Pode-se dizer que a biologia molecular continua a demonstrar vida em estruturas ou sistemas não vivos com sinais elementares de vida (que podem incluir macromoléculas biológicas, seus complexos ou organelas), incluindo, entre outras coisas, chaves e os processos que caracterizam a matéria viva são realizados através de interações químicas.
A visão da biologia molecular e da bioquímica como um ramo independente da ciência é ditada pelo fato de que suas principais tarefas são o desenvolvimento da estrutura e do poder das macromoléculas biológicas, que participam de diversos processos, relacionados às mudanças mecânicas em suas relações mútuas. A bioquímica trata do estudo dos processos da vida, dos padrões de seu fluxo em um organismo vivo e da transformação das moléculas que acompanham esses processos. No final das contas, a biologia molecular está relacionada com a nutrição, mas é provável que outro processo esteja relacionado com a forma como a bioquímica está relacionada com a nutrição e do ponto de vista da química.
História
Biologia molecular A rapidez com que a bioquímica começou a tomar forma na década de 30 do século passado. Para compreender o fenómeno da vida, não há necessidade de investigações diretas ao nível molecular dos processos para preservar e transmitir informações de choque nos organismos vivos. Então a importância da biologia molecular foi determinada pela estrutura, poder e interação ácidos nucleicos e Belkov. O termo “biologia molecular” foi usado pela primeira vez pelo cientista inglês William Astbury no contexto da pesquisa sobre as relações entre a estrutura molecular e os poderes físicos e biológicos das proteínas fibrilares, como o agente, a fibrina do sangue ou as proteínas de vida curta da carne. .
Nos primórdios da biologia molecular, o RNA era considerado um componente de plantas e fungos, e o DNA era visto como um componente típico de células animais. O primeiro investigador que trouxe DNA para ervilhas foi Andriy Mikolayovich Bilozersky, que viu DNA em ervilhas em 1935. Isto revelou o fato de que o DNA é um ácido nucleico universal presente em células, plantas e animais.
Realizações sérias foram o estabelecimento, por George Beadle e Edward Tatum, de uma ligação causal direta entre genes e proteínas. Em seus experimentos, o mau cheiro foi causado por células da neurospora ( Neurosporagrosseira) Análise de raios X, que revelou mutações. Os resultados mostraram o que causou a alteração no poder de enzimas específicas.
Na década de 1940, Albert Claude viu grânulos de vingança de RNA citoplasmático no citoplasma de animais, que eram menores que as mitocôndrias. Ele os chamou de micros. Ao longo dos anos, com a investigação da estrutura e do poder das partículas, foi estabelecido o seu principal papel no processo de biossíntese de proteínas. Em 1958, no primeiro simpósio dedicado a essas partes, decidiu-se chamá-las de ribossomos.
Outro marco importante no desenvolvimento da biologia molecular foi a publicação, em 1944, dos experimentos de Oswald Every, Colin MacLeod e McLean McCarthy, que mostraram que a causa da transformação bacteriana é o DNA. Esta foi a primeira prova experimental do papel do DNA na transmissão de informações esporádicas, o que desmentiu as descobertas anteriores sobre a natureza proteica dos genes.
No início da década de 1950, Frederic Sanger mostrou que a lança branca possui uma sequência única de aminoácidos. Por exemplo, na década de 50, Max Perutz e John Kendrew decifraram a vastidão da vida cotidiana das primeiras proteínas. Desde 2000, centenas de milhares de sequências naturais de aminoácidos e milhares de estruturas espaciais de proteínas foram identificadas.
Na mesma época, a pesquisa de Erwin Chargaff permitiu-lhe formular regras que descrevem a relação das bases nitrogenadas no DNA (as regras dizem que independentemente da espécie, o DNA tem muita guanina e muita citosina, e muita de adenina e muito temin), que ajudou a desenvolver o maior avanço na biologia molecular é um dos maiores avanços na biologia.
Esta ideia nasceu em 1953, quando James Watson e Francis Crick se basearam nas obras de Rosalind Franklin e Maurice Wilkins Análise estrutural de raios X O DNA foi inserido na estrutura de dupla hélice da molécula de DNA. Isso nos permitiu informar a nutrição importante sobre a origem da presença de informações espasmódicas antes da autocriação e compreender o mecanismo de transmissão de tais informações. Recentemente, foi formulado o princípio da complementaridade das bases nitrogenadas, que é de fundamental importância para a compreensão do mecanismo de formação das estruturas supramoleculares. Este princípio, agora estabelecido para a descrição de todos os complexos moleculares, permite-nos descrever e transferir as mentes de interações intermoleculares fracas (não valentes), que compreendem a possibilidade de formação de segundas, terciárias, etc. a estrutura das macromoléculas, o fluxo de sistemas biológicos supramoleculares autodobráveis, o que significa uma grande diversidade de estruturas moleculares e seus conjuntos funcionais. Todi, jornal de ciências da rocha de 1953, Journal of Molecular Biology. Sua área de interesse científico foi a investigação da estrutura das proteínas globulares (Prêmio Nobel de 1962 junto com Max Perutz). Uma revista russa semelhante sob o nome "Molecular Biology" foi fundada na URSS por V. A. Engelhardt em 1966.
Em 1958, Francis Crick formulou o chamado o dogma central da biologia molecular: afirmações sobre a irreversibilidade do fluxo de informação genética do DNA através do RNA para as proteínas seguindo o padrão DNA→DNA (replicação, fazer cópias de DNA), DNA→RNA (transcrição, copiar um gene iv), RNA → proteína (tradução, decodificação de informações sobre a estrutura das proteínas). Este dogma na década de 1970 foi completamente corrigido devido ao acúmulo de conhecimento acumulado, e a descoberta de uma reversão da transcrição foi revelada independentemente por Howard Temin e David Baltimore: a descoberta de uma enzima - a revertase, que é indicativa da criação de reviravolta transcrição - a criação de DNA de fita dupla em uma matriz de RNA de fita simples, vírus. Deve-se notar que a necessidade do fluxo de informação genética dos ácidos nucléicos para as proteínas ainda falta na base da biologia molecular.
Em 1957, Oleksandr Sergeyovich Spirin e Andriy Mykolayovich Bilozersky mostraram que, apesar das diferenças significativas na composição de nucleotídeos do DNA de diferentes organismos, a composição do RNA sumário é semelhante. Com base nesses dados, chegaram a uma conclusão sensacional sobre o fato de que o RNA total das células não pode atuar como transportador da informação genética do DNA para as proteínas, pois não corresponde ao seu conteúdo. Ao mesmo tempo, eles notaram que a principal fração secundária do RNA é semelhante em sua composição de nucleotídeos ao DNA e pode ser um verdadeiro transportador de informação genética do DNA para as proteínas. Como resultado, eles transferiram a produção de pequenas moléculas de RNA, que são análogas a pequenos pedaços de DNA, e assumem o papel de intermediários na transferência da informação genética que está localizada no DNA, no ribossomo e em outras fontes. a síntese de moléculas de proteínas. Em 1961, as crianças (S. Brenner, F. Jacob, M. Meselson de um lado e F. Gros, François Jacob e Jacques Monod foram os primeiros a descobrir a última confirmação da existência de tais moléculas - informação (matriz) RNA Eles também desenvolveram o conceito desse modelo de unidade funcional de DNA – um operon, que nos permite explicar como funciona a regulação da expressão gênica em procariontes.
Em 1961, ao longo de várias décadas, Heinrich Matthay e Marshall Nirenberg, e depois Har Korana e Robert Holley, realizaram um grande trabalho de decifração do código genético, como resultado do qual foi estabelecida uma relação direta Conexões entre a estrutura do DNA e sintetizado proteínas e a sequência determinada pela coleção de aminoácidos da proteína. Também foram obtidos dados sobre a universalidade do código genético. A descoberta recebeu o Prêmio Nobel em 1968.
Para o desenvolvimento dos fenômenos atuais sobre as funções do RNA, o mais importante foi a criação do RNA, que não é codificado, com base nos resultados do trabalho de Oleksandr Sergiyovich Spirin junto com Andriy Mykolayovich Belozersky 1958, Charles Brenner Dos coautores e Sol Spigelman 1961 rock. Este tipo de RNA torna-se a parte principal do RNA celular. O RNA ribossômico é imediatamente visível para os não codificadores.
Os métodos de cultivo e hibridização de criaturas clitinas foram responsáveis por desenvolvimentos sérios. Em 1963, François Jacob e Sydney Brenner formularam o conceito de replicon - uma sequência de genes replicantes invisíveis, que explica aspectos importantes regulação da replicação genética
Em 1967, o trabalho no laboratório de A. S. Spirin foi o primeiro a demonstrar que a forma do RNA compactamente dobrado determina a morfologia da região ribossômica.
Em 1968, o destino foi dividido em aspectos mais fundamentais. Okazaki, que descobriu fragmentos de DNA da lanceta durante o processo de replicação, batizou de fragmentos de Okazaki em homenagem a ela, esclareceu o mecanismo de replicação do DNA.
Na década de 1970, independentemente de Howard Temin e David Baltimore, o significado da descoberta foi descoberto: a descoberta de uma enzima - a revertase, que é responsável pela criação da transcrição reversível - a criação de DNA de circuito duplo na matriz única. RNA encalhado, encontrado em vírus oncogênicos, que substitui o RNA.
Outra conquista importante da biologia molecular foi a elucidação do mecanismo de mutações em nível molecular. Como resultado de uma série de investigações, foram identificados os principais tipos de mutações: duplicações, inversões, deleções, translocações e transposições. Isto tornou possível ver as mudanças evolutivas do ponto de vista dos processos genéticos e permitiu-nos desenvolver a teoria de uma origem molecular que estagna na filogenia.
No início da década de 1970, foram formulados os princípios básicos do funcionamento dos ácidos nucléicos e das proteínas em um organismo vivo. Verificou-se que as proteínas e os ácidos nucleicos no corpo são sintetizados por trás de um mecanismo de matriz; a molécula da matriz carrega informações criptografadas sobre a sequência de aminoácidos (na proteína) ou nucleotídeos (no ácido nucleico). Durante a replicação (DNA replicado) ou transcrição (síntese de irRNA), o DNA serve como tal matriz; durante a tradução (síntese de proteínas) ou transcrição reversa, o iRNA serve como tal matriz.
Dessa forma, foram feitas mudanças teóricas para o desenvolvimento instruções aplicadas biologia molecular, zocrema, engenharia genética. Em 1972, Paul Berg, Herbert Boer e Stanley Cohen desenvolveram a tecnologia de clonagem molecular. Então eles primeiro extraíram o DNA recombinante da amostra. Estas experiências seminais lançaram as bases da engenharia genética, e este rio é considerado a data da ciência nacional.
Em 1977, Frederick Sanger e, posteriormente, Allan Maxam e Walter Gilbert desenvolveram vários métodos para determinar a estrutura primária (sequenciamento) do DNA. O método Sanger, também conhecido como método Lanczug, é a base do método de sequenciamento diário. O princípio do sequenciamento de bases em bases marcadas com vicoristão, que atuam como terminadores da reação de sequenciamento cíclico. Este método, tendo adquirido um amplo leque de possibilidades, pode realizar a análise rapidamente.
1976 r. - Frederico. Sanger decifrou a sequência de nucleotídeos do DNA do fago φΧ174 fago de 5375 pares de nucleotídeos.
1981 – A anemia falciforme torna-se a primeira doença genética a ser diagnosticada através de testes de DNA.
1982-1983 A descoberta da função catalítica do RNA nos laboratórios americanos T. Check e S. Altman mudou a compreensão do papel das proteínas. Por analogia com proteínas catalíticas – enzimas, os RNAs catalíticos foram chamados de ribozimas.
1987 Keri Mullez descobriu a reação da polimerase Lanzug, que pode aumentar significativamente individualmente o número de moléculas de DNA usadas para trabalhos futuros. Hoje, este é um dos métodos mais importantes da biologia molecular, que é utilizado em casos de surtos tardios e doenças virais, com genes implantados, e com indivíduos geneticamente determinados e aqueles determinados por acidente.
Em 1990, ao mesmo tempo, três grupos de publicações recentes publicaram um método que possibilitou isolar rapidamente em laboratório RNA funcionalmente ativo sintético (ribossomos únicos ou moléculas que interagem com vários ligantes - aptameri). Este método recebeu o nome de “evolução no protótipo”. Nunca depois disso, em 1991-1993, no laboratório de A.B. Quádruplo mostrou experimentalmente a possibilidade de formação, crescimento e amplificação de moléculas de RNA na forma de colônias em núcleos sólidos.
Em 1998, quase da noite para o dia, Craig Mello e Andrew Fire descreveram um mecanismo que havia sido evitado anteriormente durante experimentos genéticos com bactérias e células. Interferência de RNA, Quando a molécula de RNA é pequena, leva à supressão específica da expressão gênica
A compreensão do mecanismo de interferência do RNA é de significado prático ainda mais importante para a biologia molecular moderna. Isto é amplamente utilizado em experimentos científicos como ferramenta de “impacto”, a fim de sufocar a expressão de certos genes. O interesse particular das evocações é que este método permite a supressão temporária da atividade dos genes que estão sendo evocados. Está sendo investigada a possibilidade de estagnação deste recipiente para tratamento de doenças virais, edematosas, degenerativas e metabólicas. Deve-se notar que em 2002, foram descobertos mutantes do vírus da poliomielite, criando uma interferência de RNA única, o que requer um pouco mais de trabalho para desenvolver métodos de desinfecção efetivamente eficazes com base na revelação de Cujo.
Em 1999-2001, vários grupos de sucessores identificaram a estrutura do ribossomo bacteriano de 5,5 a 2,4 angstroms.
Item
É importante reavaliar as conquistas da biologia molecular na natureza viva conhecida. Grandes sucessos foram alcançados devido ao conceito bem-sucedido de pesquisa: processos biológicos complexos são vistos a partir da posição de sistemas moleculares vizinhos, o que permite estabelecer métodos físicos e químicos precisos investigação Isso também trouxe para este ramo da ciência muita sabedoria de várias áreas: química, física, citologia, virologia, o que também afetou agradavelmente a escala e a velocidade de desenvolvimento do conhecimento científico neste ramo. Descobertas significativas como a determinação da estrutura do DNA, a decodificação do código genético e a modificação individual direta do genoma tornaram possível compreender melhor as especificidades dos processos de desenvolvimento dos organismos e determinar com sucesso os fatores numéricos mais importantes. e ciências aplicadas, ciências médicas e sociais, que até recentemente eram consideradas invioláveis.
O tema da biologia molecular são principalmente proteínas, ácidos nucléicos e complexos moleculares (máquinas moleculares) em sua base e nos processos em que participam.
Os ácidos nucleicos são polímeros lineares que são dobrados a partir de ligações de nucleotídeos (conexão de uma estrutura pentamembrada com um grupo fosfato no quinto átomo do ciclo e uma das quatro bases nitrogenadas), conectados entre si por uma estrutura dobrável com uma ligação de grupos fosfato . Assim, um ácido nucleico é um polímero de pentose fosfato com bases nitrogenadas como compostos biológicos. A composição química do RNA é dividida em DNA porque ele é formado a partir de um ciclo de cinco membros no carboidrato ribose, bem como outro - um derivado desidroxilado da ribose - a desoxirribose. Neste caso, todas as moléculas são radicalmente separadas, os fragmentos de RNA são uma molécula de unidade única e o DNA é uma molécula de múltiplas unidades.
