Молекулярлық биология нені зерттейді. Молекулалық биология - Молекулалық биология. Тұқымқуалаушылықтың молекулалық негіздері

Молекулалық биологияқазіргі кезде биохимиядан ерекшеленетін өзіндік зерттеу әдістерінің қарқынды даму кезеңін бастан өткерді. Оларға, атап айтқанда, гендік инженерия, клондау, жасанды экспрессия және гендік нокаут әдістері жатады. ДНҚ генетикалық ақпараттың материалдық тасымалдаушысы болғандықтан, молекулалық биология генетикаға анағұрлым жақындай түсті, ал генетиканың да, молекулалық биологияның да бөлімі болып табылатын түйіспеде молекулалық генетика қалыптасты. Молекулалық биология вирустарды зерттеу құралы ретінде кеңінен пайдаланатыны сияқты, вирусология да өз мәселелерін шешу үшін молекулалық биология әдістерін пайдаланады. Талдау үшін генетикалық ақпараткомпьютерлік технология тартылды, соған байланысты жаңа бағыттар пайда болды молекулалық генетикакейде бөлек пәндер болып саналады: биоинформатика, геномика және протеомика.

Даму тарихы

Бұл жаңалық вирустар мен бактериялардың генетикасы мен биохимиясын зерттеудің ұзақ кезеңімен дайындалды.

1928 жылы Фредерик Гриффит алғаш рет жылумен өлтірілген патогенді бактериялардың сығындысы патогенділік белгісін қатерсіз бактерияларға бере алатынын көрсетті. Бактериялық трансформацияны зерттеу одан әрі ауру қоздырғышын тазартуға әкелді, ол күткенге қарамастан, ақуыз емес, нуклеин қышқылы болып шықты. Нуклеин қышқылының өзі қауіпті емес, ол тек микроорганизмнің патогенділігін және басқа қасиеттерін анықтайтын гендерді алып жүреді.

ХХ ғасырдың 50-жылдары бактерияларда қарабайыр жыныстық процесс бар, олар хромосомадан тыс ДНҚ, плазмидалармен алмасуға қабілетті екендігі көрсетілді. Плазмидалардың ашылуы, сондай-ақ трансформациялар молекулалық биологияда кең таралған плазмидтік технологияның негізін құрады. Әдістеме үшін тағы бір маңызды жаңалық 20 ғасырдың басында бактериялық вирустардың, бактериофагтардың ашылуы болды. Фагтар сонымен бірге генетикалық материалды біреуден тасымалдай алады бактериялық жасушабасқасына. Бактерияларды фагтармен жұқтыру бактериялық РНҚ құрамының өзгеруіне әкеледі. Егер фагтарсыз РНҚ құрамы бактериялық ДНҚ құрамына ұқсас болса, инфекциядан кейін РНҚ бактериофаг ДНҚ-ға көбірек ұқсайды. Осылайша, РНҚ құрылымы ДНҚ құрылымымен анықталатыны анықталды. Өз кезегінде жасушалардағы ақуыз синтезінің жылдамдығы РНҚ-ақуыз кешендерінің мөлшеріне байланысты. Ол осылай тұжырымдалған Молекулярлық биологияның орталық догмасы:ДНҚ ↔ РНҚ → ақуыз.

Молекулярлық биологияның одан әрі дамуы оның әдістемесінің дамуымен де, атап айтқанда, ДНҚ-ның нуклеотидтер тізбегін анықтау әдісінің ойлап табылуымен (В. Гилберт пен Ф. Сэнгер, 1980 ж. химия бойынша Нобель сыйлығы) және жаңа гендердің құрылымы мен қызметін зерттеу саласындағы жаңалықтар (қараңыз. Генетика тарихы). TO XXI ғасырдың басығасырда медицина, ауыл шаруашылығы және ғылыми зерттеулер үшін ең маңызды адам ДНҚ және басқа да бірқатар организмдердің бастапқы құрылымы туралы мәліметтер алынды, бұл биологияда бірнеше жаңа салалардың: геномика, биоинформатика және т.б. пайда болуына әкелді.

да қараңыз

• Молекулалық биология (журнал)
• Транскриптомия
• Молекулярлық палеонтология
• EMBO – Еуропалық ұйым молекулалық биологтар

Әдебиет

• Әнші М., Берг П.Гендер мен геномдар. - Мәскеу, 1998 ж.
• Стент Г., Калиндар Р.Молекулалық генетика. - Мәскеу, 1981 ж.
• Самбрук Дж., Фрич Э.Ф., Маниатис Т.Молекулярлық клондау. - 1989 жыл.
• Патрушев Л.И.Гендердің экспрессиясы. - М.: Наука, 2000. - 000 б., сырқат. ISBN 5-02-001890-2

Сілтемелер

Викимедиа қоры. 2010 ж.

• Нижний Новгород облысының Ардатовский ауданы
• Нижний Новгород облысының Арзамас ауданы

Басқа сөздіктерде «Молекулалық биология» деген не екенін қараңыз:

МОЛЕКУЛЯЛЫҚ БИОЛОГИЯ- негіздерін зерттейді. молекулалық деңгейде тіршіліктің қасиеттері мен көріністері. М.б.дағы ең маңызды бағыттар. құрылымдық тұрғыдан зерттейді функционалдық ұйымжасушалардың генетикалық аппараты және тұқым қуалайтын ақпаратты жүзеге асыру механизмі ... ... Биологиялық энциклопедиялық сөздік

МОЛЕКУЛЯЛЫҚ БИОЛОГИЯ- тіршіліктің негізгі қасиеттері мен көріністерін молекулалық деңгейде зерттейді. Ағзалардың өсуі мен дамуы, тұқым қуалайтын ақпараттың сақталуы мен берілуі, тірі жасушалардағы энергияның түрленуі және басқа да құбылыстардың қалай және қаншалықты ... байланысты екенін анықтайды. Үлкен энциклопедиялық сөздік

МОЛЕКУЛЯЛЫҚ БИОЛОГИЯ Қазіргі энциклопедия

МОЛЕКУЛЯЛЫҚ БИОЛОГИЯ- МОЛЕКУЛЯЛЫҚ БИОЛОГИЯ, тірі ағзаларды құрайтын МОЛЕКУЛАЛАРДЫҢ құрылысы мен қызметін биологиялық тұрғыдан зерттейтін ғылым. Негізгі оқу бағыттары физикалық және Химиялық қасиеттеріақуыздар және ДНҚ сияқты НУКЛЕИН ҚЫШҚЫЛДАР. қараңыз…… Ғылыми-техникалық энциклопедиялық сөздік

молекулалық биология- молекулалық деңгейде тіршіліктің негізгі қасиеттері мен көріністерін зерттейтін биол. бөлімі. Ағзалардың қалай және қандай дәрежеде өсуі мен дамуын, тұқым қуалайтын ақпараттың сақталуы мен берілуін, тірі жасушалардағы энергияның түрленуін және ... ... Микробиология сөздігі

молекулалық биология- — Биотехнология тақырыптары EN молекулалық биология … Техникалық аудармашының анықтамалығы

Молекулалық биология- МОЛЕКУЛАЛЫҚ БИОЛОГИЯ, тіршіліктің негізгі қасиеттері мен көріністерін молекулалық деңгейде зерттейді. Ағзалардың қалай және қандай дәрежеде өсуі мен дамуын, тұқым қуалайтын ақпараттың сақталуы мен берілуін, тірі жасушалардағы энергияның түрленуін және ... ... Иллюстрацияланған энциклопедиялық сөздік

