Semnificația aplicată a biologiei moleculare. Biolog molecular de profesie

31.2

Pentru prieteni!

Referinţă

Biologia moleculară a apărut din biochimie în aprilie 1953. Apariția sa este asociată cu numele lui James Watson și Francis Crick, care au descoperit structura moleculei de ADN. Descoperirea a fost posibilă prin cercetări în genetică, bacterii și biochimia virușilor. Profesia de biolog molecular nu este larg răspândită, dar astăzi rolul ei în societatea modernă foarte mare. Un număr mare de boli, inclusiv cele care se manifestă la nivel genetic, impun oamenilor de știință să găsească soluții la această problemă.

Descrierea activității

Virușii și bacteriile mută în mod constant, ceea ce înseamnă că medicamentele nu mai ajută o persoană și bolile devin dificil de tratat. Sarcină biologie moleculară- treceți înaintea acestui proces și dezvoltați un nou remediu pentru boli. Oamenii de știință lucrează conform unei scheme bine stabilite: blocarea cauzei bolii, eliminarea mecanismelor de ereditate și, prin urmare, atenuarea stării pacientului. Există o serie de centre, clinici și spitale din întreaga lume în care biologii moleculari dezvoltă noi metode de tratament pentru a ajuta pacienții.

Responsabilitățile postului

Responsabilitățile unui biolog molecular includ studierea proceselor din interiorul unei celule (de exemplu, modificările ADN-ului în timpul dezvoltării tumorilor). Experții studiază, de asemenea, caracteristicile ADN-ului, efectul lor asupra întregului organism și a unei celule individuale. Astfel de studii sunt efectuate, de exemplu, pe baza PCR (reacție în lanț a polimerazei), care face posibilă analizarea organismului pentru infecții, boli ereditare și determinarea rudeniei biologice.

Caracteristici ale creșterii carierei

Profesia de biolog molecular este destul de promițătoare în domeniul său și își revendică deja primul loc în clasamentul profesiilor medicale ale viitorului. Apropo, un biolog molecular nu trebuie să rămână în acest domeniu tot timpul. Dacă există dorința de a-și schimba ocupația, se poate recalifica ca manager de vânzări de echipamente de laborator, poate începe să dezvolte instrumente pentru diverse studii sau își poate deschide propria afacere.

(Molecularbiologe/-biologin)

Tip
Profesie după diploma
Salariu
3667-5623 € pe lună

Biologii moleculari studiază procesele moleculare ca bază a tuturor proceselor vieții. Pe baza rezultatelor lor, ei dezvoltă concepte pentru utilizarea proceselor biochimice, de exemplu în cercetarea și diagnosticarea medicală sau în biotehnologie. În plus, aceștia pot fi implicați în producția de produse farmaceutice, dezvoltarea de produse, asigurarea calității sau consultanța farmaceutică.

Responsabilitățile unui biolog molecular

Biologii moleculari pot lucra în diferite domenii. De exemplu, se referă la utilizarea rezultatelor cercetării pentru producție în domenii precum ingineria genetică, chimia proteinelor sau farmacologia (descoperirea medicamentelor). În industria chimică și farmaceutică, acestea facilitează traducerea produselor nou dezvoltate din cercetare în producție, marketing de produs și consultarea utilizatorilor.

În cercetarea științifică, biologii moleculari studiază proprietățile chimice și fizice compuși organici, și de asemenea procese chimice(în domeniul metabolismului celular) în organismele vii și publică rezultatele cercetării. În sus institutii de invatamant predau studenții, se pregătesc pentru prelegeri și seminarii, notează lucrările scrise și administrează examene. Independent activitate științifică este posibilă numai după obţinerea diplomelor de master şi doctorat.

Unde lucrează biologii moleculari?

Biologii moleculari își găsesc de lucru, de ex.

în institutele de cercetare, de exemplu în domeniile științei și medicinei
în instituţiile de învăţământ superior
în industria chimică și farmaceutică
în departamentele de mediu

Salariu biolog molecular

Nivelul salarial pe care îl primesc biologii moleculari în Germania este

de la 3667€ la 5623€ pe lună

(conform diferitelor birouri de statistică și servicii de ocupare a forței de muncă din Germania)

Sarcinile și responsabilitățile unui biolog molecular în detaliu

Care este esența profesiei de Biolog Molecular?

Biologii moleculari studiază procesele moleculare ca bază a tuturor proceselor vieții. Pe baza rezultatelor lor, ei dezvoltă concepte pentru utilizarea proceselor biochimice, de exemplu în cercetarea și diagnosticarea medicală sau în biotehnologie. În plus, aceștia pot fi implicați în producția de produse farmaceutice, dezvoltarea de produse, asigurarea calității sau consultanță farmaceutică.

Vocație Biologie moleculară

Biologia moleculară sau genetica moleculară se ocupă cu studiul structurii și biosintezei acizilor nucleici și a proceselor asociate cu transferul și implementarea acestor informații sub formă de proteine. Acest lucru face posibilă înțelegerea tulburărilor dureroase ale acestor funcții și, eventual, tratarea lor folosind terapia genică. Există interfețe pentru biotehnologie și inginerie genetică în care organisme simple, cum ar fi bacteriile și drojdiile, pentru a face disponibile substanțe de interes farmacologic sau comercial la scară industrială prin mutații țintite.