As proteínas são polímeros lineares que consistem em cadeias de alfa-aminoácidos unidas por uma ligação peptídica, também conhecidas como polipeptídeos. O armazenamento de proteínas naturais inclui diversas camadas diferentes de aminoácidos – em humanos até 20 – o que significa uma ampla gama de poderes funcionais dessas moléculas. Estas ou outras proteínas também podem participar do processo cutâneo do corpo e cumprir sua tarefa: desempenham o papel de material vivo dos tecidos, garantem o transporte de substâncias e íons e catalisam reações químicas tsії, - esta lista é muito longa. As proteínas criam conformações moleculares estáveis de vários níveis de organização (estruturas secundárias e terciárias) e complexos moleculares, o que amplia ainda mais sua funcionalidade. Essas moléculas podem ter alta especificidade até a criação de uma estrutura globular dobrada e espaçosa. A grande diversidade de proteínas garante um interesse constante por todos os tipos de moléculas.
As declarações atuais sobre o tema da biologia molecular baseiam-se no que foi proposto pela primeira vez em 1958 por Francis Crick como o dogma central da biologia molecular. A essência disso é que a informação genética nos organismos vivos passa por uma série de estágios de implementação: a cópia do DNA no DNA entra em decadência, do DNA no RNA e do RNA nas proteínas, e não há reviravolta, ok. Esta afirmação era apenas parcialmente verdadeira, pelo que o dogma central foi corrigido face aos novos dados que surgiram.
Atualmente, existem diversas formas de implementação de material genético, que representam diferentes sequências de desenvolvimento três tipos A base da informação genética: DNA, RNA e proteínas. Em nove formas possíveis de implementação, existem três grupos: três transformações gerais (gerais), que operam normalmente na maioria dos organismos vivos; três transformações especiais que ocorrem em certos vírus ou em mentes especiais de laboratório; três transformações desconhecidas (desconhecidas), cuja criação, como sabemos, é impossível.
Antes da transformação final, são vistos os seguintes caminhos para a implementação do código genético: DNA → DNA (replicação), DNA → RNA (transcrição), RNA → proteína (tradução).
Para transmitir os sinais espasmódicos, os pais precisam transferir uma valiosa molécula de DNA para os animais. O processo, dependendo de como o DNA de saída é regulado, uma cópia exata pode ser sintetizada e o material genético pode ser transferido, é chamado de replicação. Funciona com proteínas especiais que desvendam a molécula (endireitam-na), desenrolam a espiral e, com a ajuda da DNA polimerase, criam uma cópia exata da molécula de DNA de saída.
Para garantir a viabilidade de uma célula, é necessário transformá-la gradativamente no código genético contido na subcadeia do DNA. Esta molécula de proteína é muito grande e não estagna como fonte central de material genético para a síntese protéica ininterrupta. Portanto, durante a implementação das informações contidas no DNA, há uma etapa intermediária: a síntese do mRNA, que é uma pequena molécula de braço único complementar à seção do DNA que codifica a proteína. O processo de transcrição é realizado pela RNA polimerase e fatores de transcrição. A molécula isolada pode ser facilmente entregue à célula responsável pela síntese protéica - o ribossomo.
Depois que o RNA é consumido pelo ribossomo, começa a etapa restante da implementação da informação genética. Nesse caso, o ribossomo lê o código genético do mRNA em tripletos, chamados de códons, e sintetiza, a partir da informação retirada, uma proteína nucleotídica.
Como resultado de transformações especiais, o código genético é implementado de acordo com o esquema RNA→RNA (replicação), RNA→DNA (transcrição reversa), DNA→proteína (tradução direta). Esse tipo de replicação ocorre em muitos vírus e é realizada pela enzima RNA polimerase de armazenamento de RNA. Enzimas semelhantes são encontradas em células de eucariotos, mas estão associadas ao processo de silenciamento do RNA. A transcrição da porta foi detectada em retrovírus, onde é ativada pela enzima transcriptase da porta, bem como em certas formas em células eucarióticas, por exemplo, durante a síntese telomérica. A transmissão ao vivo funciona melhor para as mentes individuais no sistema isolado da postura da gaiola.
Independentemente das três transições possíveis da informação genética de proteína para proteína, RNA ou DNA é impossível. O efeito do influxo de príons nas proteínas, que resulta na criação de um príon semelhante, poderia ser atribuído intelectualmente à implementação da informação genética de proteínas → proteínas. Tim não é menor, formalmente não é assim, já que a sequência de aminoácidos não adere à proteína.
Tsikava é a história do termo cunhado “dogma central”. Visto que a palavra dogma na forma cogal significa uma afirmação firme que não encoraja dúvidas, e a própria palavra tem um tom religioso claro, a escolha de qual descrever um fato científico não é inteiramente legítima. Nas palavras do próprio Francis Crick, não há misericórdia. Embora existam definitivamente teorias de maior importância, você pode vê-las e a semelhança de outras teorias e hipóteses; Hoje em dia, a palavra é vitoriosa, não entendendo o seu verdadeiro significado. O nome, porém, pegou.
Biologia molecular hoje
Os desenvolvimentos frenéticos da biologia molecular, o interesse constante em alcançar esta galusa do lado do casamento e a importância objetiva da investigação levaram à culpa Grande quantidade Grandes centros científicos de biologia molecular em todo o mundo. Entre as maiores pistas estão as seguintes: o Laboratório de Biologia Molecular de Cambridge, a Royal Institution de Londres – na Grã-Bretanha; Institutos de Biologia Molecular em Paris, Marselha e Estrasburgo, Instituto Pasteur em França; Departamento de Biologia Molecular da Universidade de Harvard e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, da Universidade de Berkeley, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, da Universidade Rockefeller, etc. aqui está um funeral de saúde em Bethesda - nos EUA; Instituto Max Planck, universidades em Göttingen e Munique, Instituto Central de Biologia Molecular em Berlim, institutos na Alemanha e Halle - perto da Alemanha; Karolinska Institutet perto de Estocolmo, perto da Suécia.
Na Rússia, seus centros de pesquisa são o Instituto de Biologia Molecular. VA Engelhardt RAS, Instituto de Genética Molecular RAS, Instituto de Biologia Genética RAS, Instituto de Biologia Físico-Química em homenagem. A. N. Bilozersky MDU im. MV Lomonosov, Instituto de Bioquímica im. A.N.Bach RAS e o Instituto de Ciências de Proteínas RAS perto de Pushchin.
Hoje, os interesses dos biólogos moleculares são alimentados por uma ampla gama de tópicos científicos fundamentais. Tal como anteriormente, a alteração da estrutura dos ácidos nucleicos e da biossíntese de proteínas desempenha um papel importante, bem como as funções de várias estruturas celulares internas e superfícies celulares. Também importantes são o desenvolvimento de mecanismos de recepção e transmissão de sinais, mecanismos moleculares de transporte do meio do corpo, bem como do corpo para fora do corpo e vice-versa. Entre as principais direções da investigação científica no domínio da biologia molecular aplicada, uma das maiores prioridades é o problema do surgimento e desenvolvimento do papagaio-do-mar. Também muito importante, o ramo da biologia molecular - genética molecular - está empenhado no estudo da base molecular da incidência de doenças pandémicas e doenças virais, por exemplo, SID, bem como no desenvolvimento de formas de as prevenir e, talvez , a graça é genética. O desenvolvimento dos biólogos moleculares na medicina marinha tornou-se amplamente conhecido. A verdadeira revolução no campo da identificação de indivíduos ocorreu na década de 1980, com a Rússia, os EUA e a Grã-Bretanha a desenvolverem cada vez mais o método de “impressão digital genómica” – identificar um indivíduo através do ADN. As investigações nesta área não foram aplicadas até hoje, os métodos modernos permitem estabelecer as peculiaridades da pesquisa - um bilhão e cem. Já está em andamento o desenvolvimento de um projeto de passaporte genético que, o mais rápido possível, reduzirá significativamente a taxa de malignidade.
Metodologia
A biologia molecular atual tem à sua disposição um grande arsenal de métodos que permitem realizar as tarefas mais avançadas e complexas que o futuro enfrenta.
Um dos métodos mais extensos em biologia molecular є eletroforese em gel, que é a diferença entre o tamanho e a carga das macromoléculas. Imediatamente após a separação das macromoléculas do gel, é realizado o blotting, método que permite que as macromoléculas sejam transferidas do gel (sorvidas) para a superfície da membrana para facilitar o trabalho posterior com elas, incluindo a hibridização. A hibridização - a formação de DNA híbrido a partir de dois DNAs de natureza diferente - é um método que desempenha um papel importante na pesquisa fundamental. Vіn zastosovetsya para consulta complementar fragmentos em diferentes DNA (DNA espécies diferentes), com a ajuda da qual é detectada a busca por novos genes, com a ajuda da qual foi detectada a interferência aberta do RNA, que é o princípio que forma a base da impressão digital genômica.
Um grande papel na prática atual da pesquisa biológica molecular é desempenhado pelo método de sequenciamento - determinação da sequência de nucleotídeos em ácidos nucléicos e aminoácidos em proteínas.
A biologia molecular atual não pode ser detectada sem o método da reação da polimerase Lanczyg (PLR). Este método também aumenta o número de cópias de uma determinada sequência de DNA (amplificação), de modo que a fala suficiente possa ser extraída de uma molécula para processamento posterior. Resultado semelhante é alcançado pela tecnologia de clonagem molecular, na qual a sequência de nucleotídeos absorvida é reproduzida no DNA das bactérias (sistemas vivos), após o que as bactérias são multiplicadas até o resultado desejado. Esta abordagem é tecnicamente muito complexa e permite determinar imediatamente o resultado da expressão da sequência de nucleótidos que está a ser monitorizada.
Além disso, a pesquisa biológica molecular utiliza amplamente métodos de ultracentrifugação (para submacromoléculas (moléculas grandes), células, organelas), métodos de microscopia eletrônica e de fluorescência, métodos espectrofotométricos, análise de difração de raios X, autorradiografia.
Devido ao progresso tecnológico e à investigação científica no domínio da química, física, biologia e ciência da computação, temos agora a capacidade de ver, alterar e alterar os genes e processos dos quais eles derivam.
O desenvolvimento da bioquímica, biofísica, genética, citoquímica, vários ramos da microbiologia e virologia aproximadamente no início dos anos 40 do século XX. imediatamente levou ao desenvolvimento de fenômenos vivos em nível molecular. Os sucessos alcançados por estas ciências, simultaneamente e de vários lados, levaram à consciência de que os sistemas nucleares básicos do corpo funcionam a nível molecular e que o progresso adicional destas ciências reside na descoberta da biologia. que formam os corpos dos organismos, sua participação na síntese, desintegração, transformação mútua e reprodução de partes do corpo, bem como na troca de energia e informações que ocorre durante esse processo. Assim, no contexto dessas disciplinas biológicas com a química e a física, surgiu um fenômeno completamente novo - a biologia molecular.
No campo da bioquímica, a atenção da biologia molecular moderna está focada principalmente nas estruturas e funções implantadas das classes mais importantes de biopolímeros - proteínas e ácidos nucléicos, primeiro indicam a própria possibilidade de ocorrência de reações metabólicas, e outros - a biossíntese de proteínas específicas. É claro que é impossível uma distinção clara entre biologia molecular e bioquímica, subdivisões de genética, microbiologia e virologia.
A ascensão da biologia molecular tem estado intimamente ligada ao desenvolvimento de novos métodos de investigação que já foram descobertos nestes tipos de ramos. Junto com o desenvolvimento da microscopia eletrônica e de outros métodos de tecnologia microscópica, um grande papel foi desempenhado pelo desenvolvimento de métodos de fracionamento de elementos celulares na década de 50. Os fedores foram aterrados usando os métodos mais completos de centrifugação diferencial (A. Claude, 1954). Até agora, existiam métodos confiáveis para observação e fracionamento de biopolímeros. Aqui está, zokrem, a proposta de A. Tizelius (1937; Prêmio Nobel, 1948) do método de fracionamento de proteínas usando eletroforese adicional, métodos para a detecção e purificação de ácidos nucléicos (E. Kay, A. Downes, M. Sevag, A. Mirsky et al.). Ao mesmo tempo, vários métodos de análise cromatográfica foram desenvolvidos em muitos laboratórios ao redor do mundo (A. Martin e R. Singh, 1941; Prêmio Nobel, 1952), e assim completamente aperfeiçoados.
A análise de difração de raios X forneceu um serviço inestimável na decifração da estrutura dos biopolímeros. Os princípios básicos da análise estrutural de raios X foram desenvolvidos no Royal College da Universidade de Londres sob a supervisão de W. Bragg por um grupo de seguidores, que incluía J. Bernal, A. Lonsdale, W. Astbury, J. Robertson e outros.
É especialmente importante notar a pesquisa do Professor A. R. Kizel da Universidade Estadual de Moscou sobre a bioquímica dos protoplasmas (1925 – 1929), que é de pouca importância para o desenvolvimento posterior da biologia molecular. Kiesel enraizou-se fortemente no fenômeno de que na base de qualquer protoplasma está um corpo protéico especial - placas, o que significa todas as características estruturais e funcionais mais importantes. Ele mostrou que as placas são uma proteína formada apenas nos mixomicetos, e mesmo no estágio inicial de desenvolvimento, e que cada componente estacionário - uma única proteína esquelética - não existe no protoplasma. O próprio Tim desenvolveu o problema dos protoplasmas e o papel funcional das proteínas da maneira certa e ganhou espaço para seu desenvolvimento. A pesquisa de Kiesel ganhou reconhecimento mundial, estimulando o desenvolvimento da química das partes de armazenamento da célula.
O termo “biologia molecular” foi cunhado pela primeira vez pelo cristalógrafo inglês e professor da Universidade de Leeds, W. Astbury, provavelmente no início da década de 1940 (antes de 1945). Estudos básicos de difração de raios X de proteínas e DNA, realizados por Astbury na década de 1930, serviram de base para a subsequente decifração bem-sucedida da estrutura secundária desses biopolímeros. Nascido em 1963 J. Bernal escreveu: “Um monumento a ele será erguido por toda a biologia molecular - a ciência que foi nomeada e verdadeiramente adormecida” * Na literatura, este termo apareceu pela primeira vez, talvez, em 1946. no artigo de W. Astbury “Progress in X-ray estrutural analysis of organic and fibrillary Structures”, publicado na revista inglesa “Nature”**. Em sua palestra sobre Harvey, Astbury (1950) lê: “Eu aceito que agora o O termo biologia molecular já é amplamente aceito, eu realmente não quero acreditar que fui o primeiro a divulgá-lo. Me convinha e há muito tempo eu queria expandi-lo." Já em 1950, Astbury tinha claro que a biologia molecular vem logo à frente da estrutura e conformação das macromoléculas, cujo estudo é de suma importância para a compreensão das macromoléculas. ciência.manejo de organismos vivos.
* (Biogr. Mem. Companheiros Roy. Soc, 1963, v. 9, 29.)
** (WT Astbury. Progresso da análise radiográfica de estruturas orgânicas e fibrosas.- Natureza,. 1946, v. 157, 121.)
*** (WT Astbury. Aventuras em Biologia Molecular. Thomas Springfield, 1952, pág. 3.)
Antes da biologia molecular existiam e existiam, acima de tudo, as mesmas tarefas que se colocam diante de toda a biologia em geral - o conhecimento da essência da vida e dos seus fenómenos básicos, o encerramento de coisas como a fragilidade e a multiplicidade. Hoje, a biologia molecular é chamada a decifrar a estrutura e função dos genes, vias e mecanismos para a implementação da informação genética dos organismos em vários estágios da ontogênese e em vários estágios de leitura. Vaughn está interessado em revelar os mecanismos sutis de regulação da atividade genética e diferenciação celular, explicando a natureza da mutagênese e a base molecular do processo evolutivo.
