmē ne tikai vēža šūnas, bet arī citas šūnas. Paredzams, ka nākamajās desmitgadēs molekulārā biologa profesija kļūs arvien pieprasītāka: palielinoties cilvēka vidējam dzīves ilgumam, palielināsies onkoloģisko slimību skaits. Agrīna audzēju diagnostika un novatoriska ārstēšana, izmantojot vielas, kuras ieguvuši molekulārie biologi, ietaupīs dzīvības un uzlabos tās kvalitāti ļoti daudziem cilvēkiem.

Molekulārā bioloģija

zinātne, kas par savu uzdevumu izvirza zināšanas par vitālās aktivitātes parādību būtību, pētot bioloģiskos objektus un sistēmas līmenī, kas tuvojas molekulārajam līmenim, un dažos gadījumos pat sasniedz šo robežu. Galīgais mērķis šajā gadījumā ir noskaidrot, kā un cik lielā mērā dzīves raksturīgās izpausmes, piemēram, iedzimtība, sava veida atražošana, olbaltumvielu biosintēze, uzbudināmība, izaugsme un attīstība, informācijas uzglabāšana un pārraide, enerģijas pārveidošana, mobilitāte utt. , ir saistītas ar bioloģiski svarīgu vielu molekulu struktūru, īpašībām un mijiedarbību, galvenokārt divām galvenajām augstas molekulmasas biopolimēru klasēm (sk. Biopolimēri) - olbaltumvielas un nukleīnskābes. Atšķirīga iezīme M. b. - dzīvības parādību izpēte uz nedzīviem priekšmetiem vai tiem, kas raksturīgi primitīvākajām dzīves izpausmēm. Tie ir bioloģiski veidojumi no šūnu līmeņa un zemāk: apakššūnu organoīdi, piemēram, izolēti šūnu kodoli, mitohondriji, ribosomas, hromosomas, šūnu membrānas; tālāk - sistēmas, kas atrodas uz dzīvās un nedzīvās dabas robežas - vīrusi, ieskaitot bakteriofāgus, un beidzot ar dzīvās vielas vissvarīgāko komponentu molekulām - nukleīnskābēm un olbaltumvielām (sk. Olbaltumvielas)

M. dz. - jauna dabaszinātņu joma, cieši saistīta ar sen iedibinātām pētniecības jomām, kuras aptver bioķīmija (sk. Bioķīmija), biofizika (sk. Biofizika) un bioorganiskā ķīmija (sk. Bioorganiskā ķīmija). Atšķirība šeit ir iespējama, tikai ņemot vērā izmantotās metodes un izmantoto pieeju būtību.

Pamatu, uz kura M. b. Attīstījās, lika tādas zinātnes kā ģenētika, bioķīmija, elementāru procesu fizioloģija utt. Saskaņā ar viņa attīstības izcelsmi M. b. ir nesaraujami saistīts ar molekulāro ģenētiku (sk. Molekulārā ģenētika) , kas joprojām ir svarīga M. b. daļa, kaut arī jau lielā mērā ir izveidojusies par neatkarīgu disciplīnu. M. izolācija. no bioķīmijas nosaka šādi apsvērumi. Bioķīmijas uzdevumi galvenokārt aprobežojas ar dažu dalībnieku paziņošanu ķīmiskās vielas ar noteiktām bioloģiskām funkcijām un procesiem un noskaidrojot to pārveidošanās raksturu; vadošā loma ir informācijai par reaktivitāti un galvenajām iezīmēm ķīmiskā struktūraizteikts ar parasto ķīmisko formulu. Tādējādi būtībā uzmanība tiek koncentrēta uz transformācijām, kas ietekmē galveno valenci ķīmiskās saites... Tikmēr, kā uzsvēra L. Paulings , iekšā bioloģiskās sistēmas un vitālās aktivitātes izpausmēm, galvenā nozīme jāpiešķir nevis galvenajām valentiskajām saitēm, kas darbojas vienā molekulā, bet gan dažādu veidu saitēm, kas izraisa starpmolekulāru mijiedarbību (elektrostatiskās, van der Vālsa, ūdeņraža saites utt.).