Teoria și practica Biologiei Moleculare

Industria chimico-farmaceutică oferă numeroase domenii de angajare pentru biologi moleculari. În medii industriale, ei analizează procesele de biotransformare sau dezvoltă și îmbunătățesc procesele de producție microbiologică de ingrediente active și intermediari farmaceutici. În plus, ei sunt implicați în mutarea produselor nou dezvoltate de la cercetare la producție. Prin efectuarea sarcinilor de inspecție, aceștia se asigură că instalațiile de producție, echipamentele, metodele analitice și toate etapele producției de produse sensibile, cum ar fi produsele farmaceutice, îndeplinesc întotdeauna standardele de calitate cerute. În plus, biologii moleculari sfătuiesc utilizatorii cu privire la utilizarea noilor produse.

Pozițiile de conducere necesită adesea un program de master.

Biologi moleculari în cercetare și educație

În domeniul științei și cercetării, biologii moleculari lucrează pe teme precum recunoașterea, transportul, plierea și codificarea proteinelor din celulă. Rezultatele cercetării care oferă baza pentru aplicare practicăîn diverse domenii, să le publice și astfel să le pună la dispoziția altor oameni de știință și studenți. La conferințe și congrese se discută și prezintă rezultatele activităților științifice. Biologii moleculari susțin prelegeri și seminarii, conduc munca stiintifica si sustine examene.

Activitatea științifică independentă necesită o diplomă de master și doctorat.

Biologie moleculară, o știință care își propune să înțeleagă natura fenomenelor vieții prin studierea obiectelor și sistemelor biologice la un nivel apropiat de nivelul molecular și, în unele cazuri, atingând această limită. Scopul final este de a afla cum și în ce măsură manifestările caracteristice ale vieții, cum ar fi ereditatea, reproducerea propriului soi, biosinteza proteinelor, excitabilitatea, creșterea și dezvoltarea, stocarea și transmiterea informațiilor, transformările energetice, mobilitatea etc. , sunt determinate de structura, proprietățile și interacțiunea moleculelor de substanțe importante din punct de vedere biologic, în primul rând două clase principale de biopolimeri cu molecul mare - proteine și acizi nucleici. O trăsătură distinctivă a lui M. b. - studiul fenomenelor de viață pe obiecte neînsuflețite sau care se caracterizează prin cele mai primitive manifestări ale vieții. Acestea sunt formațiuni biologice de la nivel celular și mai jos: organite subcelulare, cum ar fi nuclei celulari izolați, mitocondrii, ribozomi, cromozomi, membranele celulare; mai departe - sistemele care se află la granița dintre vieți și natura neînsuflețită, - viruși, inclusiv bacteriofagi, și care se termină cu molecule ale celor mai importante componente ale materiei vii - acizi nucleici și proteine.

Baza pe care s-a dezvoltat M. b. a fost pusă de științe precum genetica, biochimia, fiziologia proceselor elementare etc. După originile dezvoltării sale, M. b. este indisolubil legat de genetica moleculară, care continuă să formeze o parte importantă

Trăsătură distinctivă M. b. este tridimensionalitatea sa. Esența lui M. b. este văzut de M. Perutz că interpretează funcţiile biologice în termeni de structură moleculară. M. b. își propune să obțină răspunsuri la întrebarea „cum”, după ce a învățat esența rolului și a participării întregii structuri a moleculei și la întrebările „de ce” și „pentru ce”, după ce a aflat, pe de o parte, conexiunile dintre proprietățile moleculei (din nou, în primul rând proteine și acizi nucleici) și funcțiile pe care le îndeplinește și, pe de altă parte, rolul acestor funcții individuale în complexul general de manifestări ale vieții.

Cele mai importante realizări ale biologiei moleculare. Iată o listă departe de a fi completă a acestor realizări: descoperirea structurii și mecanismului funcției biologice a ADN-ului, a tuturor tipurilor de ARN și a ribozomilor, descoperirea cod genetic; descoperirea transcripției inverse, adică sinteza ADN-ului pe un șablon de ARN; studierea mecanismelor de funcționare a pigmenților respiratori; descoperirea structurii tridimensionale și a rolului său funcțional în acțiunea enzimelor, principiul sintezei matricei și mecanismele de biosinteză a proteinelor; dezvăluirea structurii virusurilor și a mecanismelor de replicare a acestora, structura primară și, parțial, spațială a anticorpilor; izolarea genelor individuale, sinteza chimică și apoi biologică (enzimatică) a unei gene, inclusiv a uneia umane, în afara celulei (in vitro); transferul de gene de la un organism la altul, inclusiv celulele umane; transcriere rapidă structura chimica un număr tot mai mare de proteine individuale, în principal enzime, precum și acizi nucleici; detectarea fenomenelor de „auto-asamblare” a unor obiecte biologice de complexitate crescândă, pornind de la molecule de acid nucleic și trecând la enzime multicomponente, viruși, ribozomi etc.; elucidarea principiilor alosterice și a altor principii de bază ale reglementării functii biologiceși procese.