Молекулалық биология- биологиялық объектілер мен жүйелерді молекулалық деңгейге жақындайтын, ал кейбір жағдайларда осы шекке жеткен деңгейде зерттеу арқылы тіршілік құбылыстарының табиғатын білуді өзіне міндет етіп қоятын ғылым. Мұның түпкі мақсаты – …… Ұлы Совет энциклопедиясы

МОЛЕКУЛЯЛЫҚ БИОЛОГИЯ- жасушасыз құрылымдардағы (рибосомалар және т.б.), вирустардағы, сондай-ақ жасушалардағы макромолекулалар (ch.arr. белоктар және нуклеин қышқылдары) деңгейіндегі тіршілік құбылыстарын зерттейді. М.ның мақсаты. ... ... негізінде осы макромолекулалардың рөлі мен қызмет ету механизмін белгілеу. Химиялық энциклопедия

молекулалық биология- тіршіліктің негізгі қасиеттері мен көріністерін молекулалық деңгейде зерттейді. Ағзалардың өсуі мен дамуын, тұқым қуалаушылық ақпараттың сақталуы мен берілуін, тірі жасушалардағы энергияның айналуын және басқа да құбылыстарды ... ... қалай және қаншалықты өсетінін анықтайды. энциклопедиялық сөздік

Кітаптар

• Жасушаның молекулалық биологиясы. Проблемалық кітап, Дж.Уилсон, Т.Хант. Америкалық авторлардың кітабы Б.Альбертс, Д.Брей, Дж.Льюис және т.б. «Жасушаның молекулалық биологиясы» оқулығының 2-басылымына қосымша болып табылады.Мақсаты тереңдету болып табылатын сұрақтар мен тапсырмалардан тұрады. ..

Молекулярлық биология жансыз құрылымдардағы немесе тіршілік әрекетінің элементарлы белгілері бар жүйелердегі тіршілік көріністерін зерттейді (бұл жеке биологиялық макромолекулалар, олардың кешендері немесе органеллалары болуы мүмкін), тірі материяны сипаттайтын негізгі процестердің химиялық жолмен жүзеге асу жолын зерттейді деп айтуға болады. өзара әрекеттесу және түрлендіру.

Молекулалық биологияның биохимиядан дербес ғылым саласына бөлінуі оның негізгі міндеті әртүрлі процестерге қатысатын биологиялық макромолекулалардың құрылымы мен қасиеттерін зерттеу, олардың өзара әрекеттесу механизмдерін түсіндіру болып табылатындығымен түсіндіріледі. Ал биохимия тіршілік әрекетінің нақты процестерін, олардың тірі организмдегі жүру заңдылықтарын және осы процестермен бірге жүретін молекулалардың түрленуін зерттеумен айналысады. Сайып келгенде, молекулалық биология сол немесе басқа процесс неліктен жүреді деген сұраққа жауап беруге тырысса, биохимия химия тұрғысынан қарастырылатын процесс қайда және қалай жүреді деген сұрақтарға жауап береді.

Оқиға

Молекулалық биология биохимияның жеке саласы ретінде 1930 жылдары қалыптаса бастады. Тіршілік құбылысын тереңірек түсіну үшін тірі ағзалардағы тұқым қуалайтын ақпаратты сақтау және беру процестерін молекулалық деңгейде мақсатты түрде зерттеу қажеттілігі сол кезде туындады. Содан кейін құрылымын, қасиеттерін және өзара әрекеттесуін зерттеуде молекулалық биологияның міндеті анықталды нуклеин қышқылдарыжәне белоктар. «Молекулалық биология» терминін алғаш рет ағылшын ғалымы Уильям Астбери коллаген, қан фибрині немесе бұлшықеттің жиырылғыш белоктары сияқты фибриллярлық ақуыздардың молекулалық құрылымы мен физикалық және биологиялық қасиеттері арасындағы байланысты анықтауға байланысты зерттеулер контекстінде қолданды. .

Молекулалық биологияның алғашқы күндерінде РНҚ өсімдіктер мен саңырауқұлақтардың құрамдас бөлігі болып саналса, ДНҚ жануарлар жасушаларының типтік компоненті ретінде қарастырылды. ДНҚ-ның өсімдіктерде кездесетінін алғаш дәлелдеген зерттеуші 1935 жылы бұршақ ДНҚ-сын бөліп алған Андрей Николаевич Белозерский болды. Бұл жаңалық ДНҚ-ның өсімдіктер мен жануарлар жасушаларында болатын әмбебап нуклеин қышқылы екенін дәлелдеді.

Джордж Бидл мен Эдвард Татумның гендер мен белоктар арасындағы тікелей себептік байланысты орнатуы басты жетістік болды. Өз тәжірибелерінде олар нейроспора жасушаларын ( Нейроспораcrassa) Мутацияларды тудырған рентгендік әсер. Алынған нәтижелер бұл ерекше ферменттердің қасиеттерінің өзгеруіне әкелетінін көрсетті.

1940 жылы Альберт Клод жануарлар жасушаларының цитоплазмасынан митохондриялардан кіші цитоплазмалық РНҚ бар түйіршіктерді бөліп алды. Ол оларды микросомалар деп атады. Кейіннен оқшауланған бөлшектердің құрылымы мен қасиеттерін зерттеуде олардың ақуыз биосинтезі процесіндегі іргелі рөлі анықталды. 1958 жылы осы бөлшектерге арналған бірінші симпозиумда бұл бөлшектерді рибосомалар деп атау туралы шешім қабылданды.

Молекулярлық биологияның дамуындағы тағы бір маңызды қадам 1944 жылы Освальд Эвери, Колин Маклеод және Маклин Маккарти тәжірибесінің жарияланған мәліметтері болды, бұл ДНҚ бактериялық трансформацияның себебі болып табылатынын көрсетті. Бұл гендердің ақуыздық табиғаты туралы бұрынғы идеяны жоққа шығаратын, тұқым қуалайтын ақпаратты берудегі ДНҚ рөлінің алғашқы эксперименталды дәлелі болды.

1950 жылдардың басында Фредерик Сэнгер белок тізбегі аминқышқылдары қалдықтарының бірегей тізбегі екенін көрсетті. 1950 жылдардың соңында Макс Перутц пен Джон Кендру алғашқы белоктардың кеңістіктік құрылымын ашты. 2000 жылдың өзінде-ақ жүздеген мың табиғи аминқышқылдарының тізбегі және белоктардың мыңдаған кеңістіктік құрылымдары белгілі болды.

Шамамен сол уақытта Эрвин Чаргаффтың зерттеулері ДНҚ-дағы азотты негіздердің арақатынасын сипаттайтын ережелерді тұжырымдауға мүмкіндік берді (ережелерде ДНҚ-дағы түрлердің айырмашылығына қарамастан, гуанин мөлшері цитозин мөлшеріне, ал аденин мөлшеріне тең болады) мин мөлшеріне тең), бұл кейінірек молекулалық биологиядағы ең үлкен серпіліс жасауға көмектесті және ең үлкен ашылуларжалпы биологияда.