Bioķīmisko pētījumu gala rezultātu var uzrādīt vienas vai otras sistēmas formā ķīmiskie vienādojumi, ko parasti pilnībā izsmeļ viņu attēls plaknē, tas ir, divās dimensijās. Atšķirīga iezīme M. b. ir tā trīsdimensiju. M. būtība. M. Perucs to redz, interpretējot bioloģiskās funkcijas molekulārās struktūras ziņā. Mēs varam teikt, ka, ja iepriekš, pētot bioloģiskos objektus, bija jāatbild uz jautājumu "kas", tas ir, kādas vielas atrodas, un uz jautājumu "kur" - kādos audos un orgānos, tad M. b. izvirza savu uzdevumu saņemt atbildes uz jautājumu "kā", uzzinot visas molekulas struktūras lomas un līdzdalības būtību, un uz jautājumiem "kāpēc" un "kāpēc", no vienas puses, noskaidrojot saiknes starp molekulas īpašībām (atkal, galvenokārt, olbaltumvielām un nukleīnskābes) un tās veiktās funkcijas, un, no otras puses, šādu individuālo funkciju loma vispārējā vitālās aktivitātes izpausmju kompleksā.

Izšķirošā loma ir savstarpēja vienošanās atomi un to grupējumi makromolekulas vispārējā struktūrā, to telpiskās attiecības. Tas attiecas gan uz atsevišķiem, individuāliem komponentiem, gan uz molekulas vispārējo konfigurāciju kopumā. Stingri noteiktas tilpuma struktūras parādīšanās rezultātā biopolimēra molekulas iegūst īpašības, kuru dēļ tās var kalpot par bioloģisko funkciju materiālo pamatu. Šis pieejas princips dzīvu lietu izpētei ir raksturīgākā, tipiskākā M. b.

Vēsturiskā atsauce. Bioloģisko problēmu izpētes milzīgā nozīme Austrālijā molekulārais līmenis paredzēja I.P.Pavlovu , kurš runāja par pēdējo dzīves zinātnes soli - dzīvas molekulas fizioloģiju. Pats termins “M. b. " pirmo reizi tika izmantots angļu valodā. zinātnieki W. Astbury pētījumos, kas saistīti ar fibrilāru (šķiedru) olbaltumvielu, piemēram, kolagēna, asins fibrīna vai muskuļu saraušanās olbaltumvielu, molekulārās struktūras un fizikālo un bioloģisko īpašību savstarpējās attiecības noskaidrošanu. Termins “M. b. " tērauds no 50. gadu sākuma. 20. gadsimts

M. parādīšanās. Kā vispāratzītu zinātni ir ierasts atsaukties uz 1953. gadu, kad Dž. Vatsons un F. Kriks Kembridžā (Lielbritānija) atklāja dezoksiribonukleīnskābes (sk. Dezoksiribonukleīnskābi) (DNS) trīsdimensiju struktūru. Tas ļāva mums runāt par to, kā šīs struktūras detaļas nosaka DNS kā iedzimtas informācijas materiāla nesēja bioloģiskās funkcijas. Principā šī DNS loma kļuva zināma nedaudz agrāk (1944. gadā) amerikāņu ģenētiķa OT Avery un viņa kolēģu darba rezultātā (sk. Molekulārā ģenētika), taču nebija zināms, cik lielā mērā šī funkcija ir atkarīga no DNS molekulārās struktūras. Tas kļuva iespējams tikai pēc tam, kad W. L. Bragg (sk. Bragg-Wolfe stāvokli), J. Bernal un citi laboratorijās tika izstrādāti jauni rentgenstaru struktūras analīzes principi, kas nodrošināja šīs metodes pielietojumu, lai detalizēti izprastu olbaltumvielu makromolekulu telpisko struktūru un nukleīnskābes.