Estabelecimento do papel genético dos ácidos nucléicos
Para o desenvolvimento da biologia molecular, tais críticas são da maior importância. Nascido em 1944 Os pesquisadores americanos O. Every, K. McLeod (Prêmio Nobel, 1923) e M. McCarthy mostraram que as moléculas de DNA encontradas nos pneumococos têm atividade transformativa. Após hidrólise destes DNAs com desoxirribonuclease, a sua actividade transformadora foi evidente. O próprio Tim foi o primeiro a se convencer de que o próprio DNA, e não as proteínas, é dotado de funções genéticas nas células.
Para ser justo, deve-se notar que o fenômeno da transformação bacteriana foi descoberto muito antes da descoberta de Every, McLeod e McCarthy. Em 1928 F. Griffith publicou um artigo no qual relatou que após adicionar pneumococos não virulentos (não encapsulados) à cepa virulenta capsulada, o tecido resultante torna-se prejudicial aos camundongos. Além disso, as células pneumocócicas vivas observadas nas criaturas infectadas já eram virulentas e tinham uma pequena cápsula polissacarídica. O próprio Tim demonstrou que, ao infundir certos componentes de células pneumocócicas mortas, a forma não encapsulada da bactéria se transforma em uma forma virulenta criadora de cápsulas. Após 16 anos, Ever, McLeod e McCarthy substituíram a evidência de morte de células pneumocócicas inteiras por ácido desoxirribonucléico e mostraram que o próprio DNA tem atividade transformadora (div. também dividida em 7 e 25). É importante reavaliar o significado desta contribuição. Estimulou o teste de ácidos nucléicos em muitos laboratórios ao redor do mundo e começou a concentrar sua atenção no próprio DNA.
De acordo com o depoimento de Avery, McLeod e McCarthy, no início dos anos 50 já havia se acumulado uma riqueza de evidências diretas e indiretas de que os ácidos nucléicos desempenham um papel vital na vitalidade e têm uma função genética. Em geral, zokrema, indicando a natureza da localização do DNA na clitina e dados de R. Vendrelia (1948) sobre aqueles que em vez de DNA na clitina são estritamente estáveis e se correlacionam com o estágio de arado: no estado haplóide da clitina, o DNA é duas vezes tão pequeno, menor na somática diplóide. O papel genético do DNA também é evidenciado pela estabilidade metabólica. Até o início da década de 50, muitos fatos diferentes se acumularam, mostrando que a maioria dos fatores mutagênicos conhecidos atuam principalmente nos ácidos nucléicos e, principalmente, no DNA (R. Hotchkiss, 1949; G. Ephrussi-Taylor, 1951; E. Friz, 1957 ta.).
De particular importância é o papel genético estabelecido dos ácidos nucleicos na baixa variação de vários fagos e vírus. Nascido em 1933 D. Schlesinger conhece o DNA na bacteriófase da coli coli. Desde a visão de W. Stanley (1935, Prêmio Nobel, 1946) do vírus do mosaico dos tubérculos (TMV), um novo estágio emergiu no vírus infectado. Em 1937 - 1938 rublos. Pesquisadores da Rothamsted Country Station (Inglaterra) F. Bowden e N. Pierre mostraram que muitos dos vírus de longa vida que observaram não são globulinas, mas sim ribonucleoproteínas e atuam como 'ácido nucleico componente linguístico'. No início da década de 40, foram publicados os trabalhos de G. Schramm (1940), P. A. Agatov (1941), G. Miller e W. Stanley (1941), que mostraram que a modificação química do componente proteico não é um prêmio dirija até que o TMV perca sua infectividade. Isto indicava que o componente proteico não poderia fazer parte do vírus, como muitos microbiologistas acreditavam. Evidências contemporâneas do papel genético do ácido nucleico (RNA) em vírus antigos começaram a surgir em 1956. G. Schramm em Tübingen (FRN) e X. Frenkel-Konrath na Califórnia (EUA). Esses pesquisadores encontraram quase imediatamente e de forma independente um tipo de RNA do TMV e mostraram que é ele próprio, e não a proteína, que é infeccioso: como resultado da infecção das plantas com o vírus, esse RNA resultou na formação e reprodução de normais em partículas russas. Isto significava que o RNA continha informações para a síntese e montagem de todos os componentes virais, incluindo a proteína viral. Nascido em 1968 EU. R. Atabekov estabeleceu que a proteína desempenha um papel essencial nas plantas infectadas - a natureza da proteína determina o espectro das plantas hospedeiras.
Nascido em 1957 Frenkel-Konrath foi pioneiro na reconstrução do TMV a partir de seus componentes de armazenamento – RNA e proteína. Em uma série de partículas normais, foram separados “híbridos” mistos, nos quais o RNA era de uma cepa e a proteína era de outra. A decadência de tais híbridos foi inteiramente determinada pelo RNA, e a progênie dos vírus estava antes da cepa, cujo RNA foi então removido das partículas misturadas resultantes. Estudos posteriores de A. Gierer, G. Schuster e G. Schramm (1958) e G. Wetman (1960 – 1966) mostraram que a modificação química do componente nucleico do TMV leva ao aparecimento de diferentes mutantes deste vírus.
Em 1970 D. Baltimore e R. Temin descobriram que a transferência de informação genética pode ir do DNA para o RNA e depois novamente. Eles descobriram em alguns vírus de RNA oncogênicos (oncornavírus) uma enzima especial, chamada turn transcriptase, que cria RNA de forma complementar para sintetizar DNA. Esta grande descoberta permitiu compreender o mecanismo de inserção da informação genética dos vírus RNA no genoma do hospedeiro e dar uma nova olhada na natureza da sua atividade oncogênica.
Descoberta de ácidos nucléicos e transformação de seus poderes
O termo ácidos nucléicos foi introduzido pelo bioquímico alemão R. Altman em 1889, após o que foram descobertos em 1869. Médico suíço F. Miescher. Misher extraiu as células com pus com ácido clorídrico diluído durante um longo período e removeu o material nuclear puro do excesso. Esse material se distinguia pela fala característica dos núcleos celulares e era denominado nucleína. Sob sua influência, os núcleos diferenciaram-se nitidamente das proteínas: eram mais ácidos, não dissolvendo o ácido, mas eram ricos em fósforo, estavam bem distribuídos nos prados e não se dissolviam na diluição dos ácidos.
Misher enviou os resultados de suas observações sobre a nucleína para Hoppe-Seyler para publicação na revista. Ele descreveu a substância como sendo tão despretensiosa (de todos os compostos biológicos que o fósforo foi extraído apenas da lecitina), mas Hoppe-Seyler não acreditou no testemunho de Miescher, virando o manuscrito e confiando-o aos seus colegas M. Gostaria que N. Lyubavin para verificar suas conclusões em outro material. . O trabalho de Misher "Sobre o armazém químico de pus" atingiu o mundo com dois destinos mais tarde (1871). Ao mesmo tempo, foi publicado o trabalho de Hoppe-Seyler sobre o armazenamento de células de pus, eritrócitos de pássaros, cobras e outras células. Nos próximos três anos, os núcleos de visões de criaturas, células e leveduras.
Em seu trabalho, Misher observou que a análise detalhada de diferentes ácidos nucléicos pode levar ao estabelecimento de diferenças entre eles, transmitindo-lhes a ideia de especificidade de ácido nucléico. Depois de estudar o leite de salmão, Misher descobriu que o núcleo presente neles é em forma de sal e está ligado à proteína principal, que ele chama de protamina.
Em 1879 No laboratório Hoppe-Seyler, A. Kossel começou a estudar tecnologia nuclear. Em 1881 Vimos hipoxantina nos núcleos, mas naquela época ainda duvidávamos da base semelhante e considerávamos que a hipoxantina poderia ser um produto da degradação proteica. Em 1891 Entre os produtos da hidrólise do ácido nucléico de Kossel, foram reveladas adenina, guanina, ácido fosfórico e outra substância com propriedades de sacarose. Para pesquisas sobre a química dos ácidos nucléicos para Kossel em 1910. foi agraciado com o Prêmio Nobel.
Outros sucessos na decifração da estrutura dos ácidos nucléicos estão associados à pesquisa de P. Levin e Spivrobitniki (1911 – 1934). Em 1911 P. Levin e V. Jacobs identificaram o componente carboidrato adenosina e guanosina; Eles estabeleceram que a D-ribose entra no armazenamento de muitos nucleosídeos. Em 1930 Levine mostrou que o componente carboidrato dos desoxirribonucleosídeos é 2-desoxi-D-ribose. A partir deste trabalho ficou claro que os ácidos nucleicos são derivados de nucleotídeos, ou nucleosídeos fosforilados. Levine observou que o principal tipo de ligação nos ácidos nucléicos (RNA) é a ligação 2", 5"-fosfodiéster. Esta revelação nos foi revelada. No início da década de 1950, os robôs do químico inglês A. Todd (Prêmio Nobel, 1957), assim como dos bioquímicos ingleses R. Markham e J. Smith, perceberam que o principal tipo de ligação no RNA é 3" , 5 "- ligação fosfodiéster.
Levine mostrou que diferentes ácidos nucléicos podem diferir dependendo da natureza do componente carboidrato: alguns contêm desoxirribose, outros contêm ribose. Além disso, os dois tipos de ácidos nucleicos foram distinguidos pela natureza de uma das bases: nos ácidos nucleicos do tipo pentose existe o uracilo, e nos ácidos nucleicos do tipo desoxipentose existe a timina. O ácido nucleico desoxipentose (na terminologia moderna, ácido desoxirribonucléico - DNA) foi facilmente observado em um grande número de bezerros do timo. É por isso que recebeu o nome de ácido timonucleico. Moléculas de ácido nucleico (RNA) do tipo pentose serviram como os principais componentes da levedura e dos germes de trigo. Este tipo era frequentemente chamado de ácido nucleico de levedura.
No início da década de 1930, criou-se um fenômeno de que o ácido nucleico do tipo levedura é característico das células em crescimento e o ácido timonucleico é ativo apenas nos núcleos das células humanas. Dois tipos de ácidos nucleicos - RNA e DNA - também foram chamados de ácidos nucleicos peptídicos e digestivos. Proteja, como mostraram os primeiros estudos de A. N. Bilozersky, tal classe de ácidos nucléicos é injustificável. Nascido em 1934 Bilozersky foi o primeiro a identificar o ácido timonucleico em células vegetais: a partir de brotos de ervilha, ele viu e identificou a estrutura timo-pirimidina, que é característica do próprio DNA. Depois descobrimos o tomilho em outros vegetais (soja, kvass). Nascido em 1936 A. N. Bilozersky e eu. EU. Dubrovskaya obteve DNA preparativo de brotos de castanha chinesa. Além disso, uma série de estudos realizados na década de 1940 na Inglaterra por D. Davison e seus colegas mostraram que o RNA está presente em muitas células animais.
A ampla utilização da reação citoquímica ao DNA e da reação de J. Brachet (1944) ao RNA, desenvolvida por R. Feulgen e G. Rosenbeck (1924), permitiu chamar a atenção para a importância da localização desses ácidos nucléicos em células. Descobriu-se que o DNA está concentrado no núcleo, enquanto o RNA está concentrado principalmente no citoplasma. Mais tarde foi descoberto que o RNA reside tanto no citoplasma quanto no núcleo e, além disso, foi identificado o DNA citoplasmático.
Embora se fale muito sobre a estrutura primária dos ácidos nucléicos, até meados dos anos 40, a descoberta de P. Levin foi cientificamente estabelecida de que todos os ácidos nucléicos são formados por um tipo e são compostos pelos chamados blocos de tetranucleotídeos. Na pele desses blocos, segundo Levin, existem vários nucleotídeos diferentes. A teoria dos tetranucleotídeos dos futuros ácidos nucléicos adicionou significativamente especificidade aos biopolímeros. Não é de surpreender que toda a especificidade dos seres vivos estivesse associada apenas às proteínas, cuja natureza dos monômeros é ricamente variada (20 aminoácidos).
O primeiro avanço na teoria dos nucleotídeos e ácidos nucléicos foi feito pelos dados analíticos do químico inglês J. Gouland (1945 - 1947). Quando o armazenamento de ácidos nucleicos é atribuído ao nitrogênio, os compostos são formados sem remover a relação equimolar dos compostos, o que não é consistente com a teoria de Levine. A teoria do tetranucleotídeo residual dos futuros ácidos nucléicos surgiu como resultado da pesquisa de E. Chargaff e seus colegas (1949 – 1951). Para o subconjunto de bases liberadas do DNA como resultado da hidrólise ácida, Chargaff realizou cromatografia em papel. A pele dessas áreas foi identificada com precisão espectrofotometricamente. Chargaff notou as diferenças significativas no splicing equimolar de componentes de DNA de diferentes semelhanças e primeiro afirmou claramente que o DNA tem forte especificidade de espécie. O próprio Tim estava farto da hegemonia do conceito de especificidade proteica em células vivas. Analisando o DNA de diferentes maneiras, Chargaff descobriu e formulou padrões únicos de estrutura do DNA, que chegaram à ciência sob o nome de regras de Chargaff. Seguindo essas regras, em todo DNA, independente do tipo de origem, a quantidade de adenina é semelhante à quantidade de timina (A = T), a quantidade de guanina é semelhante à quantidade de citosina (G = C), a quantidade de quantidade de purina no número tradicional de pirimidinas (G + A = C + T), o número de bases com grupos 6-amino é igual ao número de bases com grupos 6-ceto (A+C=G+T) . Ao mesmo tempo, apesar de uma variedade tão grande de espécies, o DNA de diferentes espécies varia dependendo do valor da razão A+T:G+C. Em alguns DNA, a abundância de guanina e citosina é superior à abundância de adenina e timina (este DNA Chargaff chamou de DNA tipo GC); Outro DNA substituiu a adenina e a timina, a guanina e a citosina inferiores (esse DNA foi chamado de DNA do tipo AT). Os dados de Chargaff sobre a estrutura do DNA desempenharam o papel da biologia molecular. O próprio fedor formou a base do DNA de Budva, compilado em 1953 por J. Watson e F. Crick.
Em 1938 W. Astbury e F. Bell, usando análise de difração de raios X, mostraram que os planos das bases do DNA são perpendiculares ao longo eixo da molécula e se assemelham à estrutura das placas que ficam umas sobre as outras. O mundo possuía uma tecnologia altamente sofisticada de análise estrutural de raios X até 1952-1953. Acumularam-se evidências que nos permitiram julgar sobre a vida dos ligamentos fechados e do kutakh nakhil. Isso tornou possível revelar com a maior clareza a natureza da orientação dos anéis dos excessos de pentose na estrutura açúcar-fosfato da molécula de DNA. Nascido em 1952 S. Farberg criou dois modelos interessantes de DNA, que representavam uma molécula de fita simples dobrada ou torcida sobre si mesma. Um modelo não menos especulativo de DNA de Budovi foi registrado em 1953. L. Pauling (ganhador do Prêmio Nobel, 1954) e R. Corey. Neste modelo, três cordões de DNA torcidos criaram uma longa hélice, cuja fita era representada por grupos fosfato, e as bases foram giradas em uma nova. Até 1953, M. Wilkins e R. Franklin obtiveram padrões de DNA de raios X mais claros. A sua análise mostrou a contínua impossibilidade dos modelos Farberg, Pauling e Corey. Dados vikorísticos de Chargaff, apresentando uma variedade de modelos moleculares de monômeros próximos e dados de análise de difração de raios X, J. Watson e F. Crick, 1953. Lembremos que a molécula de DNA forma uma dupla hélice. As regras de Chargaff limitaram drasticamente o número de ordenações possíveis com base no modelo de DNA; Eles sugeriram a Watson e Crick que a molécula de DNA possui um emparelhamento específico de bases - adenina com timina e guanina com citosina. Em outras palavras, a adenina em um lancus de DNA sempre se assemelha muito à timina em outro lancus, e a guanina em um lancus é necessariamente semelhante à citosina em outro. O próprio Tim Watson e Crick formularam pela primeira vez a importância do princípio do DNA complementar, segundo o qual um pedaço de DNA complementa outro, de modo que a sequência de elementos em um conjunto significa claramente a sequência de elementos em outro conjunto. Tornou-se óbvio que a própria estrutura do DNA contém o potencial para uma criação precisa. Este modelo do DNA de Buda é desconhecido. Por decodificar a estrutura do DNA para Crick, Watson e Wilkins em 1962. foi agraciado com o Prêmio Nobel.