Бұл оқиға 1953 жылы Джеймс Уотсон мен Фрэнсис Крик Розалинд Франклин мен Морис Уилкинстің жұмысына негізделген кезде орын алды. Рентгендік дифракциялық талдауДНҚ, ДНҚ молекуласының қос тізбекті құрылымын белгіледі. Бұл жаңалық тұқым қуалайтын ақпаратты тасымалдаушының өздігінен көбею қабілеті туралы іргелі сұраққа жауап беруге және мұндай ақпаратты беру механизмін түсінуге мүмкіндік берді. Сол ғалымдар азотты негіздердің комплементарлылық принципін тұжырымдады, бұл супрамолекулалық құрылымдардың қалыптасу механизмін түсіну үшін шешуші мәнге ие. Қазіргі кезде барлық молекулалық кешендерді сипаттау үшін қолданылатын бұл принцип екіншілік, үшіншілік және т.б. түзілу мүмкіндігін анықтайтын әлсіз (валентті емес) молекулааралық әрекеттесулердің пайда болу шарттарын сипаттауға және болжауға мүмкіндік береді. макромолекулалардың құрылымдары, супрамолекулалықтардың өздігінен жиналуы биологиялық жүйелермолекулярлық құрылымдардың және олардың функционалдық жиынтықтарының соншалықты алуан түрлілігін анықтайтын. Содан кейін, 1953 жылы, пайда болды Ғылым журналыМолекулалық биология журналы. Оны Джон Кендру басқарды. ғылыми қызығушылықтарыглобулярлы белоктардың құрылымын зерттеу болды (1962 ж. Нобель сыйлығы, Макс Перуцпен бірлесіп). «Молекулалық биология» деп аталатын орыс тіліндегі ұқсас журналды КСРО-да 1966 жылы В.А.Энгельгардт құрды.

1958 жылы Фрэнсис Крик деп аталатын тұжырымды тұжырымдады. молекулярлық биологияның орталық догмасы: ДНҚ → ДНҚ (репликация, ДНҚ көшірмесін жасау), ДНҚ → РНҚ (транскрипция, гендерді көшіру), РНҚ → ақуыз (трансляция, белоктардың құрылымы туралы ақпаратты декодтау). Бұл догма 1970 жылы жинақталған білімді ескере отырып біршама түзетілді, өйткені кері транскрипция құбылысын Ховард Темин және Дэвид Балтимор дербес ашқан болатын: кері транскрипцияны жүзеге асыруға жауап беретін кері транскриптаза ферменті ашылды. онкогенді вирустарда кездесетін бір тізбекті РНҚ шаблонында қос тізбекті ДНҚ түзілуі. Нуклеин қышқылдарынан белоктарға генетикалық ақпарат ағынының қатаң қажеттілігі әлі де молекулалық биологияның негізі болып қала беретінін атап өткен жөн.

1957 жылы Александр Сергеевич Спирин Андрей Николаевич Белозерскиймен бірге әр түрлі ағзалардың ДНҚ-ның нуклеотидтік құрамының айтарлықтай айырмашылығына қарамастан, жалпы РНҚ құрамы ұқсас екенін көрсетті. Осы деректерге сүйене отырып, олар жасушаның жалпы РНҚ ДНҚ-дан белоктарға дейін генетикалық ақпаратты тасымалдаушы ретінде әрекет ете алмайды, өйткені ол оның құрамы бойынша оған сәйкес келмейді деген сенсациялық қорытындыға келді. Сонымен бірге олар нуклеотидтік құрамы бойынша ДНҚ-ға толық сәйкес келетін және ДНҚ-дан белоктарға генетикалық ақпараттың шынайы тасымалдаушысы бола алатын РНҚ-ның аздаған бөлігі бар екенін байқады. Нәтижесінде олар ДНҚ-ның жеке бөлімдеріне құрылымы жағынан ұқсас және ДНҚ құрамындағы генетикалық ақпаратты рибосомаға беруде делдал қызметін атқаратын салыстырмалы түрде шағын РНҚ молекулаларының болуын болжаған, бұл ақпараттың көмегімен ақуыз молекулалары синтезделеді. 1961 жылы (бір жағынан С. Бреннер, Ф. Джейкоб, М. Месельсон және Ф. Грос, Франсуа Якоб және Жак Монод алғаш рет осындай молекулалардың – ақпараттық (матрицалық) РНҚ бар екендігінің эксперименттік растауын алды. Сол уақытта олар ДНҚ-ның функционалдық бірліктерінің тұжырымдамасы мен моделін жасады - оперон, бұл прокариоттарда ген экспрессиясының реттелуі қалай жүзеге асырылатынын нақты түсіндіруге мүмкіндік берді. құрылымдық ұйымал молекулалық машиналар – рибосомалардың жұмысы молекулалық биологияның орталық догмасы деп аталатын генетикалық ақпараттың қозғалысын сипаттайтын постулатты тұжырымдауға мүмкіндік берді: ДНҚ – мРНҚ – белок.

1961 жылы және одан кейінгі бірнеше жылда Генрих Маттей мен Маршалл Ниренберг, одан кейін Хар Корана мен Роберт Холли генетикалық кодты ашу бойынша бірнеше жұмыс жүргізді, нәтижесінде ДНҚ құрылымы мен синтезделген белоктар арасында тікелей байланыс орнатылды. және ақуыздағы аминқышқылдарының жиынтығын анықтайтын нуклеотидтер тізбегі. Генетикалық кодтың әмбебаптығы туралы деректер де алынды. Жаңалықтар 1968 жылы Нобель сыйлығымен марапатталды.

Даму үшін заманауи идеяларРНҚ функциялары туралы, Александр Сергеевич Спириннің 1958 жылы Андрей Николаевич Белозерскиймен, Чарльз Бреннер бірлескен авторлармен және 1961 жылы Сауль Шпигельманмен бірлесіп жасаған жұмыстарының нәтижелері негізінде жасалған кодталмаған РНҚ-ның ашылуы шешуші болды. . РНҚ-ның бұл түрі жасушалық РНҚ-ның негізгі бөлігін құрайды. Рибосомалық РНҚ негізінен кодталмайды.

Жануарлар жасушаларын өсіру және будандастыру әдістері айтарлықтай дамыды. 1963 жылы Франсуа Джейкоб пен Сидней Бреннер репликон идеясын тұжырымдады, бұл гендердің репликациясын реттеудің маңызды аспектілерін түсіндіретін туа біткен репликацияланатын гендердің тізбегі.

1967 жылы А.С.Спириннің зертханасында рибосомалық бөлшектің морфологиясын ықшам бүктелген РНҚ пішіні анықтайтыны алғаш рет көрсетілді.

1968 жылы маңызды іргелі жаңалық жасалды. Оказаки репликация процесін зерттеуде артта қалған тізбектің ДНҚ фрагменттерін тауып, оның атымен Оказаки фрагменттерін атады, ДНҚ репликациясының механизмін түсіндірді.

1970 жылы Ховард Темин мен Дэвид Балтимор дербес маңызды жаңалық ашты: фермент – кері транскриптазаны жүзеге асыруға жауап беретін кері транскриптаза – бір тізбекті РНҚ шаблонында қос тізбекті ДНҚ түзілуі, ол ашылды. құрамында РНҚ бар онкогенді вирустар.

тағы біреуі маңызды жетістікмолекулалық биология мутация механизмін молекулалық деңгейде түсіндіру болды. Бірқатар зерттеулер нәтижесінде мутацияның негізгі түрлері анықталды: дубликация, инверсия, делеция, транслокация және транспозиция. Бұл эволюциялық өзгерістерді гендік процестер тұрғысынан қарастыруға мүмкіндік берді және филогенезде қолданылатын молекулалық сағаттар теориясын жасауға мүмкіндік берді.