Molekulārās organizācijas līmeņi. 1957. gadā J. Kendrew izveidoja mioglobīna trīsdimensiju struktūru a , un turpmākajos gados to izdarīja M. Perutzs attiecībā uz hemoglobīnu a. Tika formulēti makromolekulu telpiskās organizācijas dažādu līmeņu jēdzieni. Primārā struktūra ir atsevišķu vienību (monomēru) secība iegūtās polimēra molekulas ķēdē. Olbaltumvielām monomēri ir aminoskābes , nukleīnskābēm - nukleotīdi. Lineārai, pavedienveida biopolimēra molekulai, veidojoties ūdeņraža saitēm, ir spēja noteiktā veidā ietilpt kosmosā, piemēram, olbaltumvielu gadījumā, kā parādīja L. Pauling, iegūst spirāles formu. To sauc par sekundāru struktūru. Terciārā struktūra tiek uzskatīta par tad, kad molekula ar sekundāru struktūru vienā vai otrā veidā saliecas tālāk, aizpildot trīsdimensiju telpu. Visbeidzot, molekulas ar trīsdimensiju struktūru var mijiedarboties, regulāri atrodoties telpā viena pret otru un veidojot to, kas tiek apzīmēta kā kvartāra struktūra; tās atsevišķās sastāvdaļas parasti sauc par apakšvienībām.

Acīmredzamākais piemērs tam, kā trīsdimensiju molekulārā struktūra nosaka molekulas bioloģiskās funkcijas, ir DNS. Tam ir dubultās spirāles struktūra: divi pavedieni, kas virzās savstarpēji pretējā virzienā (antiparalēli), ir savīti ap otru, veidojot dubultu spirāli ar savstarpēji papildinošu bāzu izkārtojumu, t.i., tā, ka pretī noteiktai vienas ķēdes pamatnei vienmēr ir tāds bāze, kas vislabāk nodrošina ūdeņraža saišu veidošanos: adepīns (A) veido pāri ar timīnu (T), guanīns (G) - ar citozīnu (C). Šī struktūra rada optimālus apstākļus svarīgākajām DNS bioloģiskajām funkcijām: iedzimtās informācijas kvantitatīvam reizinājumam šūnu dalīšanās procesā, saglabājot šīs ģenētiskās informācijas plūsmas kvalitatīvo nemainīgumu. Kad šūna dalās, DNS dubultās spirāles, kas kalpo kā šablons vai šablons, šķipsnas tiek atgrieztas, un fermentu darbības rezultātā uz katra no tām tiek sintezēta jauna papildinoša virkne. Tā rezultātā no vienas vecāku DNS molekulas iegūst divas pilnīgi identiskas meitas molekulas (sk. Šūna, Mitoze).

Tāpat hemoglobīna gadījumā izrādījās, ka tā bioloģiskā funkcija - spēja atgriezeniski piestiprināt skābekli plaušās un pēc tam dot to audiem - ir cieši saistīta ar hemoglobīna trīsdimensiju struktūras iezīmēm un tās izmaiņām fizioloģiskās lomas izpildes procesā. O 2 saistīšanās un disociācijas laikā notiek hemoglobīna molekulas konformācijas telpiskās izmaiņas, kas izraisa tajā esošo dzelzs atomu afinitātes izmaiņas pret skābekli. Izmaiņas hemoglobīna molekulas lielumā, kas atgādina izmaiņas krūtīs tilpumā elpošanas laikā, ļāva saukt hemoglobīnu par "molekulārajām plaušām".

Viena no svarīgākajām dzīvo objektu iezīmēm ir spēja precīzi regulēt visas dzīves izpausmes. Liels M. b. Ieguldījums zinātniskie atklājumi būtu jāuzskata par jauna, iepriekš nezināma regulējoša mehānisma atklāšanu, kas apzīmēts kā allosterisks efekts. Tas slēpjas zemas molekulmasas vielu - tā saukto - spējā. ligandi - lai modificētu makromolekulu īpašās bioloģiskās funkcijas, galvenokārt katalītiski darbojošos proteīnus - fermentus, hemoglobīnu, receptoru olbaltumvielas, kas iesaistītas bioloģisko membrānu veidošanā (sk. Bioloģiskās membrānas), sinaptiskajā transmisijā (sk. Sinapses) utt.

Trīs biotiskās straumes.Ņemot vērā M. pārstāvniecību. dzīves parādību kopumu var uzskatīt par trīs straumju kombinācijas rezultātu: matērijas straume, kas savu izpausmi atrod metabolisma parādībās, tas ir, asimilācija un disimilācija; enerģijas plūsma, kas ir visu dzīves izpausmju virzītājspēks; un informācijas plūsma, kas caurstrāvo ne tikai visu katra organisma attīstības un pastāvēšanas procesu dažādību, bet arī nepārtrauktu secīgu paaudžu sēriju. Tieši informācijas plūsmas ideja, ko dzīvās pasaules mācībā ievada medicīnas zinātnes attīstība, atstāj uz tās īpašo, unikālo nospiedumu.