Ressalta-se que a ideia sobre o mecanismo de criação precisa de macromoléculas e transferência de informações de gotículas teve origem em nossa região. VOCÊ 1927 r. N. K. Koltsov descobriu que quando as células são multiplicadas, a reprodução das moléculas ocorre através da criação autocatalítica precisa de moléculas-mãe óbvias. É verdade que Koltsov deu poder não às moléculas de DNA, mas a moléculas de natureza proteica; nada se sabia sobre o significado funcional de qualquer uma delas. A própria ideia sobre a criação autocatalítica de macromoléculas e o mecanismo de transmissão de poderes espasmódicos revelou-se um profeta: tornou-se uma ideia central da biologia molecular moderna.
Conduzido no laboratório de A. N. Bilozersky por A. S. Spirin, G. N. Zaitseva, B. F. Vanyushin, S. O. Urison, A. S. Antonov e outras extensas pesquisas (1957-1974) sobre o armazenamento de DNA dos vários organismos foram completamente confirmados pelos padrões identificados por Chargaff, e a repetida semelhança com o modelo molecular do DNA, derivado de Watson e Crick. Esses estudos mostraram que o DNA de várias bactérias, fungos, algas, actinomicetos, algas, plantas espinhais e espinhais possui uma estrutura específica. A expressão em microrganismos (a partir de pares de bases AT) é particularmente pronunciada, o que é um importante sinal taxonômico. Em plantas e animais superiores, as variações de espécies no armazenamento de DNA são muito mais fracas. Isto não significa de forma alguma que o seu ADN seja menos específico. A especificidade dos componentes é determinada principalmente pela sua sequência nas sequências de DNA.
Na ordem das bases primárias no armazenamento de DNA e RNA, foram identificadas bases nitrogenadas adicionais. Assim, no armazenamento de DNA, G. White (1950) descobriu a 5-metilcitosina, e D. Dunn e J. Smith (1958) descobriram a metilação da adenina no DNA. Durante muito tempo, a metilcitosina foi absorvida pelo material genético característico dos organismos vivos. Nascido em 1968 A. N. Bilozersky, B. F. Vanyushin e N. A. Kokurina estabeleceram que aglomerados também podem ocorrer no DNA das bactérias.
Nascido em 1964 M. Gold e J. Hurwitz descobriram uma nova classe de enzimas que realizam a modificação natural do DNA - a metilação. Após esta descoberta, tornou-se claro que bases menores (que podem ser encontradas em pequenas quantidades) aparecem no DNA polinucleotídico acabado como resultado da metilação específica do excesso de citosina e adenina em sequências específicas. Zokrem, com homenagens de B.F. Vanyushin, Ya. I. Bur'yanova e A. N. Bilozersky (1969) a metilação da adenina no DNA de coli pode ocorrer em códons terminativos. De acordo com os dados de A. N. Bilozersky e Spivrobitniki (1968 – 1970), bem como de M. Meselson (EUA) e V. Arber (Suíça) (1965 – 1969), a metilação confere às moléculas de DNA características individuais únicas e ação de nucleases específicas. de um mecanismo de dobramento que controla a síntese de DNA nas células. Em outras palavras, a natureza da metilação deste DNA e de outros DNAs significa a informação sobre aqueles que podem se reproduzir em uma determinada célula.
Quase ao mesmo tempo, começou o desenvolvimento e o desenvolvimento intensivo de DNA metilases e endonucleases de restrição; em 1969 – 1975 rublos. as sequências de nucleotídeos encontradas no DNA por algumas dessas enzimas foram determinadas (H. Boyer, H. Smith, S. Lin, K. Murray). Quando diferentes DNAs são hidrolisados com uma enzima de restrição, formam-se grandes fragmentos com novas extremidades “pegajosas”. Isso permite analisar a estrutura dos genes, tal como acontece nos pequenos vírus (D. Nathans, Z. Adler, 1973 - 1975), e construir diferentes genomas. Graças a estas enzimas de restrição específicas, a engenharia genética tornou-se uma realidade distinta. Genes de diferentes origens, gerados a partir de pequenos plasmídeos de DNA, podem agora ser facilmente introduzidos em diferentes células. Assim, foi encontrado um novo tipo de plasmídeos biologicamente ativos que proporcionam resistência a antibióticos comuns (S. Cohen, 1973), e genes ribossômicos de sapo e Drosophila foram introduzidos em plasmídeos coliformes (J. Morrow, 1974; H. Boyer, D. Ho Gness, R., 1974 – 1975). Desta forma, abrem-se caminhos reais para a seleção de organismos fundamentalmente novos, introduzindo e incutindo neles um pool genético de genes diferentes. Isto pode ser diretamente para o benefício da humanidade.
Nascido em 1952 G. White e S. Cohen descobriram que o DNA dos fagos T-pareados contém uma base não primária – 5-hidroximetilcitosina. Mais tarde, com o trabalho de E. Volkin e R. Sinsheimer (1954) e Cohen (1956), ficou claro que o excesso de oximetilcitosina pode ser glicosidada aberta ou frequentemente, como resultado do roubo da molécula de DNA do fago e hidrolise. nucleases.
No início da década de 50, nos trabalhos de D. Dunn e J. Smith (Inglaterra), S. Zamenhof (EUA) e A. Vacker (FRN), ficou claro que o DNA pode incluir um grande número de análogos individuais de bases, substituindo inodes até 50% Timina. Via de regra, essas substituições levam a alterações durante a replicação, transcrição e tradução do DNA e até o aparecimento de mutantes. Assim, J. Marmur (1962) descobriu que no DNA de certos fagos, o hidroximetiluracil substitui a timina. Nascido em 1963 EU. Takahashi e J. Marmur descobriram que no DNA de um dos fagos, em vez da timina, está presente o uracil. Este era o nome de outro princípio pelo qual os ácidos nucléicos eram anteriormente divididos. Por muito tempo, P. Levin trabalhou no fato de que o traço característico do DNA é a timina, e o do RNA é o uracil. Ficou claro que este sinal nem sempre é confiável, e a importância importante da natureza química dos dois tipos de ácidos nucléicos, como aparece hoje, é antes a natureza do componente carboidrato.
Durante o desenvolvimento dos fagos, foram descobertos muitos sinais inesperados da organização dos ácidos nucléicos. Nascido em 1953 Era importante que o DNA fosse uma molécula linear de fita dupla, enquanto o RNA fosse uma molécula de fita simples. Este conceito foi completamente roubado em 1961, quando R. Sinsheimer descobriu que o DNA do fago φ X 174 é representado por uma molécula circular de fita simples. No entanto, mais tarde ficou claro que nesta forma o DNA é encontrado apenas na parte vegetativa do fago, e a forma replicativa do DNA deste fago também é de fita dupla. Além disso, já ficou claro que o RNA de certos vírus pode ser duplo. Este novo tipo de organização macromolecular do RNA foi descoberto em 1962. P. Gomatosom, I. Tamm e outros sucessores em vários vírus de animais e no vírus do inchaço de crescimento inicial. Recentemente V.I. Agol e A. A. Bogdanov (1970) descobriram que, além das moléculas lineares de RNA, também existem moléculas fechadas ou cíclicas. Eles descobriram RNA duplo cíclico no vírus da encefalomielocardite. Líderes de robôs X. Devo, L. Tinoko, T. I. Tikhonenko, E. I. Budovsky e outros (1960 – 1974) tomaram conhecimento dos princípios básicos de organização (colocação) do material genético em bacteriófagos.
No final da década de 50, o cientista americano P. Doti constatou que, quando aquecido, ocorre a desnaturação do DNA, que é acompanhada pela ruptura das ligações de água entre pares de bases e pela separação das lanças complementares. Este processo tem a natureza de uma transição de fase para o cristal de “bola em espiral” e sugere a fusão dos cristais. É por isso que Doti chamou o processo de desnaturação térmica do DNA de fusão do DNA. Quando suficientemente resfriadas, as moléculas são renaturadas, resultando na formação de metades complementares.
O princípio da renaturação em 1960. utilizado por J. Marmur e K. Schildkraut para a etapa final de “hibridização” do DNA de diversos microrganismos. Recentemente, E. Bolton e B. McCarthy refinaram esta técnica introduzindo o chamado método de coluna de ágar DNA. Este método revelou-se indispensável na fase de homologia das sequências de nucleótidos de diferentes ADN e da esporidez genética associada de diferentes organismos. A desnaturação do DNA Vikkrita Doti foi descrita por J. Mandel e A. Hershey* (1960) por cromatografia em albumina metilada e centrifugação com gradiente de densidade (método de desintegração em 1957 por M. Meselson, F. Stalem e D. Grapes) separação, visão e análise de vários fagos de DNA complementares. Assim, por exemplo, V. Szybalski (EUA), vikorista e adotado para o sub-DNA do fago lambda, mostrando em 1967 - 1969 pp. , e não um, como foi aceito rahuvati (S. Spigelman, 1961). Deve-se notar que a primeira ideia sobre o significado genético do DNA do fago lambda foi descoberta na URSS por S. E. Bresler (1961).
* (Por trabalhos sobre genética de bactérias e vírus, A. Hershey, juntamente com M. Delbrück e S. Luria, foram premiados em 1969 r. Premio Nobel.)
Para a organização adequada e atividade funcional do genoma, a sequência de nucleotídeos do DNA é de primordial importância. A pesquisa sobre métodos deste tipo está sendo realizada em muitos laboratórios ao redor do mundo. Desde o final da década de 1950, M. Bur e spivotniks têm tentado estabelecer a sequência do DNA usando microscopia eletrônica, mas até agora sem sucesso. No início da década de 50, a partir dos primeiros trabalhos de Sinsheimer, Chargaff e outros descendentes sobre a degradação enzimática do DNA, ficou claro que a diversidade de nucleotídeos na molécula de DNA se distribui de forma aleatória ou desigual. Segundo dados do químico inglês K. Barton (1961), as pirimidinas (mais de 70%) são importantes no aparecimento de blocos semelhantes. A. L. Mazin e B. F. Vanyushin (1968 - 1969) estabeleceram que diferentes DNAs podem ter diferentes níveis de bloqueio de pirimidinas e que no DNA das criaturas dos organismos há um aumento significativo no mundo de transição do espirro inferior para o inferno. Além disso, a evolução dos organismos é determinada pela estrutura dos seus genomas. Para a compreensão do processo evolutivo como um todo, a equalização da estrutura dos ácidos nucléicos assume um significado especial. A análise da estrutura de polímeros e DNA biologicamente importantes é extremamente importante para a mais rica nutrição privada de filogenética e taxonomia.
Significa que o fisiologista inglês E. Lankester, que estudou as hemoglobinas dos moluscos, transmitiu as ideias da biologia molecular há exatos 100 anos, escrevendo: “Aspectos químicos dos rios”. mais importante explicar a história de suas semelhanças, bem como as diferenças em sua forma. Se pudéssemos estabelecer claramente as diferenças na organização molecular e no funcionamento dos organismos, poderíamos integrar-nos muito mais rapidamente na evolução semelhante de vários organismos, abaixo na plataforma precauções morfológicas.” , Que “no centro de tudo estão os sinais morfológicos, com base nos quais classificamos e estabelecemos as espécies, residem os aspectos mais bioquímicos”**.
* (ER Lankester. Uber das Vorcommen von Hemoglobin in den Muskeln der Mollusken und die Verbreitung desselben in den lebendigen Organismen.- "Pfluger"s Archiv fur die gesammte Physiol., 1871, Bd 4, 319.)
** (VL Komarov. Vibran soch., T. 1. M.-L., Vista da Academia de Ciências do SRSR, 1945, página 331.)
A. V. Blagovishchensky e S. L. Ivanov, na década de 20, criaram pela primeira vez em nossa região uma explicação da evolução nutricional e taxonomia dos organismos com base em uma análise consistente de seu bom armazém bioquímico (div. Capítulo 2). A análise de rotina da estrutura das proteínas e dos ácidos nucleicos está agora a tornar-se uma ajuda cada vez mais útil para os taxonomistas (secção 21). Este método de biologia molecular permite-nos clarificar o estatuto de várias espécies no sistema e permite-nos reexaminar os próprios princípios de classificação dos organismos, o que também nos permitirá olhar para todo o sistema num relance, como aconteceu, por exemplo, sistematicamente e microorganismos. Sem dúvida, a futura análise da estrutura do genoma ocupará um lugar central na quimiossistemática dos organismos.
De grande importância para o desenvolvimento da biologia molecular é a decifração dos mecanismos de replicação e transcrição do DNA (divisão 24).
Biossíntese de proteínas
A destruição mais importante dos problemas atuais de biossíntese de proteínas está associada ao sucesso na implantação de ácidos nucléicos. Nascido em 1941 T. Kasperson (Suécia) nascido em 1942 J. Brachet (Bélgica) prestou homenagem ao fato de que em tecidos com síntese protéica ativa a quantidade de RNA é aumentada. Eles perceberam que os ácidos ribonucleicos desempenham um papel fundamental na síntese de proteínas. Nascido em 1953 Afinal, E. Gale e D. Fox encontraram evidências diretas da parte não intermediária do RNA na biossíntese de proteínas: de acordo com seus dados, a ribonuclease suprimiu significativamente a inclusão de aminoácidos em lisados de células bacterianas. Dados semelhantes foram obtidos por V. Alfrey, M. Deli e A. Mirsky (1953) em homogenatos de fígado. Mais tarde, Ege. Gale estava convencido de que havia chegado à ideia correta sobre o papel condutor do RNA na síntese protéica, e estava bem ciente de que a ativação da síntese protéica em um sistema não clínico foi alcançada sob a influência de alguma outra culpa de fala de um natureza desconhecida. Nascido em 1954 P. Zamitnik, D. Littlefield, R. B. Khesin-Lur'iet e outros descobriram que a inclusão mais ativa de aminoácidos é observada em frações ricas em RNA de partículas subcelulares - microssomas. P. Zamecnik e E. Keller (1953 – 1954) revelaram que a inclusão de aminoácidos estava significativamente associada à presença da fração sobrenadante na regeneração do ATP. P. Sikevits (1952) e M. Hoagland (1956) observaram uma fração proteica (fração pH 5) dos sobrenadantes, que era típica para a rápida estimulação da inclusão de aminoácidos em microssomas. Uma classe especial de RNAs de baixo peso molecular, agora chamados de RNAs de transferência (tRNAs), foi identificada a partir de proteínas no sobrenadante. Nascido em 1958 Hogland e Pomichnik, e P. Berg, R. Svet e F. Allen, e seus antecessores, descobriram que a ativação dos aminoácidos da pele requer uma enzima especial, ATP, e um tRNA específico. Tornou-se claro que o tRNA também funciona como adaptadores, para estar presente na matriz nucleica (iRNA) no lugar do aminoácido essencial na molécula de proteína que está sendo formada. Esses estudos confirmaram plenamente a hipótese do adaptador de F. Crick (1957), que indicava a presença no corpo de adaptadores polinucleotídicos necessários para a correta dissolução dos excedentes de aminoácidos da proteína que é sintetizada no núcleo da nova matriz. Ainda mais recentemente, o trabalho francês de F. Chapville (1962) no laboratório de F. Lipman (Prêmio Nobel, 1953) nos Estados Unidos mostrou de forma clara e inequívoca que o local onde os aminoácidos são dissolvidos em uma molécula de proteína é sintetizado Sim, é claramente indicado por este tRNA específico, aceito em qualquer medida. A hipótese adaptadora de Kriku foi dispensada nos robôs de Hoagland e Pomichnik.