1970 жылдардың басында тірі ағзадағы нуклеин қышқылдары мен белоктардың қызмет етуінің негізгі принциптері тұжырымдалған болатын. Организмдегі белоктар мен нуклеин қышқылдары матрицалық механизм бойынша синтезделетіні, матрица молекуласы аминқышқылдарының (ақуыздағы) немесе нуклеотидтердің (нуклеин қышқылында) орналасу реті туралы шифрланған ақпаратты тасымалдайтыны анықталды. Репликация (ДНҚ-ның екі еселенуі) немесе транскрипция (мРНҚ синтезі) кезінде ДНҚ осындай матрица қызметін атқарады, трансляция кезінде (ақуыз синтезі) немесе кері транскрипция - мРНҚ.

Осылайша, молекулалық биологияның қолданбалы салаларын, атап айтқанда, гендік инженерияны дамыту үшін теориялық алғышарттар жасалды. 1972 жылы Пол Берг, Герберт Бауэр және Стэнли Коэн молекулалық клондау технологиясын жасады. Содан кейін олар бірінші болып in vitro рекомбинантты ДНҚ алды. Бұл көрнекті эксперименттер гендік инженерияның негізін қалады және биылғы жыл осы ғылыми бағыттың туған күні болып саналады.

1977 жылы Фредерик Сэнгер және Аллан Максум және Уолтер Гилберт тәуелсіз түрде анықтаудың әртүрлі әдістерін әзірледі. бастапқы құрылым(секвенирлеу) ДНҚ. Сэнгер әдісі, тізбекті тоқтату әдісі деп аталатын, қазіргі секвенирлеу әдісінің негізі болып табылады. Тізбектілік принципі циклдік реттілік реакциясында терминатор ретінде әрекет ететін таңбаланған негіздерді пайдалануға негізделген. Бұл әдіс талдауды жылдам жүргізу мүмкіндігіне байланысты кең тарады.

1976 - Фредерик. Сэнгер ұзындығы 5375 жұп нуклеотидтік φΧ174 фагының ДНҚ нуклеотидтер тізбегін ашты.

1981 - Орақ жасушалы анемия ДНҚ талдауы арқылы диагноз қойылған алғашқы генетикалық ауру болды.

1982-1983 жж. Т.Чек пен С.Алтманның американдық зертханаларында РНҚ-ның каталитикалық функциясының ашылуы белоктардың ерекше рөлі туралы бұрыннан бар идеяларды өзгертті. Каталитикалық белоктарға – ферменттерге ұқсастық бойынша каталитикалық РНҚ рибозимдер деп аталды.

1987 Кери Муллес полимеразды тізбекті реакцияны ашты, оның арқасында әрі қарай жұмыс істеу үшін ерітіндідегі ДНҚ молекулаларының санын жасанды түрде айтарлықтай арттыруға болады. Қазіргі уақытта ол тұқым қуалайтын және вирустық ауруларды зерттеуде, гендерді зерттеуде және генетикалық сәйкестендіру мен туыстық қатынаста және т.б. қолданылатын молекулалық биологияның маңызды әдістерінің бірі болып табылады.

1990 жылы бір мезгілде ғалымдардың үш тобы зертханалық жағдайда синтетикалық функционалдық белсенді РНҚ-ны тез алуға мүмкіндік беретін әдісті жариялады (жасанды рибозимдер немесе әртүрлі лигандтармен әрекеттесетін молекулалар - аптамерлер). Бұл әдіс «эволюция in vitro» деп аталады. Ал содан кейін көп ұзамай 1991-1993 жылдары зертханада А.Б. Четверинаға қатты ортада колониялар түріндегі РНҚ молекулаларының болуы, өсуі және күшею мүмкіндігі эксперименталды түрде көрсетілді.

1998 жылы дерлік бір мезгілде Крейг Мелло мен Эндрю Файр бактериялар мен гүлдермен гендік тәжірибелерде бұрын байқалған механизмді сипаттады. РНҚ интерференциясы, онда шағын екі тізбекті РНҚ молекуласы ген экспрессиясының белгілі бір басылуына әкеледі.

РНҚ интерференциясының механизмін ашудың маңызы зор. практикалық құндылығықазіргі молекулалық биология үшін. Бұл құбылыс кеңінен қолданылады ғылыми эксперименттер«өшіру» құралы ретінде, яғни жеке гендердің экспрессиясын басу. Бұл әдіс зерттелетін гендердің белсенділігін қайтымды (уақытша) басуға мүмкіндік беретіні ерекше қызығушылық тудырады. Бұл құбылысты вирустық, ісік, дегенеративті және метаболикалық ауруларды емдеуге қолдану бойынша зерттеулер жүргізілуде. Айта кету керек, 2002 жылы полиомиелит вирустарының мутанттары табылды, олар РНҚ-ның кедергісін болдырмайды, сондықтан шын мәнінде полиомиелит вирусын дамыту үшін көп еңбек қажет. тиімді әдістеросы құбылысқа негізделген емдеу.

1999-2001 жылдары зерттеушілердің бірнеше тобы 5,5-тен 2,4 ангстромға дейінгі рұқсатпен бактериялық рибосоманың құрылымын анықтады.

Элемент

Молекулярлық биологияның тірі табиғатты танудағы жетістіктерін асыра бағалау мүмкін емес. Зерттеудің сәтті тұжырымдамасының арқасында үлкен жетістікке қол жеткізілді: кешенді биологиялық процестержеке молекулалық жүйелер тұрғысынан қарастырылады, бұл зерттеудің нақты физика-химиялық әдістерін қолдануға мүмкіндік береді. Ол сонымен қатар ғылымның осы саласына жақын салалардан: химия, физика, цитология, вирусология сияқты көптеген ұлы ойларды тартты, бұл да осы саладағы ғылыми білімнің ауқымы мен даму жылдамдығына пайдалы әсер етті. ДНҚ құрылымын анықтау, генетикалық кодты ашу, геномның жасанды бағытталған модификациясы сияқты маңызды жаңалықтар организмдердің даму процестерінің ерекшеліктерін әлдеқайда тереңірек түсінуге және көптеген маңызды іргелі мәселелерді сәтті шешуге мүмкіндік берді. Жақында шешімін таппаған қолданбалы ғылыми, медициналық және әлеуметтік мәселелер.

Молекулалық биологияның зерттеу пәні негізінен белоктар, нуклеин қышқылдары және олардың негізіндегі молекулалық комплекстер (молекулалық машиналар) және олар қатысатын процестер.

Нуклеин қышқылдары – фосфат топтарының күрделі эфирлік байланысымен өзара байланысқан нуклеотидтік бірліктерден (циклдің бесінші атомында фосфат тобы бар бес мүшелі қанттың қосылыстары және төрт азотты негіздердің бірі) түзілген сызықты полимерлер. Осылайша, нуклеин қышқылы жанама алмастырғыштар ретінде азотты негіздер бар пентозофосфатты полимер болып табылады. Химиялық құрамыРНҚ тізбегінің ДНҚ-дан айырмашылығы біріншісі бес мүшелі рибоза көмірсу циклінен, ал екіншісі дегидроксилденген рибоза туындысы – дезоксирибозадан тұрады. Сонымен бірге бұл молекулалар кеңістікте айтарлықтай ерекшеленеді, өйткені РНҚ икемді бір тізбекті молекула, ал ДНҚ қос тізбекті молекула.