Galvenie sasniegumi molekulārajā bioloģijā. M. b. Ātrums, apjoms un ietekmes dziļums. Panākumi izpratnē par dzīvās dabas izpētes pamatproblēmām pamatoti tiek salīdzināti, piemēram, ar kvantu teorijas ietekmi uz atomu fizikas attīstību. Divi iekšēji saistīti apstākļi definēja šo revolucionāro ietekmi. No vienas puses, izšķirošo lomu spēlēja tas, ka tika atklāta iespēja pētīt svarīgākās dzīvības aktivitātes izpausmes vienkāršākajos apstākļos, tuvojoties ķīmisko un fizisko eksperimentu veidam. No otras puses, šī apstākļa rezultātā bioloģisko problēmu attīstībā ātri iesaistījās ievērojams skaits eksakto zinātņu pārstāvju - fiziķu, ķīmiķu, kristalogrāfu un pēc tam matemātiķu. Kopumā šie apstākļi noteica neparasti ātro medicīnas zinātnes attīstības tempu, tikai divās desmitgadēs gūto panākumu skaitu un nozīmīgumu. Šis ir tālu no pilnīga šo sasniegumu saraksta: DNS, visu RNS un ribosomu veidu struktūras un mehānisma atklāšana (sk. Ribosomas) , ģenētiskā koda atklāšana (sk. ģenētisko kodu) ; atgriezeniskās transkripcijas atvēršana (sk. transkripciju) , t.i., DNS sintēze uz RNS šablona; elpceļu pigmentu funkcionēšanas mehānismu izpēte; trīsdimensiju struktūras atklāšana un tās funkcionālā loma enzīmu darbībā (skatīt enzīmus) , matricas sintēzes princips un olbaltumvielu biosintēzes mehānismi; vīrusu struktūras (sk. Vīrusi) un to replikācijas mehānismu, antivielu primārās un daļēji telpiskās struktūras atklāšana; atsevišķu gēnu izolācija , gēna, ieskaitot cilvēku, ķīmiska un pēc tam bioloģiska (fermentatīva) sintēze ārpus šūnas (in vitro); gēnu pārnešana no viena organisma uz otru, ieskaitot cilvēka šūnās; strauji progresējoša arvien lielāka skaita atsevišķu olbaltumvielu, galvenokārt fermentu, kā arī nukleīnskābju, ķīmiskās struktūras atšifrēšana; dažu pieaugošas sarežģītības bioloģisko objektu "sevis montāžas" parādību noteikšana, sākot no nukleīnskābju molekulām un pārejot uz daudzkomponentu fermentiem, vīrusiem, ribosomām utt .; alosterisko un citu bioloģisko funkciju un procesu regulēšanas pamatprincipu noskaidrošana.