Até 1958, eram conhecidas as seguintes etapas principais da síntese protéica: 1) ativação de aminoácidos com enzima específica com “fração pH 5” na presença de ATP com adição de adenilato de aminoacil; 2) adição do aminoácido ativo a um tRNA específico de adenosina monofosfato (AMP); 3) a ligação do aminoacil-tRNA (tRNA ligado a um aminoácido) com microssomas e a inclusão de aminoácidos em proteínas com tRNA isolado. Hoagland (1958) observou que o estágio restante da síntese protéica requer trifosfato de guanosina (GTP).
RNA de transferência e síntese genética
Após a descoberta do tRNA, iniciaram-se pesquisas ativas sobre seu fracionamento e determinação da sequência de nucleotídeos. O bioquímico americano R. Holly obteve o maior sucesso. Nascido em 1965 instalando a estrutura do tRNA de alanina da levedura. Com a ajuda de ribonucleases (RNAase guanílica e RNase pancreática), Holley dividiu a molécula de ácido nucleico em vários fragmentos, determinou a sequência de nucleotídeos da pele e depois reconstruiu a sequência de todas as moléculas e do tRNA de alanina. Este método foi usado para analisar a sequência de nucleotídeos sem chamá-lo de método de bloco. A conquista de Holly deveu-se principalmente ao seu domínio de dividir a molécula de RNA em pedaços menores, fragmentos grandes e pequenos (quartos e metades). Isso tornou possível coletar corretamente pequenos pedaços e criar uma nova sequência de nucleotídeos para todas as moléculas de tRNA (Prêmio Nobel, 1968).
Isto será imediatamente aceito para produção em muitos laboratórios ao redor do mundo. Nos dois anos seguintes, o SRSR e a estrutura primária de vários tRNAs foram decifrados. A. A. Baev (1967) e cientistas foram os primeiros a determinar a sequência de nucleotídeos no tRNA de valina de levedura. Até agora, mais de uma dúzia de tRNAs individuais diferentes já foram implantados. O recorde para a sequência de nucleotídeos designada foi estabelecido em Cambridge por F. Sanger e G. Brownlee. Esses pesquisadores desenvolveram um método muito sofisticado de utilização de oligonucleotídeos e determinaram a sequência do chamado RNA 5 S (ribossômico) de células coliformes (1968). O CT RNA consiste em excedentes de 120 nucleotídeos e, além do tRNA, não contém bases menores adicionais, o que facilitará a análise da sequência de nucleotídeos, servindo como pontos de referência únicos para moléculas de fragmentos adjacentes. Hoje em dia, o novo método de Sanger e Brownley é utilizado com sucesso para identificar as sequências de outros RNAs ribossômicos e outros RNAs virais no laboratório de J. Ebel (França) e outros sucessores.
A. A. Bayev e cientistas (1967) revelaram que o tRNA da valina, que é cortado ao meio, renova sua estrutura macromolecular devido ao fato de que, independentemente do defeito na estrutura primária, pode haver uma atividade funcional da saída (nativa) ) moléculas. Esta abordagem – reconstrução de uma macromolécula dissecada após a remoção dos seus fragmentos – parecia ser ainda mais promissora. Os papéis funcionais de várias partes destes e de outros tRNAs são amplamente discutidos.
No futuro, foi alcançado grande sucesso no isolamento de preparações cristalinas de tRNAs individuais. Vários laboratórios nos Estados Unidos e na Inglaterra conseguiram cristalizar uma grande quantidade de tRNA. Isto tornou possível rastrear a estrutura do tRNA usando análise de difração de raios X. Em 1970 R. Bok apresentou os primeiros padrões de difração de raios X e modelos triviais de muitos tRNAs criados na Universidade de Wisconsin. Esses modelos ajudam a identificar a localização de diversas partes funcionalmente ativas do tRNA e a compreender as principais funções dessas moléculas.
O mais importante para revelar o mecanismo de síntese proteica e o problema mais importante da especificidade deste processo não é decifrar a natureza do código genético (divisão 24), que pode ser visto sem mais delongas como o progresso da conquista de ciências naturais no século XX.
A descoberta da estrutura primária do tRNA por R. Holly deu aos robôs de G. Korany* (EUA) a capacidade de sintetizar oligonucleotídeos e os direcionou para a síntese da primeira estrutura biológica - a molécula de DNA que codifica o tRNA de alanina. Zroblenі Alcorão Mayzha há 15 anos, os primeiros passos na síntese química de oligonucleotídeos curtos terminaram em 1970. primeiro pela síntese genética. Os espivorbitniks do Alcorão e do iogue sintetizaram fragmentos curtos do excedente original de 8 a 12 nucleotídeos dos nucleotídeos usando um método químico. Estes fragmentos com uma determinada sequência de nucleótidos foram criados espontaneamente por sequências complementares de duas cadeias com sobreposições de 4 - 5 nucleótidos. Em seguida, as peças preparadas foram unidas sequencialmente de ponta a ponta na ordem necessária usando a enzima DNA ligase. Assim, em vez da replicação de moléculas de DNA, segundo A. Kornberg** (divisão 24), o Alcorão foi capaz de recriar a molécula natural de DNA de fita dupla de acordo com um programa previamente planejado, em linha com a sequência de tRNA descrita por Hall i . De maneira semelhante, estão sendo realizados trabalhos de síntese de outros genes (M. M. Kolosov, Z. A. Shabarova, D. G. Knorre, 1970 – 1975).
* (Pela pesquisa do código genético de G. Koran e M. Nirenberg foi premiado em 1968. Premio Nobel.)
** (Para o desenvolvimento da polimerase e síntese de DNA para A. Kornberg, e para a síntese de RNA para S. Ochoa (1959). foi agraciado com o Prêmio Nobel.)
Microssomas, ribossomos, tradução
Na década de 1950, acreditava-se que o centro de síntese protéica na célula eram os microssomas. O termo microssoma foi introduzido pela primeira vez em 1949. A. Claude para determinação da fração de grânulos. Mais tarde, ficou claro que a síntese protéica não se deve à fração inteira dos microssomas que consiste em membranas e grânulos, mas sim a partes fracionárias de ribonucleoproteínas. Peças Tsi 1958 r. eles foram chamados de ribossomos por R. Roberts.
Estudos clássicos de ribossomos bacterianos foram realizados por A. Tissier e J. Watson de 1958 a 1959. Os ribossomos bacterianos revelaram-se muito diferentes das plantas e criaturas. J. Littleton (1960), M. Clark (1964) e E. N. Svetailo (1966) mostraram que os ribossomos dos cloroplastos e das mitocôndrias são do tipo bacteriano. A. Tissier e outros (1958) descobriram que os ribossomos se dissociam em duas subunidades desiguais para acomodar uma molécula de RNA. Por exemplo, na década de 1950, acreditava-se que a molécula de RNA ribossômico da pele era composta de muitos fragmentos curtos. Prote AS Spirin nascido em 1960 Tendo mostrado primeiro que o RNA em subunidades é representado por uma molécula ininterrupta. D. Waller (1960), que separou proteínas ribossômicas por eletroforese em gel de amido, descobrindo que são heterogêneas. A princípio, para muitos que duvidaram dos dados de Waller, parecia que a proteína ribossômica era estritamente homogênea, como, por exemplo, a proteína TMV. Hoje em dia, como resultado da pesquisa de D. Waller, R. Trout, P. Traub e outros bioquímicos, ficou claro que as partículas ribossômicas contêm mais de 50 estruturas proteicas completamente diferentes. A. S. Spirin em 1963 Foi possível primeiro inflamar as subunidades ribossômicas e mostrar que os ribossomos são um filamento de ribonucleoproteína compactamente torcido, que nas melhores mentes pode ser inflamável. Em 1967 – 1968 anos. M. Nomura reconstruiu completamente a subunidade biologicamente ativa do RNA ribossômico dessa proteína e depois isolou esses ribossomos, nos quais proteínas e RNA estavam localizados em vários microrganismos.
Até agora, o papel do RNA ribossômico não era compreendido. É transmitido que existe uma matriz específica única na qual, quando moldadas, as porções ribossômicas são encontradas estritamente na pele das numerosas proteínas ribossômicas (A. S. Spirin, 1968).
A. Rich (1962) descobriu agregados de muitos ribossomos conectados entre si por uma fita de iRNA. Esses complexos foram chamados de polissomos. A descoberta do polissoma permitiu a Rich e Watson (1963) descobrir que a síntese da lança polipeptídica ocorre no ribossomo, que passa pela lança do iRNA. À medida que o ribossomo passa pelo final do mRNA na partícula, a informação e a criação da proteína polipeptídica da proteína são lidas, e novos ribossomos são adicionados até que o final do iRNA seja lido, que é formado. A partir dos dados de Rich e Watson, ficou claro que o campo significativo na célula reside na produção em massa da proteína por meio da leitura sequencial da matriz na forma de ribossomos.
Como resultado, pesquisas de M. Nirenberg, S. Ochoa, F. Lipman, G. Korani e outros de 1963 a 1970. V. Tornou-se claro que o processo de tradução envolve um grande número de factores diferentes, e o próprio processo de tradução pode ser dividido intelectualmente em três fases: Iação, tradução e terminação.
O início da tradução significa a síntese da primeira ligação peptídica no complexo ribossomo – polinucleotídeo modelo – aminoacil-tRNA. Esta atividade iniciadora não é exercida por qualquer aminoacil-tRNA, mas por formil-metionil-tRNA. Este discurso foi visto pela primeira vez em 1964. F. Senger e K. Marcador. S. Bretcher e K. Marker (1966) mostraram que a função iniciadora do formilmetionil-tRNA é devida à sua esporidação avançada para o centro peptidil do ribossomo. Para o início da tradução, também são importantes as ações dos fatores de iniciação proteica, que foram observados nos laboratórios de S. Ochoa, F. Gro e outros centros anteriores. Após o estabelecimento da primeira ligação peptídica no ribossomo, a tradução começa e o resíduo aminoacil é adicionado à extremidade C-terminal do polipeptídeo. Muitos detalhes sobre o processo de tradução foram fornecidos por K. Monroe e J. Bishop (Inglaterra), I. Ryhlik e F. Schorm (Tchecoslováquia), F. Lipman, M. Bretcher, V. Gilbert (EUA) e outros descendentes. Nascido em 1968 A. S. Spirin propôs uma hipótese original para explicar o mecanismo da função do ribossomo. O mecanismo de condução que garante todos os movimentos extensos de tRNA e mRNA durante a tradução é o desacoplamento e compactação periódicos das subunidades ribossômicas. A transmissão completa é codificada em uma matriz, que é lida como um local para códigos de termos. Conforme mostrado por S. Brenner (1965 – 1967), tais códons são trigêmeos UAA, UAG e UGA. M. Capecci (1967) também revelou fatores especiais de terminação de proteínas. A. S. Spirin e L. P. Gavrilova descreveram a chamada síntese proteica “não enzimática” em ribossomos (1972 - 1975) sem a participação de fatores proteicos. Isto é importante para a evolução da biossíntese de proteínas.
Regulação da atividade de genes e proteínas
Depois do problema da especificidade da síntese protéica em primeiro lugar na biologia molecular, surgiu o problema da regulação da síntese protéica e, por sua vez, da regulação da atividade dos genes.
A falta de importância funcional das células e a repressão e ativação dos genes a ela associados há muito atraem a atenção dos geneticistas, mas até agora o verdadeiro mecanismo de controle da atividade genética tornou-se desconhecido.
São feitas as primeiras tentativas para explicar a atividade regulatória de genes associados à mutação de proteínas histonas. Outro amigo de Stedman na espiga das rochas dos anos 40 do século XX. Tivemos a ideia de que os próprios personagens podem desempenhar um papel importante nesse fenômeno. Anteriormente, eles obtiveram os primeiros dados claros sobre a natureza química das proteínas histonas. O número de fatos que sustentam essa hipótese cresce cada vez mais com o câncer de pele.
* (E. Stedman, E. Stedman. As proteínas básicas dos núcleos celulares.- Phylosoph. Trad. Roy. Soc. Londres, 1951, v. 235, 565 – 595.)
Ao mesmo tempo, acumularam-se muito mais dados, sugerindo que a regulação da actividade genética é um processo altamente complexo, e não simplesmente a interacção de secções genéticas com moléculas de proteínas histonas. Em 1960 - 1962 rublos. no laboratório de R. B. Khesin-Lur foi explicado que os genes dos fagos começam a aparecer em momentos diferentes: os genes do fago T2 podem ser divididos em precoces, cujo funcionamento foi observado nos primeiros estágios da infecção bacteriana, e vida que começou a sintetizar iRNA após a conclusão dos primeiros genes.
Nascido em 1961 Os bioquímicos franceses F. Jacob e J. Monod propuseram um esquema para regular a atividade dos genes, que desempenhavam um papel em vários mecanismos reguladores das células na inflamação. De acordo com o esquema de Jacob e Monod, o DNA, além dos genes estruturais (informativos), também possui genes reguladores e genes operadores. O gene regulador codifica a síntese de uma fala específica - um repressor, que pode ser anexado tanto ao gene indutor quanto ao gene operador. O gene operador está conectado a genes estruturais, e o gene regulador está localizado distante deles. Se não houver indutor no meio, por exemplo, lactose, então o repressor sintetizado pelo gene-regulador se comunica com o gene-operador e, bloqueando-o, interfere no funcionamento de cada operon (um bloco de genes estruturais junto com o operador que os rodeia). Não há concentração da enzima em nossas mentes. Como o mediador é um indutor (lactose), o produto do gene regulador - o repressor - liga-se à lactose e remove o bloqueio do gene operador. Nesta situação fica robô suculento gene estrutural que codifica a síntese de uma enzima, essa enzima (lactose) é estabelecida no meio.
De acordo com Jacob e Monod, este esquema regulatório é o mesmo para todas as enzimas adaptativas e pode ser devido à repressão, se a criação de uma enzima estiver sujeita a excesso de produto de reação, e durante a indução, se a adição de um substrato causar síntese ao enzima. Pela sua investigação sobre a regulação da atividade genética, Jacob e Mono receberam o prêmio em 1965. Premio Nobel.
A princípio, esse esquema parecia rebuscado. No entanto, tornou-se claro que a regulação dos genes baseada neste princípio não é exclusiva das bactérias, mas também de outros organismos.