Probleme de biologie moleculară. Alături de sarcinile importante indicate ale lui M. b. (cunoașterea tiparelor de „recunoaștere”, autoasamblare și integrare) direcția curentă cercetarea stiintifica Viitorul apropiat este dezvoltarea unor metode care fac posibilă descifrarea structurii, iar apoi organizarea tridimensională, spațială, a acizilor nucleici cu molecule înalte. Toate cele mai importante metode, a căror utilizare a asigurat apariția și succesul microbiologiei, au fost propuse și dezvoltate de către fizicieni (ultracentrifugarea, Analiza difracției cu raze X, microscopie electronică, rezonanță magnetică nucleară etc.). Aproape toate noile abordări experimentale fizice (de exemplu, utilizarea computerelor, radiației sincrotron sau bremsstrahlung, tehnologie laser etc.) deschid noi oportunități pentru studiu aprofundat probleme M. b. Printre cele mai importante probleme practice, răspunsul la care se așteaptă de la M. b., în primul rând, este problema fundamentelor moleculare ale creșterii maligne, apoi - modalități de a preveni, și poate de a depăși, bolile ereditare - „boli moleculare ”. Mare valoare va avea o elucidare a bazei moleculare a catalizei biologice, adică acțiunea enzimelor. Printre cele mai importante tendințe moderne în M. b. ar trebui să includă dorința de a descifra mecanismele moleculare de acțiune ale hormonilor, substanțelor toxice și medicinale, precum și de a afla detaliile structura molecularași funcționarea acestora structuri celulare, Cum membrane biologice, implicat în reglarea proceselor de pătrundere și transport al substanțelor. Goluri mai îndepărtate ale lui M. b. - cunoașterea naturii proceselor nervoase, a mecanismelor de memorie etc. Una dintre secțiunile importante emergente ale lui M. b. - așa-zis inginerie genetică, care urmărește să opereze în mod intenționat aparatul genetic (genomul) organismelor vii, de la microbi și organisme inferioare (unicelulare) până la oameni (în acest din urmă caz, în primul rând în scopul tratamentului radical al bolilor ereditare și al corectării genetice). defecte).

Cele mai importante domenii ale MB:

– Genetica moleculară – studiul organizării structurale și funcționale a aparatului genetic al celulei și al mecanismului de implementare informații ereditare

– Virologie moleculară – studiul mecanismelor moleculare de interacțiune a virusurilor cu celulele

– Imunologie moleculară – studiul tiparelor reacțiilor imune ale organismului

– Biologia moleculară a dezvoltării – studiul apariției diferitelor calități ale celulelor în timpul dezvoltarea individuală organisme și specializarea celulelor

Obiecte principale de cercetare: Viruși (inclusiv bacteriofagi), Celule și structuri subcelulare, Macromolecule, Organisme multicelulare.

Biolog molecular este un cercetător medical a cărui misiune este, nu mai puțin, să salveze omenirea de boli periculoase. Printre astfel de boli, de exemplu, oncologia, care astăzi a devenit una dintre principalele cauze de mortalitate din lume, doar puțin inferioară liderului - bolile cardiovasculare. Noile metode de diagnosticare precoce a oncologiei, prevenirea și tratamentul cancerului sunt o sarcină prioritară a medicinei moderne. Biologii moleculari din domeniul oncologiei dezvoltă anticorpi și proteine recombinante (modificate genetic) pentru diagnosticarea precoce sau livrarea țintită a medicamentelor în organism. Specialistii in acest domeniu folosesc cel mai mult realizări moderneştiinţă şi tehnologie pentru a crea noi organisme şi materie organicăîn scopul utilizării lor ulterioare în activități de cercetare și clinice. Printre metodele pe care le folosesc biologii moleculari se numără clonarea, transfecția, infecția, reacția în lanț a polimerazei, secvențierea genelor și altele. Una dintre companiile interesate de biologi moleculari din Rusia este PrimeBioMed LLC. Organizația este angajată în producția de reactivi de anticorpi pentru diagnosticarea cancerului. Astfel de anticorpi sunt utilizați în principal pentru a determina tipul de tumoră, originea și malignitatea acesteia, adică capacitatea de a metastaza (răspândirea în alte părți ale corpului). Anticorpii sunt aplicați pe secțiuni subțiri ale țesutului examinat, după care se leagă în celule de anumite proteine - markeri care sunt prezenți în celulele tumorale, dar absenți în cele sănătoase și invers. În funcție de rezultatele studiului, este prescris un tratament suplimentar. Printre clienții PrimeBioMed se numără nu doar instituții medicale, ci și științifice, deoarece anticorpii pot fi folosiți și pentru a rezolva problemele de cercetare. În astfel de cazuri, pot fi produși anticorpi unici care se pot lega la proteina de interes, sub sarcină specifică prin comandă specială. Un alt domeniu promițător de cercetare pentru companie este livrarea direcționată a medicamentelor în organism. În acest caz, anticorpii sunt utilizați ca transport: cu ajutorul lor, medicamentele sunt livrate direct în organele afectate. Astfel, tratamentul devine mai eficient și are mai puține consecințe negative pentru organism decât, de exemplu, chimioterapia, care afectează nu numai celulele canceroase, ci și alte celule. Profesia de biolog molecular este de așteptat să devină din ce în ce mai solicitată în următoarele decenii: pe măsură ce speranța medie de viață umană crește, numărul bolilor canceroase va crește. Diagnosticul precoce al tumorilor și metodele inovatoare de tratament folosind substanțe obținute de biologi moleculari vor salva vieți și vor îmbunătăți calitatea acestora pentru un număr mare de oameni.