Redukcionisms un integrācija. M. b. ir pēdējais posms dzīvo objektu izpētes virzienā, kas tiek apzīmēts kā "redukcionisms", tas ir, vēlme reducēt sarežģītās dzīvības funkcijas līdz parādībām, kas notiek molekulu līmenī un tāpēc ir pieejamas pētīšanai ar fizikas un ķīmijas metodēm. Sasniegts M. b. panākumi apliecina šīs pieejas efektivitāti. Tajā pašā laikā jāpatur prātā, ka dabiskos apstākļos šūnā, audos, orgānā un visā organismā mēs saskaramies ar sistēmām, kuru sarežģītība palielinās. Šādas sistēmas tiek veidotas no vairāk zems līmenis pateicoties to dabiskai integrācijai integritāti, iegūstot strukturālu un funkcionālu organizāciju un piemīt jaunas īpašības. Tāpēc, tā kā zināšanas par modeļiem, kas pieejami atklāšanai molekulārajā un blakus esošajā līmenī, kļūst detalizētākas, pirms M. b. rodas uzdevumi izprast integrācijas mehānismus kā turpmākās attīstības līniju dzīves parādību izpētē. Izejas punkts šeit ir starpmolekulāro mijiedarbību spēku izpēte - ūdeņraža saites, van der Waals, elektrostatiskie spēki utt. Pēc to kopuma un telpiskā izvietojuma tie veido to, ko var saukt par “integrējošo informāciju”. Tas jāuzskata par vienu no jau pieminētās informācijas plūsmas galvenajām daļām. M. b. integrācijas piemēri ir sarežģītu formējumu pašsavienošanās parādības no to sastāvdaļu sajaukuma. Tas ietver, piemēram, daudzkomponentu olbaltumvielu veidošanos no to apakšvienībām, vīrusu veidošanos no to sastāvdaļām - olbaltumvielām un nukleīnskābēm, ribosomu sākotnējās struktūras atjaunošanu pēc olbaltumvielu un nukleīna komponentu atdalīšanas utt. Šo parādību izpēte ir tieši saistīta ar zināšanām par galvenajām parādībām ". biopolimēru molekulu atpazīšana ". Punkts ir noskaidrot, kādas aminoskābju kombinācijas - olbaltumvielu vai nukleotīdu molekulās - nukleīnskābēs savstarpēji mijiedarbojas atsevišķu molekulu asociācijas procesu laikā, veidojot stingri specifiska, iepriekš noteikta sastāva un struktūras kompleksus. Tas ietver sarežģītu olbaltumvielu veidošanos no to apakšvienībām; turklāt selektīva mijiedarbība starp nukleīnskābju molekulām, piemēram, transportu un veidni (šajā gadījumā ģenētiskā koda atklāšana ievērojami paplašināja mūsu informāciju); visbeidzot, tā ir daudzu veidu struktūru veidošanās (piemēram, ribosomas, vīrusi, hromosomas), kurās ir iesaistīti gan proteīni, gan nukleīnskābes. Atbilstošo likumsakarību atklāšana, šīs valodas mijiedarbības pamatā esošās "valodas" izzināšana ir viena no vissvarīgākajām medicīnas zinātnes jomām, kas joprojām gaida tās attīstību. Šī teritorija tiek uzskatīta par vienu no visas biosfēras pamatproblēmām.

Molekulārās bioloģijas problēmas. Līdztekus norādītajiem svarīgajiem M. b. (zināšanas par "atpazīšanas", sevis montāžas un integrācijas modeļiem) steidzams zinātnisko meklējumu virziens tuvākajai nākotnei ir tādu metožu izstrāde, kas ļauj atšifrēt struktūru, un pēc tam lielmolekulārā svara nukleīnskābju trīsdimensiju, telpisko organizāciju. Šajā laikā tas ir panākts attiecībā uz ģenerālplāns DNS trīsdimensiju struktūra (dubultā spirāle), bet bez precīzām zināšanām par tās primāro struktūru. Straujie panākumi analītisko metožu attīstībā ļauj pārliecinoši gaidīt šo mērķu sasniegšanu nākamajos gados. Šeit, protams, galveno ieguldījumu dod saistīto zinātņu pārstāvji, galvenokārt fizika un ķīmija. Visas svarīgākās metodes, kuru izmantošana nodrošināja medicīnas zinātnes parādīšanos un panākumus, ir ierosinājuši un izstrādājuši fiziķi (ultracentrifugēšana, rentgena struktūras analīze, elektronu mikroskopija, kodolmagnētiskā rezonanse utt.). Gandrīz visas jaunās fizikālās eksperimentālās pieejas (piemēram, datoru, sinhronu vai bremsstrahlung izmantošana, radiācija, lāzera tehnoloģijas utt.) Paver jaunas iespējas padziļinātai medicīnas zinātnes problēmu izpētei. Starp svarīgākajiem praktiskā rakstura uzdevumiem, uz kuriem atbilde tiek sagaidīta no M. b., Pirmkārt, ir ļaundabīgo audzēju molekulāro pamatu problēma, pēc tam - iedzimtu slimību novēršanas un varbūt pārvarēšanas veidus - “molekulārās slimības” (sk. Molekulārās slimības). ). Liela nozīme būs bioloģiskās katalīzes molekulārās bāzes, tas ir, fermentu darbības, likvidēšanai. Starp svarīgākajiem mūsdienu virzieniem M. b. jāietver vēlme atšifrēt hormonu molekulāros darbības mehānismus (sk. Hormoni) , toksiskas un ārstnieciskas vielas, kā arī lai uzzinātu sīkāku informāciju par tādu šūnu struktūru kā bioloģisko membrānu molekulāro struktūru un darbību, kuras ir iesaistītas vielu iespiešanās un pārvadāšanas procesu regulēšanā. M. b. Tālāki mērķi - nervu procesu rakstura, atmiņas mehānismu (skat. Atmiņu) utt. izzināšana. Viena no svarīgākajām M. b. - tā sauktais. gēnu inženierija, kas par savu uzdevumu izvirza mērķtiecīgu dzīvo organismu ģenētiskā aparāta (genoma) darbību, sākot ar mikrobiem un zemākiem (vienšūnu) un beidzot ar cilvēkiem (pēdējā gadījumā - galvenokārt, lai radikāli ārstētu iedzimtas slimības (skatīt iedzimtas slimības) un koriģētu ģenētiskos defektus ). Plašāku iejaukšanos cilvēka ģenētiskajā pamatā var apspriest tikai vairāk vai mazāk tālā nākotnē, jo tas rada nopietnus šķēršļus gan tehniskā, gan pamata rakstura ziņā. Attiecībā uz mikrobiem, augiem un, iespējams, lauksaimniecības kultūrām. Dzīvniekiem šādas perspektīvas ir daudzsološas (piemēram, iegūst kultivētu augu šķirnes, kurām ir aparāts slāpekļa fiksēšanai no gaisa un kurām nav nepieciešams mēslojums). Tie balstās uz jau sasniegtajiem panākumiem: gēnu izolēšana un sintezēšana, gēnu pārvietošana no viena organisma uz otru, izmantojot populāras kultūras šūnas kā ekonomiski vai medicīniski svarīgu vielu ražotāji.