A partir de 1960. Um lugar significativo na biologia molecular é ocupado pelo estudo da organização do genoma e da estrutura da cromatina em organismos eucarióticos (J. Bonner, R. Britten, V. Allfree, P. Walker, Yu. S. Chentsov, I. B. Zbarsky et al.). ) aquele sobre a regulação da transcrição (A. Mirsky, G. P. Georgiev, M. Bernstiel, D. Goll, R. Tsanev, R. I. Salganik). Durante muito tempo a natureza do repressor foi privada da natureza desconhecida e espiritual. Nascido em 1968 Ptashne (EUA) mostrou que a proteína é um repressor. Tendo visto isso no laboratório de J. Watson, ele descobriu que o repressor, efetivamente, pode interagir com o indutor (lactose) e imediatamente “reconhece” o gene operador do operon lac e se liga especificamente a ele.
Nos 5 a 7 anos restantes, foram coletados dados sobre a presença de outro elemento-chave da atividade genética - o promotor. Descobriu-se que, além da trama do operador, à qual é adicionado o produto da síntese do regulador gênico - o repressor proteico, há outra trama, que também deve ser levada aos membros do sistema regulador da atividade gênica. . Uma molécula de proteína é adicionada a este gráfico pela enzima RNA polimerase. A divisão do promotor pode sofrer reconhecimento mútuo da sequência única de nucleotídeos no DNA e da configuração específica da proteína RNA polimerase. Como resultado do reconhecimento eficaz, o processo subjacente lê a informação genética de uma determinada sequência de genes para o operon adjacente ao promotor.
Além do esquema descrito por Jacob e Mono, as células podem ter outros mecanismos de regulação gênica. F. Jacob e S. Brenner (1963) descobriram que a regulação da replicação do DNA bacteriano é controlada principalmente pela membrana celular. Os estudos de Jacob (1954) sobre a indução de vários profagos mostraram conclusivamente que com a infusão de vários fatores mutagênicos em bactérias lisogênicas, a replicação seletiva do gene começa para o profago e a replicação para o genoma dos mestres Arya é bloqueada. Em 1970 F. Bell aprendeu que pequenas moléculas de DNA podem passar do citoplasma do núcleo e ser transcritas ali.
Assim, a regulação da atividade genética pode ser influenciada pela replicação, transcrição e tradução.
Sucesso significativo foi alcançado na regulação experimental da síntese enzimática e sua atividade. A evidência da regulação da atividade enzimática nas células foi apontada na década de 50 por A. Novik e L. Szilard. G. Umbarger (1956) estabeleceu que nas células existe uma maneira muito racional de suprimir a atividade da enzima pelo produto terminal de Lanzug pela reação ao ligamento calcino. Conforme estabelecido por J. Monod, J. Changer, F. Jacob, A. Pardi e outros antecessores (1956 – 1960), a regulação da atividade enzimática pode ser baseada no princípio alostérico. A enzima ou uma de suas subunidades, além de sua afinidade com o substrato, também pode associar-se a um dos produtos da reação de Lanzug. Após a infusão de tal produto sinal, a enzima altera a sua conformação e perde atividade. Como resultado, toda a gama de reações enzimáticas está implicada na própria espiga. O papel essencial das alterações conformacionais das proteínas nas reações enzimáticas e a aparente presença de um efeito alostérico foram apontados por D. Viment e R. Woodward (1952; ganhador do Prêmio Nobel, 1965).
Estrutura e função das proteínas
Como resultado, o trabalho de T. Osborn, G. Hofmeister, A. Gurber, F. Schultz e muitos outros como XIX V. Muitos animais e proteínas brancas foram capturados na forma cristalina. Mais ou menos nessa época, com a ajuda de vários métodos físicos, os valores moleculares dessas proteínas foram estabelecidos. Então, em 1891 A. Sabaneev e N. Aleksandrov relataram que o nível molecular da ovalbumina chega a 14.000; em 1905 E. Reid estabeleceu que o valor molecular da hemoglobina é 48 000. A estrutura polimérica das proteínas foi descoberta em 1871. G. Glazivets e D. Gaberman. A ideia sobre a ligação peptídica dos excessos de aminoácidos nas proteínas foi descoberta por T. Curtius (1883). Trabalho sobre a condensação química de aminoácidos (E. Schaal, 1871; G. Schiff, 1897; L. Balbiano e D. Traschiatti, 1900) e a síntese de heteropolipeptídeos (E. Fisher, 1902 - 1907, estrutura química do kiv branco .
A primeira enzima cristalina (urease) foi lançada em 1926. J. Sumner (Prêmio Nobel, 1946) e b. J. Northrop (Prêmio Nobel, 1946) extraiu pepsina cristalina. Após esses experimentos, ficou claro que as enzimas destroem a natureza das proteínas. Em 1940 M. Kunits viu RNase cristalina. Antes de 1958, já existiam mais de 100 enzimas cristalinas e mais de 500 enzimas vistas na forma não cristalina. O desenvolvimento de preparações altamente purificadas de proteínas individuais levou à decifração de sua estrutura primária e organização macromolecular.
De grande importância são os desenvolvimentos da biologia molecular e da genética humana, especialmente o pouco reconhecimento por L. Pauling (1940) da hemoglobina S anormal observada nos eritrócitos de pessoas com doença contagiosa grave - anemia falciforme. Em 1955 - 1957 rublos. V. Ingrem é o vencedor do método de "bater os dedos" de F. Sanger (placas criadas com peptídeos sólidos durante a cromatografia em papel) para a análise de produtos de hidrólise da hemoglobina S com prado e tripsina. Nascido em 1961 Ingram relatou que a hemoglobina S difere da hemoglobina normal apenas devido à natureza do excesso de um aminoácido: a hemoglobina normal nesta posição contém um excesso de ácido glutâmico e a hemoglobina S contém muita valina. Isto confirmou completamente (1949) a suposição de Pauling de que a anemia falciforme é uma doença de natureza molecular. O colapso de qualquer excesso de aminoácido na metade da pele da macromolécula de hemoglobina faz com que a hemoglobina perca sua originalidade, se decompõe facilmente em baixas concentrações, acidez e começa a cristalizar, o que leva à destruição de estruturas e klitini. Estes estudos mostraram claramente que a estrutura da proteína se baseia na sequência específica de aminoácidos codificada no genoma. A importância da estrutura primária da proteína na conformação biologicamente ativa única moldada da macromolécula foi confirmada pelo trabalho de K. Anfinsen (1951). Anfinsen mostrou que a macroestrutura da ribonuclease pancreática é biologicamente ativa, que é consumida como resultado da renovação, é determinada pela sequência de aminoácidos e pode se regenerar espontaneamente quando o grupo SH do excesso de cistos é oxidado. Bem, com a criação de cruz dissulfeto -liga-se em locais estritamente importantes da enzima peptídica da lanceta.
Até agora, o mecanismo de ação de um grande número de enzimas foi estudado detalhadamente e a estrutura de muitas proteínas foi determinada.
Nascido em 1953 F. Sanger estabeleceu a sequência de aminoácidos da insulina. : Esta proteína é composta por duas lancetas polipeptídicas conectadas por duas ligações cruzadas dissulfeto. Uma das lancetas contém apenas 21 aminoácidos e a outra contém 30 excedentes. Sanger gastou cerca de 10 rublos para decifrar esta proteína aparentemente simples. Nascido em 1958 Por sua excelente pesquisa, ele recebeu o Prêmio Nobel. Após a criação de um analisador automático de aminoácidos por V. Stein e S. Moore (1957), a identificação de produtos de hidrólise parcial de proteínas acelerou significativamente. Em 1960 Stein e Moore já o informaram. Eles conseguiram determinar a sequência da ribonuclease, uma cadeia peptídica composta por 124 aminoácidos. Ao mesmo tempo, no laboratório de G. Schramm em Tübingen (FRN), F. Anderer e outros determinaram a sequência de aminoácidos da proteína TMV. Em seguida, a sequência de aminoácidos foi determinada em mioglobina (A. Edmunson) e lanceiros α e β de hemoglobina humana (G. Braunitzer, E. Schroeder et al.), lisozimas de clara de ovo de galinha (J. Jollet, D. Keif criança). Nascido em 1963 F. Schorm e B. Keil (Tchecoslováquia) determinaram a sequência de aminoácidos na molécula de quimiotripsinogênio. Na mesma população, foi determinada a sequência de aminoácidos do tripsinogênio (F. Schorm, D. Walsh). Nascido em 1965 K. Takahashi estabeleceu a estrutura original da ribonuclease T1. Em seguida, foi determinada a sequência de aminoácidos em diversas proteínas.
Aparentemente, a restante prova da correcção da identificação desta estrutura e da sua síntese. Nascido em 1969 R. Merifield (EUA) foi o pioneiro na síntese química da ribonuclease pancreática. Além do método de síntese em fase sólida que desenvolveu, Merifield adicionou um aminoácido após o outro ao lancer, seguindo a sequência descrita por Stein e Moore. Como resultado, perdemos uma proteína idêntica à ribonuclease A pancreática. Para a descoberta desta ribonuclease, V. Stein, S. Moore e K. Anfensen nasceram em 1972. premiado com o Prêmio Nobel. Esta síntese de proteínas naturais abre grandes perspectivas, indicando a possibilidade de criação de quaisquer proteínas de forma consistente com a sequência planejada.
A partir dos estudos de difração de raios X de W. Astbury (1933), ficou claro que as lancetas peptídicas das moléculas de proteína são torcidas ou dispostas em uma ordem estrita. A partir desta hora, muitos autores apresentaram várias hipóteses sobre os métodos de colocação de lanças brancas, mas até 1951 todos os modelos eram desprovidos de características óbvias que não eram apoiadas por dados experimentais. Nascido em 1951 L. Pauling e R. Corey publicaram uma série de trabalhos brilhantes nos quais foi formulada a teoria da estrutura secundária das proteínas - a teoria da α-hélice. Também ficou claro que as proteínas têm uma estrutura terciária uniforme: a hélice α do peptídeo lanjug pode ser dobrada de maneira ordenada para formar uma estrutura compacta.
Nascido em 1957 J. Kendrew e seus cientistas propuseram pela primeira vez um modelo trivial da estrutura da mioglobina. Este modelo foi então refinado ao longo de várias décadas, até que em 1961 surgiu um trabalho com uma característica da estrutura espacial desta proteína. Nascido em 1959 M. Perutz e cientistas estabeleceram uma estrutura trivial para a hemoglobina. Os investigadores gastaram mais de 20 rublos neste trabalho (as primeiras radiografias de hemoglobina foram determinadas por Perutz em 1937). Como a molécula de hemoglobina é composta por quatro subunidades, depois de decifrar sua organização, Perutz descreveu pela primeira vez a estrutura quaternária da proteína. Para trabalhar sobre o significado da estrutura trivimírica das proteínas, Kendrew e Perutz, nascidos em 1962. foi agraciado com o Prêmio Nobel.
A criação manual de um modelo espaçoso da estrutura da hemoglobina foi permitida. para nos aproximarmos da compreensão do mecanismo de funcionamento dessa proteína, que sabidamente afeta a transferência de acidez nas células dos animais. Em 1937 F. Gaurowitz argumentou que a interação da hemoglobina com o ácido pode ser acompanhada por uma mudança na estrutura da proteína. Na década de 60, Perutz e seus colegas descobriram uma mudança acentuada na hemoglobina após a oxidação, que resultou na destruição de átomos do gás devido à acidez. Com base nisso, foram formuladas afirmações sobre a “morte” das macromoléculas proteicas.
Em 1960 D. Phillips e seus cientistas iniciaram estudos de difração de raios X da molécula de lisozima. Até 1967 Eles foram capazes de estabelecer com precisão os detalhes da organização desta proteína e a localização de certos átomos nesta molécula. Além disso, Phillips explicou a natureza da adição de lisozima ao substrato (triacetilglucosamina). Isso permitiu que a enzima criasse seu mecanismo. Assim, o conhecimento da estrutura primária e da organização macromolecular permitiu não só estabelecer a natureza dos centros ativos de muitas enzimas, mas também revelar completamente o mecanismo de funcionamento dessas macromoléculas.
Vários métodos de microscopia eletrônica ajudaram a revelar os princípios da organização macromolecular de estruturas proteicas dobradas, como fios de colágeno, fibrinogênio, fibrilas de carne de vida curta, etc. Por exemplo, na década de 1950, foi desenvolvido um modelo de dispensador de carne. A compreensão de Vinyatkov sobre o mecanismo de encurtamento muscular é pouco confirmada por U. A. Engelhardt e M. M. Lyubimova (1939) Atividade ATPase da miosina. Isto significa que a base do ato de encurtar a carne reside na mudança das autoridades físicas e químicas e na organização macromolecular da proteína rápida sob a infusão de ácido adenosina trifosfórico (divisão 11).
Para compreender os princípios do dobramento das estruturas biológicas, é importante a importância de pequenos estudos virológicos (secção 25).
Problemas não resolvidos
Os principais sucessos da biologia molecular moderna foram alcançados principalmente como resultado da implantação de ácidos nucléicos. Observe que esta galusa ainda não tem todos os problemas do mundo. Velikikh zusil vimagatime, zokrema, decifrando toda a sequência de nucleotídeos do genoma. Este problema está inextricavelmente ligado ao problema da heterogeneidade do DNA e envolve o desenvolvimento de métodos novos e completos de fracionamento e identificação de moléculas individuais do material genético total de uma célula.
Até agora, a investigação centrou-se principalmente na adição de proteínas e ácidos nucleicos. Nas células, os biopolímeros estão inextricavelmente ligados uns aos outros e funcionam como o corpo principal na forma de nucleoproteínas. Portanto, a necessidade de estudar a interação de proteínas e ácidos nucléicos tornou-se particularmente urgente. Na vanguarda está o problema do reconhecimento de ácidos nucléicos pelas proteínas. O prazo já começou para desenvolver tal interação entre esses biopolímeros, sem qualquer compreensão inconcebivelmente estranha da estrutura e função dos cromossomos, ribossomos e outras estruturas. Sem isso, também é impossível compreender a regulação da atividade dos genes e decifrar totalmente os princípios de funcionamento dos mecanismos de síntese protéica. Após o trabalho de Jacob e Monod, surgiram novos dados sobre o significado regulatório das membranas na síntese de material nuclear. O objetivo é investigar minuciosamente o papel das membranas na regulação da replicação do DNA. Em geral, o problema da regulação da atividade genética e da atividade celular tornou-se um dos problemas mais importantes da biologia molecular moderna.
Estado atual da biofísica
Em conexão com os problemas da biologia molecular, houve desenvolvimentos na biofísica. O interesse por esta área da biologia é estimulado, por um lado, pela necessidade de uma exposição abrangente às diversas alterações do corpo e, por outro lado, pela necessidade de monitorizar as condições físicas e fisiológicas. que fluem no nível molecular.
A obtenção de informações precisas sobre as estruturas moleculares e os processos nelas envolvidos tornou-se possível como resultado do desenvolvimento de novos e sofisticados métodos físicos e químicos. Com base nos avanços da eletroquímica, foi possível refinar completamente o método de vibração de potenciais bioelétricos que estagnaram eletrodos seletivos de íons (G. Eisenman, B. P. Nikolsky, Khuri, 50 - 60 anos). A espectroscopia infravermelha (usando dispositivos a laser) tem se tornado cada vez mais comum, o que permite monitorar mudanças conformacionais em proteínas (I. Plotnikov, 1940). Tsіnnі vidomosti Dajo é um método de ressonância paramagnate de elétrons (E.K. Zavoisky, 1944) que método biokhemolumisign (B. N. Tarusov TA IN., 1960), permissões Yaki, Zokrema, condenados sobre o transporte de Elektroniv sob os processos de óxido.
Até a década de 50, a biofísica ganhou espaço. É necessária a formação de especialistas qualificados. Yakshcho em 1911 Na Europa, na Universidade de Pech, em Ugorshchina, existia um departamento de biofísica, até 1973. Esses departamentos podem ser encontrados em todas as grandes universidades.