Белоктар – бір-бірімен байланысқан альфа-амин қышқылдарының тізбектері болып табылатын сызықтық полимерлер. пептидтік байланыс, сондықтан олардың екінші атауы – полипептидтер. Табиғи ақуыздардың құрамына көптеген әртүрлі аминқышқылдары кіреді - адамдарда 20-ға дейін - бұл молекулалардың көптеген функционалдық қасиеттерін анықтайды. Осы немесе басқа белоктар ағзадағы барлық дерлік процестерге қатысады және көптеген міндеттерді орындайды: олар жасушалық құрылыс материалының рөлін атқарады, заттар мен иондардың тасымалдануын қамтамасыз етеді, катализдейді. химиялық реакциялар, бұл тізім өте ұзақ. Белоктар ұйымдастырудың әртүрлі деңгейлерінің тұрақты молекулалық конформациясын (екінші және үшінші реттік құрылымдар) және молекулалық кешендерді құрайды, бұл олардың функционалдығын одан әрі кеңейтеді. Бұл молекулалар күрделі кеңістіктік глобулярлық құрылымның қалыптасуына байланысты белгілі бір міндеттерді орындау үшін жоғары ерекшелікке ие болуы мүмкін. Ақуыздардың алуан түрлілігі ғалымдардың молекулалардың осы түріне тұрақты қызығушылығын қамтамасыз етеді.

Молекулалық биология пәні туралы қазіргі заманғы идеялар молекулалық биологияның орталық догмасы ретінде алғаш рет 1958 жылы Фрэнсис Крик ұсынған жалпылама тұжырымға негізделген. Оның мәні тірі ағзалардағы генетикалық ақпарат жүзеге асырудың қатаң белгіленген кезеңдерден өтеді: тұқым қуалаушылықтың кіре берісінде ДНҚ-дан ДНҚ-ға, ДНҚ-дан РНҚ-ға, содан кейін РНҚ-дан ақуызға көшіріледі, ал кері өту мүмкін емес деген тұжырым болды. Бұл мәлімдеме ішінара ғана шындық болды, сондықтан кейіннен орталық догма жаңадан ашылған деректерге назар аудара отырып түзетілді.

Қазіргі уақытта генетикалық ақпараттың болуының үш түрін: ДНҚ, РНҚ және ақуызды жүзеге асыру үшін әртүрлі реттілігін білдіретін генетикалық материалды жүзеге асырудың бірнеше жолы бар. Жүзеге асырудың тоғыз ықтимал тәсілі бойынша үш топ бөлінеді: бұл тірі организмдердің көпшілігінде қалыпты түрде жүзеге асырылатын үш жалпы түрлендіру (жалпы); кейбір вирустарда немесе арнайы зертханалық жағдайларда жүргізілетін үш арнайы трансформация (арнайы); жүзеге асыру мүмкін емес деп саналатын үш белгісіз түрлендіру (белгісіз).

Жалпы түрлендірулерге генетикалық кодты жүзеге асырудың келесі тәсілдері жатады: ДНҚ→ДНҚ (репликация), ДНҚ→РНҚ (транскрипция), РНҚ→ақуыз (трансляция).

Тұқым қуалайтын белгілердің берілуін жүзеге асыру үшін ата-аналар өздерінің ұрпақтарына толыққанды ДНҚ молекуласын беруі керек. Бастапқы ДНҚ-ның дәл көшірмесін синтездеуге, демек, генетикалық материалды тасымалдауға болатын процесс репликация деп аталады. Ол молекуланы ашатын (оның бөлімін түзететін), босататын арнайы ақуыздар арқылы жүзеге асырылады қос спиральжәне бастапқы ДНҚ молекуласының дәл көшірмесін жасау үшін ДНҚ полимеразаны қолдану.

Жасушаның өмір сүруін қамтамасыз ету үшін ол ДНҚ қос спираліне енгізілген генетикалық кодқа үнемі сілтеме жасауы керек. Дегенмен, бұл молекула тым үлкен және ебедейсіз, үздіксіз ақуыз синтезі үшін генетикалық материалдың тікелей көзі ретінде пайдалану үшін. Сондықтан ДНҚ-ға енгізілген ақпаратты жүзеге асыру барысында аралық кезең жүреді: белгілі бір ақуызды кодтайтын ДНҚ-ның белгілі бір сегментіне комплементарлы шағын бір тізбекті молекула болып табылатын мРНҚ синтезі. Транскрипция процесі РНҚ-полимераза және транскрипция факторларымен қамтамасыз етіледі. Содан кейін алынған молекула жасушаның ақуыз синтезіне жауапты бөлігіне - рибосомаға оңай жеткізілуі мүмкін.

РНҚ рибосомаға енгеннен кейін генетикалық ақпаратты жүзеге асырудың соңғы кезеңі басталады. Рибосома мРНҚ-дан оқиды генетикалық кодтриплеттерді кодон деп атайды және алынған ақпарат негізінде сәйкес ақуызды синтездейді.

Арнайы трансформациялар барысында генетикалық код РНҚ → РНҚ (репликация), РНҚ → ДНҚ (кері транскрипция), ДНҚ → ақуыз (тікелей трансляция) схемасы бойынша жүзеге асады. Бұл түрдің репликациясы көптеген вирустарда жүзеге асады, онда оны РНҚ-тәуелді РНҚ-полимераза ферменті жүзеге асырады. Ұқсас ферменттер эукариоттық жасушаларда да кездеседі, онда олар РНҚ-ның дыбыссыздану процесімен байланысты. Кері транскрипция ретровирустарда табылған, онда ол кері транскриптаза ферменті арқылы жүзеге асады, ал кейбір жағдайларда эукариоттық жасушаларда, мысалы, теломерлік синтез кезінде. Тірі берілу тек жасанды жағдайда жасушадан тыс оқшауланған жүйеде жүзеге асырылады.

Генетикалық ақпараттың белоктан ақуызға, РНҚ немесе ДНҚ-ға ауысуы мүмкін үш мүмкін емес деп саналады. Нәтижесінде ұқсас прион түзілетін протеиндерге приондардың әсер ету жағдайын шартты түрде генетикалық ақпарат протеин → ақуыздың жүзеге асу түріне жатқызуға болады. Алайда, формальды түрде бұл ондай емес, өйткені ол ақуыздағы аминқышқылдарының тізбегіне әсер етпейді.

«Орталық догма» терминінің пайда болу тарихы қызықты. Догма сөзі негізінен күмән тудырмайтын тұжырымды білдіретіндіктен және бұл сөздің өзі сипаттама ретінде таңдай отырып, нақты діни коннотацияға ие. ғылыми факттолығымен заңды емес. Фрэнсис Криктің айтуынша, бұл оның қателігі. Ол алға қойылған теорияға көбірек мән беруді, оны басқа теориялар мен гипотезалардың астарынан ажыратуды; Неліктен ол бұл ұлылықты, оның ойынша, оның шынайы мағынасын түсінбей, қолдануды шешті. Алайда, аты өшіп қалды.

Қазіргі кездегі молекулалық биология

Молекулярлық биологияның қарқынды дамуы, қоғамның осы саладағы жетістіктерге үнемі қызығушылық танытуы және зерттеудің объективті маңыздылығының пайда болуына әкелді. үлкен сандүние жүзіндегі молекулалық биологияның ірі зерттеу орталықтары. Ең ірілерінің ішінде мыналарды атап өткен жөн: Кембридждегі молекулалық биология зертханасы, Лондондағы Корольдік институт – Ұлыбританияда; Париждегі, Марсельдегі және Страсбургтегі молекулалық биология институттары, Пастер институты – Францияда; Гарвард университетінде және Массачусетс технологиялық институтында, Беркли университетінде, Калифорния технологиялық институтында, Рокфеллер университетінде, Бетезда қоғамдық денсаулық сақтау институтында – АҚШ-та молекулалық биология кафедралары; Макс Планк институттары, Геттинген және Мюнхен университеттері, Берлиндегі Орталық молекулалық биология институты, Йена және Галле институттары – Германияда; Стокгольмдегі Каролинская институты, Швеция.