Pētījumu organizēšana molekulārajā bioloģijā. M. straujā attīstība. radīja lielu skaitu specializētu pētniecības centru. Viņu skaits strauji pieaug. Lielākais: Lielbritānijā - molekulārās bioloģijas laboratorija Kembridžā, Karaliskais institūts Londonā; Francijā - molekulārās bioloģijas institūti Parīzē, Marseļā, Strasbūrā, Pasteur institūts; ASV - M. b. universitātēs un institūtos Bostonā (Hārvardas universitāte, Masačūsetsas Tehnoloģiju institūts), Sanfrancisko (Berkeley), Losandželosā (Kalifornijas Tehnoloģiju institūts), Ņujorkā (Rokfellera universitāte), veselības institūtos Bethesda u.c .; Vācijā - Maksa Planka institūti, Getingenes un Minhenes universitātes; Zviedrijā - Karolinska institūts Stokholmā; Vācijas Demokrātiskajā Republikā - Centrālais molekulārās bioloģijas institūts Berlīnē, institūti Jenā un Halē; Ungārijā - Bioloģiskais centrs Szegedā. PSRS bija pirmais specializētais institūts M. b. tika izveidots Maskavā 1957. gadā PSRS Zinātņu akadēmijas sistēmā (sk. ); tad PSRS Zinātņu akadēmijas Bioorganiskās ķīmijas institūts Maskavā, Olbaltumvielu institūts Pučino, Atomenerģijas institūta (Maskava) Bioloģiskā nodaļa, M. b. Novosibirskā Zinātņu akadēmijas Sibīrijas filiāles institūtos, Maskavas Valsts universitātes Starpfakultātes Bioorganiskās ķīmijas laboratorijā, Ukrainas PSR Zinātņu akadēmijas Kijevā Molekulārās bioloģijas un ģenētikas sektorā (toreizējā institūtā); nozīmīgs darbs pie M. b. tiek veikta Ļeņingradas makromolekulāro savienojumu institūtā, vairākās PSRS Zinātņu akadēmijas nodaļās un laboratorijās un citās nodaļās.