Biologie moleculară

o știință care își propune să înțeleagă natura fenomenelor vieții prin studierea obiectelor și sistemelor biologice la un nivel apropiat de nivelul molecular și, în unele cazuri, atingând această limită. Scopul final este de a afla cum și în ce măsură manifestările caracteristice ale vieții, cum ar fi ereditatea, reproducerea propriului soi, biosinteza proteinelor, excitabilitatea, creșterea și dezvoltarea, stocarea și transmiterea informațiilor, transformările energetice, mobilitatea etc. , sunt determinate de structura, proprietățile și interacțiunea moleculelor de substanțe importante din punct de vedere biologic, în primul rând două clase principale de biopolimeri cu molecul mare (vezi Biopolimeri) - proteine si acizi nucleici. O trăsătură distinctivă a lui M. b. - studiul fenomenelor de viață pe obiecte neînsuflețite sau care se caracterizează prin cele mai primitive manifestări ale vieții. Acestea sunt formațiuni biologice de la nivel celular și mai jos: organite subcelulare, precum nuclei celulari izolați, mitocondrii, ribozomi, cromozomi, membrane celulare; în continuare - sisteme care stau la granița naturii vii și neînsuflețite - viruși, inclusiv bacteriofagi, și care se termină cu molecule ale celor mai importante componente ale materiei vii - acizi nucleici (vezi Acizi nucleici) și proteine (vezi Proteine).

M. b. - un nou domeniu al științelor naturale, strâns legat de domeniile de cercetare de lungă durată, care sunt acoperite de biochimie (vezi Biochimie), biofizică (vezi Biofizică) și chimie bioorganică (vezi Chimie bioorganică).

Distincția aici este posibilă numai pe baza luării în considerare a metodelor utilizate și a naturii fundamentale a abordărilor utilizate. , Baza pe care s-a dezvoltat M. b. a fost pusă de științe precum genetica, biochimia, fiziologia proceselor elementare etc. După originile dezvoltării sale, M. b. legat indisolubil de genetica moleculară (vezi Genetica moleculară) care continuă să formeze o parte importantă a matematicii, deși a devenit deja în mare măsură o disciplină independentă. Izolarea lui M. b. din biochimie este dictată de următoarele considerente. Sarcinile biochimiei se limitează în principal la stabilirea participării anumitor chimicale pentru anumite funcții și procese biologice și clarificarea naturii transformărilor acestora; importanța principală revine informațiilor despre reactivitate și caracteristicile principale structura chimica , exprimat de obicei formula chimica . Astfel, în esență, atenția este concentrată asupra transformărilor care afectează valența principală. Între timp, după cum a subliniat L. Pauling , în sistemele biologice și manifestările vieții, importanța principală ar trebui acordată nu principalelor legături de valență care acționează în cadrul unei molecule, ci diferitelor tipuri de legături care determină interacțiuni intermoleculare (electrostatice, van der Waals, legături de hidrogen etc.).

Rezultatul final cercetare biochimică poate fi prezentat sub forma unuia sau altui sistem ecuatii chimice, de obicei complet epuizat de imaginea lor pe un plan, adică în două dimensiuni. O trăsătură distinctivă a lui M. b. este tridimensionalitatea sa. Esența lui M. b. este văzut de M. Peruts că interpretează funcţiile biologice din punct de vedere al structurii moleculare. Putem spune că dacă anterior, atunci când studiam obiectele biologice, era necesar să răspundem la întrebarea „ce”, adică ce substanțe sunt prezente și la întrebarea „unde”, în ce țesuturi și organe, atunci M. b. își propune să obțină răspunsuri la întrebarea „cum”, după ce a învățat esența rolului și a participării întregii structuri a moleculei și la întrebările „de ce” și „pentru ce”, după ce a aflat, pe de o parte, conexiunile dintre proprietățile moleculei (din nou, în primul rând proteine și acizi nucleici) și funcțiile pe care le îndeplinește și, pe de altă parte, rolul acestor funcții individuale în complexul general de manifestări ale vieții.

Dobândiți un rol decisiv poziție relativă atomii și grupările lor în structura generală a macromoleculei, relațiile lor spațiale. Acest lucru se aplică atât componentelor individuale, cât și configurației generale a moleculei în ansamblu. Ca urmare a apariției unei structuri volumetrice strict determinate, moleculele de biopolimer dobândesc acele proprietăți datorită cărora sunt capabile să servească drept bază materială a funcțiilor biologice. Acest principiu de abordare a studiului viețuitoarelor este trăsătura cea mai caracteristică, tipică a lui M. b.