Ресейде бұл саладағы жетекші орталықтар Молекулярлық биология институты болып табылады. РҒА Молекулярлық генетика институты, РҒА гендік биология институты, В.А. атындағы Физико-химиялық биология институты. Белозерский атындағы Мәскеу мемлекеттік университеті. М.В.Ломоносов атындағы биохимия институты. А.Н.Бах РҒА және Пущинодағы РҒА ақуыз институты.

Бүгінгі таңда молекулярлық биологтардың қызығушылық саласы іргелі ғылыми мәселелердің кең ауқымын қамтиды. Бұрынғыдай нуклеин қышқылдарының құрылымын және ақуыз биосинтезін зерттеу, әртүрлі жасушаішілік құрылымдар мен жасуша беттерінің құрылымы мен қызметін зерттеу жетекші рөл атқарады. Сондай-ақ сигналдарды қабылдау және беру механизмдерін, қосылыстардың жасуша ішінде, сондай-ақ жасушадан сыртқы ортаға және кері тасымалдануының молекулалық механизмдерін зерттеу зерттеудің маңызды бағыттары болып табылады. Қолданбалы молекулярлық биология саласындағы ғылыми зерттеулердің негізгі бағыттарының ішінде ісіктердің пайда болуы мен дамуы проблемасы ең басымдылықтардың бірі болып табылады. Сондай-ақ молекулярлық биология – молекулалық генетика бөлімі зерттейтін өте маңызды сала – пайда болуының молекулалық негіздерін зерттеу болып табылады. тұқым қуалайтын аурулар, және вирустық аурулар, мысалы, СПИД, сондай-ақ олардың алдын алу әдістерін әзірлеу және, мүмкін, гендік деңгейде емдеу. Сот медицинасындағы молекулярлық биологтардың ашқан жаңалықтары мен әзірлемелері кең қолданыс тапты. Тұлғаны сәйкестендіру саласындағы нағыз революцияны 80-ші жылдары Ресей, АҚШ және Ұлыбритания ғалымдары «геномдық саусақ ізі» әдісін әзірлеу және енгізу - күнделікті тәжірибеде ДНҚ сәйкестендіру арқасында жасады. Бұл саладағы зерттеулер бүгінгі күнге дейін тоқтамайды, заманауи әдістер қателік ықтималдығы пайыздың миллиардтан бір бөлігін құрайтын адамды анықтауға мүмкіндік береді. Қазірдің өзінде генетикалық төлқұжат жобасының белсенді дамуы жүріп жатыр, ол күткендей қылмыс деңгейін айтарлықтай төмендетеді.

Әдістеме

Бүгінгі таңда молекулалық биология ғалымдардың алдында тұрған ең озық және ең күрделі мәселелерді шешуге арналған әдістердің кең арсеналына ие.

Молекулалық биологиядағы кең тараған әдістердің бірі гельдік электрофорез болып табылады, ол макромолекулалар қоспасын өлшемі немесе заряды бойынша бөлу мәселесін шешеді. Әрқашан дерлік, гельдегі макромолекулаларды бөліп алғаннан кейін, олармен әрі қарай жұмыс істеуге, атап айтқанда будандастыруға ыңғайлы болу үшін макромолекулаларды гельден ( сорб) мембрана бетіне тасымалдауға мүмкіндік беретін әдіс қолданылады. Гибридизация – табиғаты әртүрлі екі тізбектен гибридті ДНҚ түзу – іргелі зерттеулерде маңызды рөл атқаратын әдіс. анықтау үшін қолданылады толықтырушыәр түрлі ДНҚ-дағы сегменттер (әртүрлі түрлердің ДНҚ), ол жаңа гендерді іздеу үшін қолданылады, оның көмегімен РНҚ интерференциясы ашылды және оның принципі геномдық саусақ іздерін алудың негізін құрады.

Молекулярлық биологиялық зерттеулердің қазіргі тәжірибесінде маңызды рөлді секвенирлеу әдісі – нуклеин қышқылдарындағы нуклеотидтердің және белоктардағы аминқышқылдарының ретін анықтау болып табылады.

Қазіргі молекулалық биологияны полимеразды тізбекті реакция (ПТР) әдісінсіз елестету мүмкін емес. Осы әдістің арқасында белгілі бір ДНҚ тізбегінің көшірмелерінің санын көбейту (күшейту) бір молекуладан онымен әрі қарай жұмыс істеу үшін заттың жеткілікті мөлшерін алу үшін жүзеге асырылады. Ұқсас нәтижеге молекулалық клондау технологиясы арқылы қол жеткізіледі, онда қажетті нуклеотидтер тізбегі бактериялардың ДНҚ-сына (тірі жүйелер) енгізіледі, содан кейін бактериялардың көбеюі қажетті нәтижеге әкеледі. Бұл тәсіл техникалық жағынан әлдеқайда күрделі, бірақ ол бір уақытта зерттелетін нуклеотидтер тізбегінің өрнек нәтижесін алуға мүмкіндік береді.

Сондай-ақ молекулярлық биологиялық зерттеулерде ультрацентрифугалау әдістері (макромолекулаларды (үлкен мөлшерде), жасушаларды, органеллаларды бөлуге арналған), электронды және флуоресцентті микроскопия, спектрофотометриялық әдістер, рентгендік дифракциялық талдау, авторрадиография және т.б. кеңінен қолданылады.

Химия, физика, биология және информатика саласындағы технологиялық прогресс пен ғылыми зерттеулердің арқасында заманауи құрал-жабдықтар жеке гендерді және олар қатысатын процестерді оқшаулауға, зерттеуге және өзгертуге мүмкіндік береді.

1. Кіріспе.

Молекулярлық биология және генетика пәні, міндеттері және әдістері. Молекулярлық биология мен гендік инженерияның дамуындағы «классикалық» генетика мен микроорганизмдер генетикасының маңызы. «Классикалық» және молекулалық генетикадағы ген туралы түсінік, оның эволюциясы. Молекулярлық генетиканың дамуына гендік инженерия әдістемесінің қосқан үлесі. Биотехнология үшін гендік инженерияның қолданбалы мәні.

2. Тұқым қуалаушылықтың молекулалық негіздері.

Жасуша туралы түсінік, оның жоғары молекулалық құрамы. Генетикалық материалдың табиғаты. ДНҚ-ның генетикалық функциясының дәлелдемелерінің тарихы.

2.1. Нуклеин қышқылдарының әртүрлі түрлері. биологиялық функцияларнуклеин қышқылдары. Химиялық құрылымы, кеңістіктік құрылым және физикалық қасиеттерінуклеин қышқылдары. Про- және эукариоттардың генетикалық материалының құрылымдық ерекшеліктері. Қосымша Уотсон-Крик базалық жұптары. Генетикалық код. Генетикалық кодты ашу тарихы. Кодтың негізгі қасиеттері: үштік, үтірсіз код, дегенерация. Кодтық сөздіктің ерекшеліктері, кодондар отбасылары, семантикалық және «мағынасыз» кодондар. Дөңгелек ДНҚ молекулалары және ДНҚ супер орамдары туралы түсінік. ДНҚ топоизомерлері және олардың түрлері. Топоизомеразалардың әсер ету механизмдері. Бактериялық ДНҚ гиразасы.