Kopā ar atsevišķiem pētniecības centriem ir izveidojušās plašāka mēroga organizācijas. IN Rietumeiropa radās M. organizācija Eiropā. (EMBO), kurā piedalās vairāk nekā 10 valstis. PSRS Molekulārās bioloģijas institūtā 1966. gadā tika izveidota molekulārās bioloģijas zinātniskā padome, kas ir koordinācijas un organizēšanas centrs šajā zināšanu jomā. Viņš ir publicējis plašu monogrāfiju sēriju par svarīgākajām medicīnas zinātnes sadaļām, regulāri organizē "ziemas skolas" par medicīnas zinātni, rīko konferences un simpozijus par medicīnas zinātnes aktuālajām problēmām. Turpmāk zinātniskie ieteikumi par M. b. tika izveidotas PSRS Medicīnas zinātņu akadēmijā un daudzās republikas Zinātņu akadēmijās. Kopš 1966. gada tiek izdots žurnāls Molekulārā bioloģija (6 izdevumi gadā).

Salīdzinoši īsā laika posmā PSRS ir pieaudzis ievērojams pētnieku sastāvs medicīnas zinātnes jomā; tie ir vecākās paaudzes zinātnieki, kuri savas intereses ir daļēji mainījuši no citām jomām; galvenokārt tie ir daudzi jauni pētnieki. Starp vadošajiem zinātniekiem, kuri aktīvi piedalījās M. b. PSRS var nosaukt tādus kā A. A. Baevs, A. N. Belozersky, A. E. Braunshtein, J. A. Ovčinnikovs, A. S. Spirins, M. M. Šemjakinins, V. A. Engelgardts. M. jaunie sasniegumi. un molekulāro ģenētiku veicinās PSKP Centrālās komitejas un PSRS Ministru padomes rezolūcija (1974. gada maijs) "Par pasākumiem, lai paātrinātu molekulārās bioloģijas un molekulārās ģenētikas attīstību un viņu sasniegumu izmantošanu valsts ekonomikā."

Lit .: Wagner R., Mitchell G., Ģenētika un metabolisms, trans. no angļu valodas, M., 1958; Saint-Gyorgy un A., Bioenerģija, trans. no angļu valodas, M., 1960; Anfinsens K., Evolūcijas molekulārie pamati, trans. no angļu valodas., M., 1962; Stenlijs W., Valens E., Vīrusi un dzīves daba, trans. no angļu valodas, M., 1963; Molekulārā ģenētika, trans. no plkst. Angļu valoda, 1. daļa, M., 1964; Volkenshtein M.V., molekulas un dzīve. Ievads molekulārajā biofizikā, M., 1965; F. Gaurovičs, olbaltumvielu ķīmija un funkcijas, trans. no angļu valodas, M., 1965; Bresler SE, Ievads molekulārajā bioloģijā, 3. izdevums, M. - L., 1973; Ingram V., Makromolekulu biosintēze, trans. no angļu valodas, M., 1966; Engelgards VA, molekulārā bioloģija, grāmatā: Bioloģijas attīstība PSRS, M., 1967; Ievads molekulārajā bioloģijā, trans. no angļu valodas., M., 1967; Watson J., gēna molekulārā bioloģija, trans. no angļu valodas., M., 1967; Finean J., Bioloģiskās ultrastruktūras, trans. no angļu valodas., M., 1970; J. Bendall, muskuļi, molekulas un kustības, trans. no angļu valodas., M., 1970; Ichas M., bioloģiskais kods, trans. no angļu valodas, M., 1971; Vīrusu molekulārā bioloģija, M., 1971; Olbaltumvielu biosintēzes molekulārās bāzes, M., 1971; Bernhards S., Fermentu struktūra un funkcijas, trans. no angļu valodas, M., 1971; Spirin A. S., Gavrilova L. P., Ribosoma, 2. izdevums, M., 1971. gads; Frenkel-Konrat H., vīrusu ķīmija un bioloģija, trans. no angļu valodas., M., 1972; Smits K., Hanevalts F., molekulārā fotobioloģija. Inaktivācijas un atjaunošanas procesi, trans. no angļu valodas., M., 1972; Hariss G., Cilvēka bioķīmiskās ģenētikas pamati, trans. no angļu valodas., M., 1973.

V.A.Engelgardts.

Lielā padomju enciklopēdija. - M .: Padomju enciklopēdija. 1969-1978 .