Informații istorice. Importanța enormă a cercetării problemelor biologice nivel molecular prevăzut de I. P. Pavlov , care a vorbit despre ultima etapă a științei vieții – fiziologia moleculei vii. Însuși termenul „M. b." Engleza a fost folosită pentru prima dată. om de știință W. Astbury în aplicarea cercetărilor privind elucidarea relațiilor dintre structura moleculară și fizică și proprietăți biologice proteine fibrilare (fibroase), cum ar fi colagenul, fibrina din sânge sau proteinele contractile musculare. Folosește pe scară largă termenul „M. b." oțel de la începutul anilor 50. secolul al XX-lea

Apariția lui M. b. Fiind o știință matură, se obișnuiește să dateze din 1953, când J. Watson și F. Crick din Cambridge (Marea Britanie) au descoperit structura tridimensională a acidului dezoxiribonucleic (ADN). Acest lucru a făcut posibil să vorbim despre modul în care detaliile acestei structuri determină funcțiile biologice ale ADN-ului ca purtător material al informațiilor ereditare. În principiu, acest rol al ADN-ului a devenit cunoscut ceva mai devreme (1944) ca urmare a muncii geneticianului american O. T. Avery și a colegilor săi (vezi Genetica moleculară), dar nu se știa în ce măsură această funcție depinde de structura moleculară a ADN-ului. Acest lucru a devenit posibil numai după ce în laboratoarele lui W. L. Bragg (Vezi Bragg - condiția Wulf), J. Bernal și alții au fost dezvoltate noi principii de analiză a difracției cu raze X, care au asigurat utilizarea acestei metode pentru cunoașterea detaliată a structurii spațiale a macromolecule de proteine și acizi nucleici.

Niveluri de organizare moleculară.În 1957, J. Kendrew a stabilit structura tridimensională a mioglobinei a , iar în anii următori acest lucru a fost făcut de M. Perutz în raport cu Hemoglobina a. Au fost formulate idei despre diferite niveluri de organizare spațială a macromoleculelor. Structura primară este secvența de unități individuale (monomeri) din lanțul moleculei de polimer rezultată. Pentru proteine, monomerii sunt aminoacizi , pentru acizi nucleici - Nucleotide. O moleculă liniară, sub formă de fir, a unui biopolimer, ca urmare a apariției legăturilor de hidrogen, are capacitatea de a se potrivi în spațiu într-un anumit mod, de exemplu, în cazul proteinelor, așa cum a arătat L. Pauling, să ia pe formă de spirală. Aceasta este denumită o structură secundară. Se vorbește despre structură terțiară atunci când o moleculă cu o structură secundară se pliază mai mult într-un fel sau altul, umplând spațiul tridimensional. În cele din urmă, moleculele cu o structură tridimensională pot interacționa, situate în mod natural în spațiu una față de alta și formând ceea ce se numește o structură cuaternară; componentele sale individuale sunt de obicei numite subunități.

Cel mai evident exemplu al modului în care o structură moleculară tridimensională determină funcțiile biologice ale unei molecule este ADN-ul. Are structura unui dublu helix: două fire care se desfășoară în direcții reciproc opuse (antiparalele) sunt răsucite unul în jurul celuilalt, formând o dublă helix cu un aranjament reciproc complementar de baze, adică astfel încât vizavi de o anumită bază a unui lanț să existe întotdeauna la fel în celălalt lanț baza care asigură cel mai bine formarea legăturilor de hidrogen: adenina (A) formează o pereche cu timina (T), guanina (G) cu citozina (C). Această structură creează condiții optime pentru cele mai importante funcții biologice ale ADN-ului: multiplicarea cantitativă a informațiilor ereditare în timpul procesului de diviziune celulară, menținând în același timp invarianța calitativă a acestui flux. informatii genetice. Când o celulă se divide, catenele dublei helix ADN, care servește ca matrice sau șablon, se desfășoară și pe fiecare dintre ele, sub acțiunea enzimelor, se sintetizează o nouă catenă complementară. Ca urmare a acestui fapt, dintr-o moleculă de ADN mamă se obțin două molecule fiice complet identice (vezi Celulă, Mitoză).

De asemenea, în cazul hemoglobinei, s-a dovedit că funcția sa biologică - capacitatea de a adăuga în mod reversibil oxigen în plămâni și apoi de a-l da țesuturilor - este strâns legată de caracteristicile structurii tridimensionale a hemoglobinei și de modificările acesteia în proces de îndeplinire a rolului său fiziologic inerent. Când O2 se leagă și se disociază, apar modificări spațiale în conformația moleculei de hemoglobină, ducând la o modificare a afinității atomilor de fier pe care îi conține pentru oxigen. Modificări ale mărimii moleculei de hemoglobină, care amintesc de modificările de volum pieptîn timpul respirației, a permis să numească hemoglobina „plămâni moleculari”.