2.2. ДНҚ транскрипциясы.Прокариоттық РНҚ-полимераза, оның суббірлігі және үш өлшемді құрылымдары. Сигма факторларының әртүрлілігі. Прокариоттық геннің промоторы құрылымдық элементтер. Транскрипция циклінің кезеңдері. Транскрипцияның инициациясы, түзілуі, «ашық комплекс», ұзаруы және аяқталуы. транскрипцияның әлсіреуі. Триптофан оперонының экспрессиясының реттелуі. «Рибосқосқыштар». Транскрипцияны тоқтату механизмдері. Транскрипцияның теріс және оң реттелуі. лактоза опероны. Ламбда фагтарының дамуындағы транскрипциялық реттеу. Реттеуші белоктар арқылы ДНҚ тану принциптері (CAP ақуызы және ламбда фагының репрессоры). Эукариоттардағы транскрипцияның ерекшеліктері. Эукариоттарда РНҚ өңдеу. Транскрипттерді жабу, сплайсинг және полиаденилдеу. біріктіру механизмдері. Ұсақ ядролық РНҚ және белок факторларының рөлі. Альтернативті сплайсинг, мысалдар.

2.3. Хабар тарату, оның кезеңдері, рибосомалардың қызметі. Рибосомалардың жасушадағы орналасуы. Рибосомалардың прокариоттық және эукариоттық түрлері; 70S және 80S рибосомалары. Рибосомалардың морфологиясы. Бөлшектерге (бөлшектерге) бөлу. Элонгация цикліндегі аминоацил-тРНҚ-ның кодонға тәуелді байланысуы. Кодон-антикодондық әрекеттесу. Аминоацил-тРНҚ-ның рибосомамен байланысуына EF1 (EF-Tu) ұзарту факторының қатысуы. Элонгация коэффициенті EF1B (EF-Ts), оның қызметі, оның қатысуымен жүретін реакциялардың реттілігі. Аминоацил-тРНҚ-ның рибосомамен кодонға тәуелді байланысу сатысына әсер ететін антибиотиктер. Аминогликозидті антибиотиктер (стрептомицин, неомицин, канамицин, гентамицин және т.б.), олардың әсер ету механизмі. Тетрациклиндер рибосомамен аминоацил-тРНҚ байланысуының ингибиторлары ретінде. Трансляцияны бастау. Инициация процесінің негізгі кезеңдері. Прокариоттарда трансляциялық инициация: инициация факторлары, инициатор кодондары, РНҚ кіші рибосомалық суббірлігінің 3¢ соңы және мРНҚ-дағы Shine-Dalgarno тізбегі. Эукариоттардағы трансляция инициациясы: инициация факторлары, инициатор кодондары, 5¢-трансляцияланбаған аймақ және қақпаққа тәуелді терминал инициациясы. Эукариоттардағы «ішкі» қалпаққа тәуелсіз инициация. Транспептидация. Транспептидация ингибиторлары: левомицетин, линкомицин, амицетин, стрептограминдер, анизомицин. Транслокация. Ұзарту факторы EF2 (EF-G) және GTP қатысуы. Транслокация тежегіштері: фузид қышқылы, виомицин, олардың әсер ету механизмдері. Аударманы тоқтату. Терминация кодондары. Прокариоттар мен эукариоттардың ақуызды тоқтату факторлары; тоқтату факторларының екі класы және олардың әсер ету механизмдері. Прокариоттарда трансляцияның реттелуі.

2.4. ДНҚ репликациясыжәне оның генетикалық бақылауы. Репликацияға қатысатын полимеразалар, олардың ферментативті белсенділігінің сипаттамасы. ДНҚ адалдығы. Репликация кезіндегі ДНҚ негізі жұптары арасындағы стерикалық әсерлесулердің рөлі. E. coli полимеразалары I, II және III. Полимераз III суббірліктер. Репликация шанышқысы, репликация кезінде «жетекші» және «артта қалған» ағындар. Оказаки фрагменттері. Репликация шанышқысындағы белоктар кешені. E. coli-де репликация инициациясының реттелуі. Бактерияларда репликацияның аяқталуы. Плазмидтердің репликациясының реттелу ерекшеліктері. Екі бағытты және айналмалы сақинаның репликациясы.

2.5. Рекомбинация, оның түрлері мен үлгілері. Жалпы немесе гомологиялық рекомбинация. ДНҚ-да рекомбинацияны бастайтын қос тізбекті үзілістер. Қос тізбекті үзілістерді репликациядан кейінгі жөндеудегі рекомбинацияның рөлі. Рекомбинация моделіндегі Холлидей құрылымы. E. coli-дегі жалпы рекомбинацияның энзимологиясы. RecBCD кешені. Река протеині. Рекомбинацияның репликацияны үзетін ДНҚ зақымдануында ДНҚ синтезін қамтамасыз етудегі рөлі. эукариоттардағы рекомбинация. Эукариоттардағы рекомбинация ферменттері. Сайтқа тән рекомбинация. Жалпы және спецификалық рекомбинацияның молекулалық механизмдеріндегі айырмашылықтар. Рекомбиназалардың классификациясы. Орындық рекомбинация кезінде жүзеге асырылатын хромосомалық қайта құрылымдау түрлері. Бактериялардағы учаскеге тән рекомбинацияның реттеуші рөлі. Сайтқа тән фаг рекомбинация жүйесін пайдалана отырып, көп жасушалы эукариоттық хромосомалардың құрылысы.

2.6. ДНҚ жөндеу.Репарация түрлерінің классификациясы. Тимин димерлері мен метилденген гуанинді тікелей жөндеу. Негіздерді кесу. Гликозилазалар. Жұпталмаған нуклеотидтердің репарация механизмі (сәйкессіздікті жөндеу). Репарацияланатын ДНҚ тізбегін таңдау. SOS жөндеу. Прокариоттар мен эукариоттардағы SOS репарациясына қатысатын ДНҚ-полимеразалардың қасиеттері. « ұғымы адаптивті мутациялар” бактерияларда. Қос тізбекті үзілістерді жөндеу: гомологты пострепликативті рекомбинация және ДНҚ молекуласының гомологты емес ұштарының ассоциациясы. Репликация, рекомбинация және репарация процестерінің арасындағы байланыс.

3. Мутация процесі.

Бір ген – бір фермент теориясын құрудағы биохимиялық мутанттардың рөлі. Мутация классификациясы. Нүктелік мутациялар және хромосомалық қайта құрулар, олардың түзілу механизмі. Спонтанды және индукциялық мутагенез. Мутагендердің классификациясы. Мутагенездің молекулалық механизмі. Мутагенез мен репарацияның байланысы. Мутанттарды анықтау және таңдау. Супрессия: интрагендік, интергендік және фенотиптік.

4. Хромосомадан тыс генетикалық элементтер.