Em 1960 A Parceria Internacional de Biofísicos foi organizada. Foice de Torishny 1961 r. O primeiro Congresso Internacional de Biofísica ocorreu em Estocolmo. Outro congresso foi realizado em 1965. em Paris, o terceiro - em 1969. em Boston, a quarta - em 1972. perto de Moscou.
A biofísica mantém uma distinção clara entre duas direções diferentes – biofísica molecular e biofísica celular. Essa demarcação é determinada pela estrutura organizacional: são criados departamentos dessas duas áreas da biofísica. O primeiro departamento de biofísica foi criado na Universidade de Moscou em 1953. na Faculdade de Biologia e Ciências do Solo, e mais tarde tornou-se o Departamento de Biofísica da Faculdade de Física. O mesmo princípio foi usado para organizar departamentos em muitas outras universidades.
Biofísica molecular
No futuro, as conexões entre a biofísica molecular e a biologia molecular estão se tornando cada vez mais importantes e, ao mesmo tempo, torna-se importante determinar onde ir entre as seções entre elas. No ataque geral ao problema da recessão de informação, tal cooperação entre a biofísica e a biologia molecular é inevitável.
O foco principal deste trabalho é o desenvolvimento da física dos ácidos nucléicos – DNA e RNA. O desenvolvimento da importância de mais métodos e a decifração da estrutura molecular dos ácidos nucléicos começou antes da análise de difração de raios X. Atualmente, pesquisas intensivas estão sendo realizadas sobre o comportamento desses ácidos em animais. É dada especial atenção às transições conformacionais “hélice-bobina” que ocorrem em conjunto com mudanças na viscosidade, propriedades ópticas e elétricas. Em conexão com os mecanismos modificados de mutagênese, estão sendo desenvolvidas pesquisas para influenciar o uso de radiação ionizante no comportamento dos ácidos nucléicos nas espécies, bem como a radiação nos ácidos nucléicos em irus e fagos. A análise completa foi realizada com uma infusão de luz ultravioleta, e várias amostras espectrais foram cuidadosamente lavadas com ácidos nucleicos. Ótimo pita vaga Tais investigações envolvem a identificação de radicais ativos de ácidos nucléicos e proteínas utilizando o método de ressonância paramagnética eletrônica. A culpa do todo independente está diretamente relacionada com a estagnação deste.
O problema de codificação de informações de DNA e RNA e transmissão durante a síntese de proteínas tem sido um problema para a biofísica molecular, e os físicos identificaram repetidamente esse impulso em outros processos (E. Schrödinger, G. Gamow). A decifração do código genético envolveu numerosos estudos teóricos e experimentais sobre a estrutura da hélice do DNA, o mecanismo de tecelagem e torção dos fios e a influência das forças físicas que desempenham um papel nesses processos.
A biofísica molecular fornece assistência significativa à biologia molecular no estudo da estrutura das moléculas de proteínas com a ajuda da análise de difração de raios X, estabelecida pela primeira vez em 1930. J. Bernal. Como resultado da combinação de métodos físicos combinados com bioquímicos (métodos enzimáticos), foram reveladas a conformação molecular e a sequência de crescimento de aminoácidos em diversas proteínas.
Os atuais estudos de microscopia eletrônica, que revelaram a presença de células e organoides de sistemas de membranas dobráveis, estimularam tentativas de compreensão de sua estrutura molecular (capítulos 10 e 11). Acostume-se com isso armazém químico membranas, esporos, poder de seus lipídios. Foi estabelecido que os efeitos restantes da superoxidação e reações não enzimáticas da oxidação do Lancet (Yu. A. Volodimirov e F. F. Litvin, 1959; B. N. Tarusov e in., 1960; I. I. Ivanov, 1967), o que pode levar à ruptura de funções da membrana. Para o desenvolvimento de membranas, passaram a utilizar métodos de modelagem matemática (V. Ts. Presman, 1964 - 1968; M. M. Shemyakin, 1967; Yu. A. Ovchinnikov, 1972).
Biofísica clínica
Uma tendência significativa na história da biofísica foi a formação, na década de 50, de afirmações claras sobre a termodinâmica dos processos biológicos, como resultado das quais permaneceram suposições sobre a possibilidade de criação independente de energia em células vivas no futuro. h outra lei da termodinâmica. A compreensão desta lei nos sistemas biológicos está associada ao avanço dos cientistas belgas I. Prigogine (1945) * na termodinâmica biológica o conceito de sistemas líquidos que trocam energia e matéria com o meio externo. Prigogine mostrou que a entropia positiva é estabelecida nas células vivas durante os processos de trabalho de acordo com outra lei da termodinâmica. A introdução do ciúme significou que as mentes que possuem o chamado estado estacionário (anteriormente também era chamado de ciúme dinâmico), que possuem a quantidade de energia livre (negentropia) que pode ser encontrada no ambiente, compensam a perda de energia. , e a entropia positiva é derivada. Esta descoberta apoiou a ideia biológica fundamental sobre o ligamento inseparável das células externas e internas. Vono lançou as bases para o desenvolvimento real da termodinâmica dos sistemas vivos, incluindo o método de modelagem (A. Berton, 1939; A. G. Pasinsky, 1967).
* (A teoria original dos sistemas líquidos foi proposta pela primeira vez por L. Bertalanffy em 1932.)
Correspondendo ao princípio básico da biotermodinâmica, a base mental necessária da vida revela a estacionariedade no desenvolvimento dos processos bioquímicos, para os quais é necessária a coordenação dos fluidos numéricos, reações de troca de discursos. Com base na nova termodinâmica biofísica, fica claro que existem fatores externos e internos que garantem esta coordenação da reação e a tornam estável. Nas últimas duas décadas, um grande papel foi revelado para o sistema de inibidores e especialmente antioxidantes no apoio ao estado estacionário (B.N. Tarusov e A.I. Zhuravlov, 1954, 1958). Foi estabelecido que a confiabilidade do desenvolvimento estacionário está relacionada aos fatores do ambiente externo (temperatura) e às propriedades físicas e químicas do ambiente celular.
Os princípios atuais da biotermodinâmica permitiram introduzir alterações físico-químicas no mecanismo de adaptação. De acordo com os nossos dados, a atenção às mentes da classe média moderna só pode ser alcançada no caso de, para as suas mudanças, o corpo do edifício estabelecer a estacionariedade no desenvolvimento do bio. reações químicas(BN Tarusov, 1974). É hora de desenvolver novos métodos para avaliar a taxa de sobrevivência de um sistema estacionário e prever a sua possível destruição. Espera-se um grande progresso nos avanços da biotermodinâmica e na pesquisa dos processos de adaptação biológica dos princípios cibernéticos dos sistemas autorreguladores. Ficou claro que para uma melhor compreensão da estabilidade de um estado estacionário, o papel importante dos chamados fatores é que eles superem, como esperado, as reações não enzimáticas de oxidação lipídica. Nos últimos anos, a investigação dos processos de peroxidação nas fases lipídicas das células vivas e o aumento de produtos radicais ativos que perturbam as funções reguladoras das membranas estão se expandindo. A principal fonte de informação sobre este processo é a identificação de radicais peróxidos ativos e compostos peróxidos de biolipídios (A. Tappel, 1965; I. I. Ivanov, 1965; I. B. Burlakova, 1967 e outros). Para identificar radicais, utiliza-se a bioquimioluminescência, que ocorre nos lipídios das células vivas durante sua recombinação.
Com base em fenômenos físicos e químicos sobre a estabilidade do estado estacionário, surgiram fenômenos biofísicos sobre a adaptação das plantas às mudanças nas mentes do ambiente moderno, como a destruição de sistemas antioxidantes inibitórios (B. N. Tarusov, Y. E. Doskoch , BM Kitlaev, AM Agaverdiev, 1968 – 1972). Isso permitiu avaliar fatores como resistência à geada e salinidade, bem como fazer previsões consistentes durante a seleção de plantas agrícolas.
Na década de 50, houve um claro aumento na luz – bioquimioluminescência de objetos biológicos baixos nas partes visível e infravermelha do espectro (B. N. Tarusov, A. I. Zhuravlov, A. I. Polivoda). Isso se tornou possível como resultado do desenvolvimento de métodos para registrar fluxos de luz superfracos usando multiplicadores fotoeletrônicos (L. A. Kubetsky, 1934). Sendo o resultado de reações bioquímicas que ocorrem nas células vivas, a bioquimioluminescência permite julgar importantes processos de óxido na transferência de elétrons entre enzimas. A descoberta e o desenvolvimento da bioquimioluminescência são de grande significado teórico e prático. Assim, B. N. Tarusov e Yu. B. Kudryashov apontam o grande papel dos produtos de oxidação de ácidos graxos insaturados no mecanismo de aparecimento de condições patológicas que se desenvolvem sob a influência de reações ionizantes, durante a carcinogênese e outras perturbações das funções normais dos tecidos.
Na década de 1950, em conexão com o rápido desenvolvimento da física nuclear e da biofísica, surgiu a radiobiologia, que rastreia a atividade biológica dos agentes ionizantes. A remoção de pequenos isótopos radioactivos, a criação de explosões termonucleares, reactores nucleares e o desenvolvimento de outras formas de energia atómica prática levantaram o problema da protecção dos organismos contra os iões residuais. emboscadas teóricas prevenção e tratamento da doença promenêutica. Para tanto, foi necessário entender antecipadamente quais componentes do tecido e da troca da fala são mais prejudiciais.
O objeto de estudo da biofísica e da radiobiologia passou a ser a compreensão da natureza das reações químicas primárias que ocorrem em substratos vivos sob a infusão de energia. Foi importante aqui compreender o mecanismo deste fenómeno, e compreender o processo de troca de energia física por energia química, para alterar o seu coeficiente de acção “casca”. Os robôs foram inspirados diretamente nas pesquisas da escola de N. N. Semenov (1933) na URSS e de D. Hinshelwood (1935) na Inglaterra.
Um grande lugar na pesquisa radiobiológica tem sido ocupado pelo crescente nível de sensibilidade à radiação de vários organismos. Verificou-se que o aumento da radiorresistência (por exemplo, kestel de roedor) se deve à alta atividade antioxidante dos lipídios. membranas cliniformes(M. Chang et al., 1964; NK Ogrizov et al., 1969). Descobriu-se que os tocoferóis, a vitamina K e os antioxidantes desempenham um grande papel na formação dos poderes antioxidantes desses sistemas (I. I. Ivanov et al., 1972). Nos restantes anos, grande respeito será dado à investigação dos mecanismos de mutagénese. Este método envolve o efeito de efeitos ionizantes no comportamento de ácidos nucléicos e proteínas in vitro, bem como em vírus e fagos (A. Gustafson, 1945 – 1950).
A luta para aumentar ainda mais a eficácia da protecção química, a procura de inibidores eficazes e os princípios de inibição são privados das tarefas fundamentais da biofísica.
Foi possível investigar o estado de despertar dos biopolímeros, o que indica sua alta atividade química. O maior sucesso foi alcançado no desenvolvimento dos processos de despertar que ocorrem na primeira fase dos processos fotobiológicos - fotossíntese e fome.
Assim, uma contribuição significativa foi feita a partir da ativação primária de moléculas de sistemas pigmentares de plantas. Foi estabelecida uma grande importância para a transferência (migração) de energia das plantas que despertam sem desperdiçar pigmentos ativos em outros substratos. O trabalho teórico de A. M. Terenin (1947 e posteriores) desempenhou um grande papel no desenvolvimento desses fenômenos. A. A. Krasnovsky (1949) descobriu e acompanhou a reação de renovação fotoquímica reversa da clorofila e seus análogos. Nina está a trabalhar arduamente para garantir que num futuro próximo será possível realizar a fotossíntese em cérebros individuais (ver também a secção 5).
Os biofísicos continuam a trabalhar nas descobertas da natureza da contração muscular e dos mecanismos de ativação e condução nervosa (capítulo 11). De importância atual é também a investigação dos mecanismos de transição do estado desperto para o normal. A excitação é agora vista como o resultado de uma reação autocatalítica, e a galvanização é um legado da rápida mobilidade da atividade antioxidante inibitória como resultado de rearranjos moleculares em compostos como o tocoferol (I. I. Ivanov, O. R. Kols, 1966; O. R. Kols, 1970) .
O problema subjacente mais importante da biofísica é a falta de conhecimento das características físicas e químicas claras da matéria viva. Tais poderes, como a produção de biopolímeros vivos para ligar selectivamente o potássio ou polarizar a corrente eléctrica, não podem ser preservados com a sua remoção cuidadosa do corpo. Portanto, a biofísica celular continua a desenvolver intensamente critérios e métodos para a investigação viva da matéria viva.
Dada a juventude da biologia molecular, os sucessos alcançados neste país são verdadeiramente emocionantes. Num período de tempo bastante curto, a natureza do gene e os princípios básicos da sua organização, criação e funcionamento foram estabelecidos. Acima de tudo, os genes foram propagados in vitro e a síntese final do próprio gene foi concluída. O código genético foi completamente decifrado e o problema biológico mais importante da especificidade da biossíntese de proteínas foi resolvido. As principais vias e mecanismos de formação de proteínas nos tecidos foram identificadas e investigadas. A estrutura primária de muitos RNAs de transporte foi identificada - moléculas adaptadoras específicas que transferem a matriz de ácido nucleico para a sequência de aminoácidos da proteína que está sendo sintetizada. A sequência de aminoácidos de muitas proteínas foi completamente decifrada e a estrutura detalhada de suas atividades foi estabelecida. Isso permitiu esclarecer o princípio e os detalhes do funcionamento das moléculas enzimáticas. A síntese química de uma das enzimas – a ribonuclease – foi realizada. Os princípios básicos da organização de várias partículas subcelulares, muitos vírus e fagos foram estabelecidos, e as principais rotas de sua biogênese nas células foram desvendadas. Abordagens abertas para compreender as formas de regulação da atividade genética e identificar mecanismos reguladores da vitalidade. Já na metade do século XX pode-se observar um simples transbordamento desse tipo de crítica. foi marcado pelo grande progresso da biologia, que exigiu a compreensão da estrutura e função de macromoléculas biologicamente importantes - ácidos nucléicos e proteínas.
As conquistas da biologia molecular estão agora a ser postas em prática e a produzir frutos notáveis na medicina, na agricultura e em diversas indústrias. É certo que a contribuição desta ciência cresce a cada dia. No entanto, ainda é importante notar que, com o influxo de sucessos na biologia molecular, surgiram oportunidades urgentes para descobrir os segredos ocultos da vida.
No futuro, talvez, novos caminhos serão abertos para investigar a forma biológica do fluxo da matéria - passaremos do nível molecular da biologia para o nível atômico. No entanto, pode não haver um bom acompanhamento que possa realmente transferir os desenvolvimentos da biologia molecular para os próximos 20 anos.
A biologia molecular passou por um período de rápido desenvolvimento de métodos de pesquisa, que agora estão subdivididos em bioquímica. Anteriormente, incluíam métodos de engenharia genética, clonagem, expressão individual e nocaute genético. Os fragmentos de DNA são o portador material da informação genética, a biologia molecular aproximou-se significativamente da genética e surgiu a genética molecular, que é simultaneamente uma divisão da genética e da biologia molecular. Assim, assim como a biologia molecular utiliza amplamente os vírus como ferramenta de pesquisa, a virologia, no topo de suas tarefas, depende dos métodos da biologia molecular. Para analisar a informação genética são necessárias técnicas computacionais, o que tem levado ao surgimento de novas áreas da genética molecular, também reconhecidas por disciplinas especiais: bioinformática, genómica e proteómica.