Una dintre cele mai importante caracteristici ale obiectelor vii este capacitatea lor de a regla fin toate manifestările activității vieții. O contribuție majoră a lui M. b. V descoperiri științifice ar trebui considerată descoperirea unui nou mecanism de reglementare, necunoscut anterior, denumit efect alosteric. Constă în capacitatea substanțelor de a fi scăzute greutate moleculară- așa-zis liganzi - modifică funcțiile biologice specifice ale macromoleculelor, în primul rând proteinele cu acțiune catalitică - enzimele, hemoglobina, proteinele receptorilor implicate în construcția membranelor biologice (Vezi Membrane biologice), în transmiterea sinaptică (Vezi Sinapsele) etc.

Trei fluxuri biotice.În lumina ideilor lui M. b. totalitatea fenomenelor vieții poate fi considerată ca rezultat al unei combinații a trei fluxuri: curgerea materiei, care își găsește expresia în fenomenele de metabolism, adică asimilarea și disimilarea; fluxul de energie, care este forța motrice pentru toate manifestările vieții; și un flux de informații care pătrunde nu numai întreaga diversitate de procese de dezvoltare și existență a fiecărui organism, ci și o serie continuă de generații succesive. Ideea fluxului de informații, introdusă în doctrina lumii vii prin dezvoltarea științei biologice, își lasă amprenta specifică, unică, asupra acesteia.

Cele mai importante realizări ale biologiei moleculare. Viteza, domeniul și adâncimea influenței lui M. b. Progresele în înțelegerea problemelor fundamentale ale studierii naturii vii sunt pe bună dreptate comparate, de exemplu, cu influența teoriei cuantice asupra dezvoltării fizicii atomice. Două condiții legate de interior au determinat acest impact revoluționar. Pe de o parte, rolul decisiv l-a avut descoperirea posibilității de a studia cele mai importante manifestări ale activității vieții în cele mai simple condiții, abordând tipul experimentelor chimice și fizice. Pe de altă parte, ca urmare a acestei circumstanțe, a avut loc o includere rapidă a unui număr semnificativ de reprezentanți ai științelor exacte - fizicieni, chimiști, cristalografi, apoi matematicieni - în dezvoltarea problemelor biologice. Luate împreună, aceste circumstanțe au determinat ritmul neobișnuit de rapid de dezvoltare a științei medicale și numărul și semnificația succeselor ei obținute în doar două decenii. Iată o listă departe de a fi completă a acestor realizări: descoperirea structurii și mecanismului funcției biologice a ADN-ului, a tuturor tipurilor de ARN și a ribozomilor (vezi Ribozomi) , dezvăluirea codului genetic (vezi codul genetic) ; descoperirea transcripției inverse (vezi Transcriere) , adică sinteza ADN pe o matriță de ARN; studierea mecanismelor de funcționare a pigmenților respiratori; descoperirea structurii tridimensionale și a rolului său funcțional în acțiunea enzimelor (vezi Enzime) , principiul sintezei matricei și mecanismele de biosinteză a proteinelor; dezvăluirea structurii virușilor (vezi Virusuri) și a mecanismelor de replicare a acestora, structura primară și, parțial, spațială a anticorpilor; izolarea genelor individuale , sinteza chimică și apoi biologică (enzimatică) a unei gene, inclusiv a uneia umane, în afara celulei (in vitro); transferul de gene de la un organism la altul, inclusiv celulele umane; descifrarea rapidă a structurii chimice a unui număr tot mai mare de proteine individuale, în principal enzime, precum și acizi nucleici; detectarea fenomenelor de „auto-asamblare” a unor obiecte biologice de complexitate crescândă, pornind de la molecule de acid nucleic și trecând la enzime multicomponente, viruși, ribozomi etc.; elucidarea principiilor alosterice și a altor principii de bază de reglare a funcțiilor și proceselor biologice.

Reductionism și integrare. M. b. este etapa finală a acelei direcții în studiul obiectelor vii, care este desemnată drept „reducționism”, adică dorința de a reduce funcțiile complexe ale vieții la fenomene care apar la nivelul moleculelor și, prin urmare, accesibile studiului prin metode de fizică și chimie. A realizat M. b. succesele indică eficacitatea acestei abordări. În același timp, este necesar să se țină seama de faptul că în condiții naturale într-o celulă, țesut, organ și întreg organism avem de-a face cu sisteme de complexitate crescândă. Astfel de sisteme sunt formate din componente mai mult nivel scăzut prin integrarea lor firească în integritate, dobândind organizare structurală și funcțională și posedă noi proprietăți. Prin urmare, pe măsură ce cunoștințele despre tiparele accesibile dezvăluirii la nivelurile moleculare și adiacente devin mai detaliate, înainte de M. b. sarcina de a înțelege mecanismele de integrare apare ca o linie de dezvoltare ulterioară în studiul fenomenelor vieții. Punctul de plecare aici este studiul forțelor interacțiunilor intermoleculare - legături de hidrogen, van der Waals, forțe electrostatice etc. Prin totalitatea și aranjarea lor spațială formează ceea ce poate fi denumit „informație integrativă”. Ar trebui considerată una dintre părțile principale ale fluxului de informații deja menționat. În zona M. Exemple de integrare includ fenomenul de autoasamblare a formațiunilor complexe dintr-un amestec al părților lor componente. Aceasta include, de exemplu, formarea de proteine multicomponente din subunitățile lor, formarea de virusuri din părțile lor componente - proteine și acid nucleic, restabilirea structurii originale a ribozomilor după separarea componentelor lor de proteine și acid nucleic etc. Studiul dintre aceste fenomene este direct legată de cunoașterea fenomenelor de bază de „recunoaștere” a moleculelor de biopolimer. Ideea este de a afla ce combinații de aminoacizi - în molecule de proteine sau nucleotide - în acizi nucleici interacționează între ele în timpul proceselor de asociere a moleculelor individuale cu formarea de complexe cu o compoziție și o structură strict specifică, predeterminată. Acestea includ procesele de formare a proteinelor complexe din subunitățile lor; în plus, interacțiunea selectivă între moleculele de acid nucleic, de exemplu transportul și matricea (în acest caz, dezvăluirea codului genetic a extins semnificativ informațiile noastre); în cele din urmă, este formarea multor tipuri de structuri (de exemplu, ribozomi, viruși, cromozomi), în care sunt implicate atât proteine, cât și acizi nucleici. Descoperirea tiparelor corespunzătoare, cunoașterea „limbajului” care stă la baza acestor interacțiuni, constituie una dintre cele mai importante domenii ale biologiei matematice, care încă așteaptă dezvoltarea sa. Această zonă este considerată a aparține numărului probleme fundamentale pentru întreaga biosferă.