História de desenvolvimento
Esta descoberta foi preparada principalmente por um estudo em três etapas da genética e bioquímica de vírus e bactérias.
Em 1928, Frederick Griffith mostrou pela primeira vez que o extrato de bactérias patogênicas mortas pelo calor pode transmitir patogenicidade a bactérias inofensivas. Uma investigação mais aprofundada da transformação das bactérias levou à purificação do agente patogênico, que, por sua vez, revelou não uma proteína, mas um ácido nucléico. O ácido nucleico em si não é inseguro; não pode transportar genes que indiquem a patogenicidade e outros poderes do microrganismo.
Na década de 50 do século 20, foi demonstrado que as bactérias possuem um processo primitivo de troca de DNA cromossômico e plasmídeos. A natureza dos plasmídeos e as transformações formaram a base para a tecnologia dos plasmídeos, que se expandiu na biologia molecular. Outra descoberta importante para a metodologia foi a identificação de bactérias, vírus e bacteriófagos no início do século XX. Os fagos também podem transferir material genético de uma célula bacteriana para outra. A infecção de bactérias por fagos leva a uma alteração na composição do RNA bacteriano. Como sem os fagos o armazém de RNA é semelhante ao armazém de DNA bacteriano, após a infecção o RNA torna-se mais semelhante ao DNA do bacteriófago. O próprio Tim estabeleceu que a estrutura do RNA é determinada pela estrutura do DNA. A capacidade de síntese protéica nas células reside na presença de um grande número de complexos RNA-proteína. Foi assim que foi formulado O dogma central da biologia molecular: DNA ↔ RNA → proteína.
O maior desenvolvimento da biologia molecular foi acompanhado pelo desenvolvimento de sua metodologia, o zocrem, o resultado do método de determinação da sequência de nucleotídeos do DNA (W. Gilbert e F. Sanger, Prêmio Nobel de Química 1980), e novas descobertas na Galúsia rastrear o funcionamento dos genes (div. História da genética Até o início do século 21, foram coletados dados sobre a estrutura primária de todo o DNA humano e de uma série de outros organismos que foram importantes para a medicina, agricultura e pesquisa científica, o que levou ao surgimento de muitas novas direções na biologia: genômica, bioinformática, etc.
Divisão também
- Biologia Molecular (revista)
- Transcriptômica
- Paleontologia molecular
- EMBO – Organização Europeia de Biólogos Moleculares
Literatura
- Cantor M., Berg P. Geni ta genomai. - Moscou, 1998.
- Stent R., Kelindar R. Genética molecular - Moscou, 1981.
- Sambrook J., Fritsch EF, Maniatis T. Clonagem molecular. – 1989.
- Patrushev L. I. Expressão de genes. – M.: Nauka, 2000. – 000 p., il. ISBN5-02-001890-2
Posilannya
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- Distrito de Ardativsky da região de Nizhny Novgorod
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Livros
- Biologia molecular da célula. Zbirnik Zavdan, J. Wilson, T. Hunt. Livro de autores americanos - suplemento à 2ª edição do manual "Biologia molecular das células" de B. Alberts, D. Bray, J. Lewis e outros. Para se vingar da comida e das ruínas, para destruí-las...
1. Introdução.
Disciplina, conhecimentos e métodos de biologia molecular e genética. A importância da genética “clássica” e da genética de microrganismos na biologia molecular e na engenharia genética estabelecidas. O conceito de gene na genética “clássica” e molecular, sua evolução. Uma introdução à metodologia da engenharia genética nos desenvolvimentos da genética molecular. Significado aplicado da engenharia genética para a biotecnologia.
2. Emboscadas moleculares de recessão.
Vamos entender sobre a clitina, ela é um armazém macromolecular. A natureza do material genético. A história da comprovação da função genética do DNA.
2.1. Diferentes tipos de ácidos nucléicos. Funções biológicas dos ácidos nucleicos. A natureza química, estrutura espaçosa e poder físico dos ácidos nucléicos. Peculiaridades do material genético dos protoeucariotos. Pares complementares de princípios Watson-Crick. Código genético. A história da decifração do código genético. Os principais poderes do código: trigêmeo, código sem coma, virogenismo. Peculiaridades do dicionário de códigos, famílias de códons, significados e códons “bezluzdі”. Moléculas circulares de DNA e o conceito de superspiralização de DNA. Topoisômeros de DNA e seus tipos. Mecanismos de topoisomerases. DNA girase bacteriana.
2.2. Transcrição do DNA. RNA polimerase de procariontes, com estrutura de subunidade e trivímero. Diversidade de fatores sigma. Promotor de genes procarióticos, seus elementos estruturais. Etapas do ciclo de transcrição. Iniciação, iluminação do “complexo aberto”, alongamento e terminação da transcrição. Atenuação da transcrição. Regulação da expressão do operon triptofano. "Rioperômica". Mecanismos de terminação da transcrição. Regulação negativa e positiva da transcrição. Operon lactose. Regulação da transcrição no desenvolvimento do fago lambda. Princípios de reconhecimento de DNA por proteínas reguladoras (proteínas CAP e repressor de fagos lambda). Características de transcrição em eucariotos. Processamento de RNA em eucariotos. Capping, splicing e poliadenilação de transcrições. Mecanismos de emenda. O papel do pequeno RNA nuclear e dos fatores proteicos. Emenda alternativa, aplique.
2.3. Transmissão, estágios, função dos ribossomos Localização dos ribossomos nas células. Tipos de ribossomos procarióticos e eucarióticos; Ribossomos 70S e 80S. Morfologia dos ribossomos. Dividido em subpartes (subunidades). Ligação dependente de códon de aminoacil-tRNA no ciclo de alongamento. Interações códon-anticódon. O papel do fator de alongamento EF1 (EF-Tu) no aminoacil-tRNA ligado ao ribossomo. O agente de alongamento EF1B (EF-Ts), sua função, a sequência de reações que o envolvem. Antibióticos que intervêm na fase de ligação dependente de códon do aminoacil-tRNA do ribossomo. Antibióticos aminoglicosídeos (estreptomicina, neomicina, canamicina, gentamicina, etc.), mecanismo de ação. Tetraciclinas como inibidores da ligação do aminoacil-tRNA ao ribossomo. Início da transmissão. As principais etapas do processo de iniciação. Iniciação da tradução em procariontes: fatores de iniciação, códons de iniciação, terminal 3¢ da pequena subunidade ribossômica do RNA e sequência de Shine-Dalgarno no mRNA. Iniciação da tradução em eucariotos: fatores de iniciação, códons iniciadores, região 5¢ não traduzida e iniciação “terminal” dependente de cap. Iniciação "interna" independente de cap em eucariotos. Transpeptidação. Inibidores da transpeptidação: cloranfenicol, lincomicina, amicetina, estreptogramina, anisomicina. Translocação. O papel do fator de alongamento EF2 (EF-G) e GTP. Inibidores de translocação: ácido fusídico, viomicina, seus mecanismos de ação. Término da transmissão. Códons terminais. Fatores proteicos de terminação de procariontes e eucariotos; duas classes de fatores de terminação e mecanismos de suas ações. Regulação da tradução em procariontes.
2.4. Replicação de DNA isso é controle genético. Polimerases que participam da replicação, características de suas atividades enzimáticas. Precisão na criação do DNA. O papel das interações estéricas entre pares de bases de DNA durante a replicação. Polimerase I, II e III E. coli. Subunidades da polimerase III. Padrão de replicação, threads “conectados” e “aumentantes” durante a replicação. Fragmentos de Okazaki. Um complexo de proteínas na forquilha de replicação. Regulação do início da replicação de E. coli. Término da replicação em micróbios. Características de regulação da replicação do plasmídeo. A replicação bidirecional e a replicação seguem o tipo de anel que ocorre.
2.5. Recombinação e esses tipos de modelos. Zagal e recombinação homóloga. Fitas duplas de DNA que iniciam a recombinação. O papel da recombinação no reparo pós-replicativo de fios gêmeos. Estrutura de Holliday no modelo de recombinação. Enzimologia da recombinação halal de E. coli. Complexo RecBCD. Proteína RecA. O papel da recombinação na garantia da síntese de DNA em caso de dano ao DNA que interrompa a replicação. Recombinação em eucariotos. Enzimas de recombinação em eucariotos. Recombinação específica do local. Importância dos mecanismos moleculares de recombinação celular e sítio-específica. Classificação da recombinase. Tipos de alterações cromossômicas que ocorrem durante a recombinação específica do local. O papel regulador da recombinação específica do local em bactérias. Construção de cromossomos de células eucariontes ricas usando um sistema adicional de recombinação de fagos sítio-específicos.
2.6. Reparo do DNA. Classificação dos tipos de reparação. Reparo direto de dímeros tímicos e guanina metilada. Virizanny do básico. Glicosilases. O mecanismo de reparo de nucleotídeos incompatíveis (reparo de incompatibilidade). Selecione a fita de DNA que está sendo reparada. Reparação SOS. O poder das DNA polimerases que participam no reparo SOS em procariontes e eucariotos. Declarações sobre “mutações adaptativas” em bactérias. Reparação de quebras de fita dupla: recombinação homóloga pós-replicativa e união de extremidades não homólogas da molécula de DNA. Interação entre os processos de replicação, recombinação e reparação.
3. Processo de mutação.
O papel dos mutantes bioquímicos na teoria formulada de um gene - uma enzima. Classificação por mutação. Mutações pontuais e alterações cromossômicas, o mecanismo de sua criação. Mutagênese espontânea e induzida. Classificação de mutagênicos. Mecanismo molecular de mutagênese. Interação entre mutagênese e reparação. Identificação e seleção de mutantes. Supressão: interna, intergênica e fenotípica.
4. Elementos genéticos cromossômicos.
Plasmídeos, sua futura classificação. Fator de estado F, yogo budova e ciclo de vida. O papel do fator F na mobilização da transferência cromossômica. Criação de doadores do tipo Hfr e F". Mecanismo de conjugação. Bacteriófagos, sua estrutura e ciclo de vida. Bacteriófagos virulentos e mortos. Lisogenia e transdução. Transdução oculta e específica. Elementos genéticos migratórios: transposons e sequência IS. Transposons em genomas procarióticos sequência IS eucariótica de bactérias, sua estrutura da sequência IS como um componente do fator F de bactérias, o que significa a transferência de material genético durante a conjugação de transposons de bactérias e transferência de organismos eucarióticos e transposons e seu papel nas mudanças estruturais ( recombinação ectópica) e na evolução do genoma.
5. Investigação da estrutura e função do gene.
Elementos de análise genética. Teste de complementação cis-trans. Mapeamento genético com diversas conjugações, transduções e transformações. Cartões genéticos de Pobudova. Tonka é mais mapeada geneticamente. Análise física da estrutura genética. Análise heteroduplex. Análise de restrição. Método de sequenciamento. Reação da polimerase Lanzug. Funções genéticas reveladas.
6. Regulação da expressão genética. Conceitos de operon e regulon. O controle é limitado ao início da transcrição. Proteínas promotoras, operadoras e reguladoras. Controle positivo e negativo da expressão gênica. O controle é limitado ao nível do término da transcrição. Operons controlados por catabólito: modelos de operons lactose, galactose, arabinose e maltose. Operon controlado por atenuador: modelo do operon triptofano. Regulação multivalente da expressão genética. Sistemas regulatórios globais. Resposta regulatória ao estresse. Controle pós-transcricional. Transdução de sinal. Regulação envolvendo RNA: RNA pequeno, RNA sensor.
7. Noções básicas de engenharia genética. Enzimas de restrição e modificação. Visão e clonagem de genes. Vetor para clonagem molecular. Princípios de construção de ADN recombinante e sua introdução nas células receptoras. Aspectos aplicados da engenharia genética.
A). Literatura principal:
1. Watson J., Tooze J., DNA recombinante: um curso curto. - M.: Svit, 1986.
2. Gênio. - M.: Svit. 1987.
3. Biologia molecular: estrutura e biossíntese de ácidos nucleicos. / Para edição. . - Escola M. Vishcha. 1990.
4. - Biotecnologia molecular. M. 2002.
5. Ribossomos de espirina e biossíntese de proteínas. - M.: Escola Vishcha, 1986.
b). Literatura adicional:
1. Genoma de Hesina. - M: Ciência. 1984.
2. Pesquisa em engenharia genética. - São Petersburgo: Universidade Técnica Estadual de São Petersburgo. 1999.
3. Geniv de Patrushev. - M: Nauka, 2000.
4. Microbiologia atual. Procariontes (em 2 vols.). - M.: Svit, 2005.
5. M. Cantor, P. Berg. Geni ta genomai. - M.: Svit, 1998.
6. Engenharia Shchelkunov. - Novosibirsk: irmão. Univ., 2004.
7. Biologia de Stepanov. Estrutura e função das proteínas. - M: V. Sh., 1996.
O biólogo molecular é um sucessor do campo da medicina, cuja missão é, nem um pouco, nem um pouco, enfrentar doenças perigosas entre a humanidade. Entre essas doenças, por exemplo, a oncologia, que hoje se tornou uma das principais causas de mortalidade no mundo, raramente se sacrifica ao líder - as doenças cardíaco-judiciais. Novos métodos de diagnóstico precoce da oncologia, prevenção e tratamento do câncer são prioridade na medicina de emergência. Biólogos moleculares na área de oncologia desenvolvem anticorpos e proteínas recombinantes (geneticamente modificadas) para diagnóstico precoce e entrega direcionada de proteínas ao corpo. Fakhivtsi esferas Vikoristovo para Nisyozhnishi, o vazio da ciência que tecnologia para o estímulo do organismo Novykh da richovin organizada, o doslіdniydniye tu Klinіnіyniye dіynosti. Entre os métodos que os biólogos moleculares utilizam estão a clonagem, a transfecção, a infecção, a reação da polimerase Lanzug, o sequenciamento de genes e outros. Uma das empresas associadas aos biólogos moleculares na Rússia é a PrimeBioMed LLC. A organização atua na produção de reagentes de anticorpos para o diagnóstico de doenças oncológicas. Esses anticorpos são usados principalmente para determinar o tipo de inchaço, como malignidade, a fim de metastatizar (se espalhar para outras partes do corpo). Os anticorpos são aplicados em finas seções de tecido seco, após o que se ligam às células com proteínas - marcadores, que estão presentes em células roliças e, às vezes, em células saudáveis. Dependendo dos resultados da investigação, os cuidados são retirados. Entre os clientes da “PrimeBioMed” - não só descobertas médicas, mas também científicas, os fragmentos do anticorpo podem ser utilizados com o objetivo de obter os melhores resultados. Nesses casos, podem ser produzidos anticorpos únicos que estão especificamente ligados à proteína, que é monitorizada sob condições específicas. Outra área promissora de pesquisa para a empresa é a entrega direcionada (direcionada) de medicamentos ao corpo. Às vezes, os anticorpos são usados como transporte: ajudam a ser entregues diretamente aos órgãos afetados. Assim, o banho se torna mais eficaz e tem menos efeitos negativos no organismo, como a quimioterapia, que afeta o câncer e outras células. A profissão de biólogo molecular durará os próximos dez anos, pois será cada vez mais procurada: com o aumento das dificuldades médias de vida das pessoas, o número de doenças oncológicas aumentará. O diagnóstico precoce dos inchaços e métodos inovadores de tratamento, além da eliminação da fala pelos biólogos moleculares, permitem restaurar a vida e preservar a cor de grande número de pessoas.
Vantagem...