Probleme de biologie moleculară. Alături de sarcinile importante indicate ale lui M. b. (cunoașterea legilor „recunoașterii”, auto-asamblare și integrare) o direcție urgentă a cercetării științifice în viitorul apropiat este dezvoltarea unor metode care să permită descifrarea structurii, iar apoi organizarea tridimensională, spațială a acizi nucleici cu greutate moleculară mare. Acest lucru a fost realizat acum în legătură cu plan general structura tridimensională a ADN-ului (dublă helix), dar fără cunoașterea precisă a structurii sale primare. Progres rapid în dezvoltare metode analitice ne permit să ne așteptăm cu încredere la atingerea acestor obiective în următorii ani. Aici, desigur, principalele contribuții vin de la reprezentanți ai științelor conexe, în primul rând fizicii și chimiei. Toate cele mai importante metode, a căror utilizare a asigurat apariția și succesul biologiei moleculare, au fost propuse și dezvoltate de către fizicieni (ultracentrifugarea, analiza prin difracție de raze X, microscopia electronică, rezonanța magnetică nucleară etc.). Aproape toate abordările experimentale fizice noi (de exemplu, utilizarea computerelor, sincrotronului sau bremsstrahlung, radiații, tehnologie laser etc.) deschid noi oportunități pentru studiul aprofundat al problemelor biologiei moleculare. Printre cele mai importante probleme practice, răspunsul la care se așteaptă de la M. b., în primul rând, este problema bazei moleculare a creșterii maligne, apoi - modalități de a preveni, și poate de a depăși, bolile ereditare - „boli moleculare ” (Vezi Boli moleculare). Elucidarea bazei moleculare a catalizei biologice, adică acțiunea enzimelor, va fi de mare importanță. Printre cele mai importante tendințe moderne în M. b. ar trebui să includă dorința de a descifra mecanismele moleculare de acțiune ale hormonilor (vezi Hormoni) , substanțe toxice și medicinale, precum și detalii despre structura moleculară și funcționarea unor structuri celulare precum membranele biologice implicate în reglarea proceselor de penetrare și transport al substanțelor. Goluri mai îndepărtate ale lui M. b. - cunoașterea naturii proceselor nervoase, a mecanismelor de memorie (vezi Memorie), etc. Una dintre secțiunile importante emergente ale memorării. - așa-zis inginerie genetică, care urmărește să opereze în mod intenționat aparatul genetic (Genomul) al organismelor vii, de la microbi și inferioare (monocelulare) la oameni (în acest din urmă caz, în primul rând în scopul tratamentului radical al bolilor ereditare (vezi Boli ereditare) și corectarea defectelor genetice). Intervenții mai extinse în baza genetică umană nu pot fi discutate decât într-un viitor mai mult sau mai puțin îndepărtat, deoarece aceasta va implica obstacole serioase atât de natură tehnică, cât și fundamentală. În legătură cu microbi, plante și, eventual, produse agricole. Pentru animale, astfel de perspective sunt foarte încurajatoare (de exemplu, obținerea de soiuri de plante cultivate care au un aparat de fixare a azotului din aer și nu necesită îngrășăminte). Ele se bazează pe succesele deja obținute: izolarea și sinteza genelor, transferul genelor de la un organism la altul, aplicarea culturi populare celulele ca producătoare de substanţe importante din punct de vedere economic sau medical.

Organizarea cercetărilor în biologie moleculară. Dezvoltarea rapidă a M. b. a dus la apariţia unui număr mare de centre de cercetare specializate. Numărul lor crește rapid. Cel mai mare: în Marea Britanie - Laboratory of Molecular Biology din Cambridge, Royal Institution din Londra; în Franța - institute de biologie moleculară din Paris, Marsilia, Strasbourg, Institutul Pasteur; în SUA - departamentele M. b. la universități și institute din Boston (Harvard University, Massachusetts Institute of Technology), San Francisco (Berkeley), Los Angeles (California Institute of Technology), New York (Rockefeller University), institute de sănătate din Bethesda etc.; în Germania - institutele Max Planck, universitățile din Göttingen și München; în Suedia - Karolinska Institutet din Stockholm; in RDG - Institutul Central biologie moleculară la Berlin, institute din Jena și Halle; în Ungaria - Centrul Biologic din Szeged. În URSS, primul institut specializat de medicină medicală. a fost creat la Moscova în 1957 în sistemul Academiei de Științe a URSS (vezi. ); apoi s-au format: Institutul de Chimie Bioorganică al Academiei de Științe a URSS din Moscova, Institutul de Proteine din Pușchino, Departamentul de Biologie al Institutului energie atomica(Moscova), departamentele M. b. la institutele Filialei siberiene a Academiei de Științe din Novosibirsk, Laboratorul Interfacultat de Chimie Bioorganică al Universității de Stat din Moscova, sectorul (atunci Institutul) de Biologie Moleculară și Genetică al Academiei de Științe a RSS Ucrainei din Kiev; munca semnificativa conform lui M. b. se desfășoară la Institutul de Compuși Macromoleculari din Leningrad, într-un număr de departamente și laboratoare ale Academiei de Științe a URSS și din alte departamente.

Alături de centrele de cercetare individuale au apărut organizații de o scară mai mare. ÎN Europa de Vest A luat naștere organizația europeană pentru M. b. (EMBO), la care participă peste 10 țări. În URSS, la Institutul de Biologie Moleculară, a fost creat în 1966 un consiliu științific de biologie moleculară, care este un centru de coordonare și organizare în acest domeniu al cunoașterii. A publicat o serie extinsă de monografii despre cele mai importante secțiuni ale matematicii, organizează în mod regulat „școli de iarnă” de matematică și ține conferințe și simpozioane despre problemele actuale M. b. În viitor, sfaturile științifice privind M. b. au fost create la Academia de Științe Medicale a URSS și multe Academii de Științe republicane. Din 1966, a fost publicată revista Molecular Biology (6 numere pe an).

Într-o perioadă relativ scurtă de timp, în URSS a crescut un grup semnificativ de cercetători în domeniul microbiologiei; aceștia sunt oameni de știință din generația mai în vârstă care și-au schimbat parțial interesele din alte domenii; în cea mai mare parte, aceștia sunt numeroși tineri cercetători. Printre oamenii de știință de frunte care au luat parte activ la formarea și dezvoltarea lui M. b. în URSS, se pot numi precum A. A. Baev, A. N. Belozersky, A. E. Braunstein, Yu A. Ovchinnikov, A. S. Spirin, M. M. Shemyakin, V. A. Engelhardt. Noi realizări ale lui M. b. iar genetica moleculară va fi promovată prin rezoluția Comitetului Central al PCUS și a Consiliului de Miniștri al URSS (mai 1974) „Cu privire la măsurile de accelerare a dezvoltării biologiei moleculare și a geneticii moleculare și utilizarea realizărilor lor în plan național. economie."

Lit.: Wagner R., Mitchell G., Genetică și metabolism, trad. din engleză, M., 1958; Szent-Gyorgy și A., Bioenergetică, trad. din engleză, M., 1960; Anfinsen K., Baza moleculară evoluție, trad. din engleză, M., 1962; Stanley W., Valens E., Virusurile și natura vieții, trad. din engleză, M., 1963; Genetica moleculară, trans. Cu. engleză, partea 1, M., 1964; Volkenshtein M.V., Molecule și viață. Introducere în biofizica moleculară, M., 1965; Gaurowitz F., Chimia și funcțiile proteinelor, trans. din engleză, M., 1965; Bresler S.E., Introduction to molecular biology, ed. a III-a, M. - L., 1973; Ingram V., Biosinteza macromoleculelor, trad. din engleză, M., 1966; Engelhardt V. A., Biologie moleculară, în cartea: Dezvoltarea biologiei în URSS, M., 1967; Introducere în biologia moleculară, trad. din engleză, M., 1967; Watson J., Biologia moleculară a genei, trad. din engleză, M., 1967; Finean J., Ultrastructuri biologice, trad. din engleză, M., 1970; Bendall J., Mușchi, molecule și mișcare, trad. din engleză, M., 1970; Ichas M., Cod biologic, trad. din engleză, M., 1971; Biologia moleculară a virusurilor, M., 1971; Baza moleculară a biosintezei proteinelor, M., 1971; Bernhard S., Structura și funcția enzimelor, trad. din engleză, M., 1971; Spirin A. S., Gavrilova L. P., Ribosome, ed. a 2-a, M., 1971; Frenkel-Konrath H., Chimia și biologia virusurilor, trad. din engleză, M., 1972; Smith K., Hanewalt F., Fotobiologie moleculară. Procese de inactivare și recuperare, trad. din engleză, M., 1972; Harris G., Fundamentele geneticii biochimice umane, trad. din engleză, M., 1973.

V. A. Engelhardt.

Mare Enciclopedia sovietică. - M.: Enciclopedia Sovietică. 1969-1978 .