Плазмидалар, олардың құрылысы және классификациясы. Жыныс факторы F, оның құрылымы және өмірлік циклі. Хромосоманың тасымалдануын мобилизациялаудағы F факторының рөлі. Hfr және F донорларының түзілуі.Конъюгация механизмі.Бактериофагтар, олардың құрылысы және тіршілік циклі.Вирулентті және қалыпты бактериофагтар.Лизогенез және трансдукция.Жалпы және арнайы трансдукция.Миграционды генетикалық элементтер: транспозондар мен ИС тізбектері, олардың генетикалық метаболизмдегі рөлі.ДНҚ - прокариоттар мен эукариоттардың геномдарындағы транспозондар IS-бактериялар тізбегі, олардың құрылымы IS-тізбектері бактериялардың F-факторының құрамдас бөлігі ретінде, конъюгация кезінде генетикалық материалды тасымалдау мүмкіндігін анықтайтын бактериялар мен эукариоттардың транспозондары Тікелей репликативті емес және транспозициялардың репликативті механизмдері Көлденең транспозонды тасымалдау түсінігі және олардың құрылымдық қайта құрулардағы (эктопиялық рекомбинация) және геном эволюциясындағы рөлі.

5. Геннің құрылысы мен қызметін зерттеу.

Генетикалық талдаудың элементтері. Cis-trans комплементация сынағы. Конъюгация, трансдукция және трансформация көмегімен генетикалық карта жасау. Генетикалық карталарды құру. Жақсы генетикалық карта жасау. Гендік құрылымды физикалық талдау. гетеродуплексті талдау. Шектеу талдауы. Тізбектеу әдістері. полимеразды тізбекті реакция. Геннің қызметін ашу.

6. Гендердің экспрессиясының реттелуі. Оперон және регулон туралы түсініктер. Транскрипцияны бастау деңгейінде бақылау. Промотор, оператор және реттеуші белоктар. Ген экспрессиясының оң және теріс бақылауы. Транскрипцияның аяқталу деңгейінде бақылау. Катаболитпен басқарылатын оперондар: лактоза, галактоза, арабиноза және мальтоза оперондарының үлгілері. Аттенюатормен басқарылатын оперондар: триптофан оперонының үлгісі. Гендердің экспрессиясының көпвалентті реттелуі. Жаһандық реттеу жүйелері. Стресске реттеуші жауап. посттранскрипциялық бақылау. сигнал беру. РНҚ арқылы реттеу: кіші РНҚ, сенсорлық РНҚ.

7. Гендік инженерия негіздері. Рестрикциялық ферменттер және модификациялар. Гендерді оқшаулау және клондау. Молекулярлық клондауға арналған векторлар. Рекомбинантты ДНҚ құрылысының принциптері және оларды реципиент жасушаларына енгізу. Гендік инженерияның қолданбалы аспектілері.

A). Негізгі әдебиеттер:

1. Уотсон Дж., Туз Дж., рекомбинантты ДНҚ: қысқаша курс. – М.: Мир, 1986 ж.

2. Гендер. – М.: Мир. 1987 жыл.

3. Молекулалық биология: нуклеин қышқылдарының құрылысы және биосинтезі. / Ред. . - Жоғары мектеп М. 1990 жыл.

4., - Молекулярлық биотехнология. М. 2002 ж.

5. Спирин рибосомалары және ақуыз биосинтезі. – М.: магистратура, 1986.

б). Қосымша әдебиеттер:

1. Геномның гезині. – М.: Ғылым. 1984 жыл.

2. Гендік инженерияның Рыбхины. - Санкт-Петербург: Санкт-Петербург мемлекеттік техникалық университеті. 1999.

3. Патрушев гендері. – М.: Наука, 2000 ж.

4. Қазіргі микробиология. Прокариоттар (2 томда). – М.: Мир, 2005 ж.

5. М.Сингер, П.Берг. Гендер мен геномдар. – М.: Мир, 1998 ж.

6. Щелкунов инженериясы. - Новосибирск: Сиб. Университет, 2004 ж.

7. Степанов биологиясы. Белоктардың құрылысы мен қызметі. - М.: В.Ш., 1996 ж.

сұхбат

Пирогов Сергей – 2012 жылы «Піл мен Жираф» ұйымдастырған биология пәнінен олимпиадаға дайындыққа қатысушы.
Биологиядан Халықаралық Универсиаданың жеңімпазы
Ломоносов» олимпиадасының жеңімпазы
Облыстық кезең жеңімпазы Бүкілресейлік олимпиадабиология пәнінен 2012 ж
Мәскеу мемлекеттік университетінде оқиды. М.В. Ломоносов атындағы биология факультетінде: молекулалық биология кафедрасы, 6 курс студенті. Молекулалық генетика институтының Жануарлардың биохимиялық генетикасы зертханасында жұмыс істейді.

– Серёжа, оқырмандардың сұрақтары болса, сізге қоя алады ма?

Иә, әрине, сіз бірден сұрақ қоя аласыз. Бұл салада:

Сұрақ қою үшін осы жерді басыңыз.

– Әңгімені мектептен бастайық, сізде керемет мектеп болған жоқ па?

Мен Мәскеудің өте әлсіз мектебінде, сондай орташа орта мектепте оқыдым. Рас, бізде Мәскеу көркем театрында тамаша мұғалім болды, соның арқасында бізде мектептің негізінен номиналды «өнертану» бағыты болды.

-Биология ше?

Біздің биология пәнінің мұғалімі өте егде тартқан, керең, өткір әйел болатын, бәрі одан қорқады. Бірақ оның пәніне деген сүйіспеншілік қосылмады. Мен бала кезімнен, бес жасымнан биологияға құмар болдым. Мен барлығын өзім оқыдым, негізінен анатомия мен зоология пәндерімен айналыстым. Сондықтан мектеп заттарыөз мүдделеріме параллель болды. Олимпиада барлығын өзгертті.

- Ол туралы көбірек айтып берші.

7-сыныпта мен муниципалды кезеңге алғаш рет қатыстым (әрине, бірден барлық пәндер бойынша, өйткені мен мұғалімдердің жіберуіне негіз болған жалғыз оқушы болдым). Және ол биологиядан жеңіске жетті. Содан кейін мектеп мұны күлкілі, бірақ өте қызықты емес факт ретінде қарастырды.

- Бұл сізге мектепте көмектесті ме?

Жақсы оқығаныма қарамастан, мен биология пәнінің мұғалімінен «пияз кесіндісінің сызбасында тамыры сұр емес, қоңыр түске боялу керек» деген сияқты ұқыптылықпен жиі алғаным есімде. Мұның бәрі өте көңілсіз болды. 8-сыныпта тағы да олимпиадаға бардым, бірақ қандай да бір себептермен мені биологиядан жібермеді. Бірақ басқа пәндерден жеңімпаз және жүлдегер атанды.

-9-сыныпта не болды?

9-сыныпта аудандық кезеңге өткен жоқпын. Дәл сол жерде мен күтпеген жерден әлсіз, шекаралық ұпай жинадым, бірақ ол облыстық кезеңге өтті. Бұл күшті ынталандырушы күшке ие болды - мен қаншалықты білмейтінімді және мұның барлығын қанша адам білетінін түсіну (ұлттық ауқымда мұндай адамдарды елестетуден қорқатынмын).

- Қалай дайындалғаныңызды айтыңыз.

Қарқынды өз бетінше оқу, кітап дүкендеріне бару және өткен жылғы мыңдаған тапсырмалар емдік әсер етті. Мен теория бойынша ең жоғары ұпайлардың бірін жинадым (бұл мен үшін де күтпеген жағдай болды), практикалық кезеңге өттім ... және одан өте алмадым. Ол кезде практикалық кезеңнің барын да білмедім.

– Олимпиада сізге әсер етті ме?

Менің өмірім түбегейлі өзгерді. Мен көптеген басқа олимпиадалар туралы білдім, әсіресе мен СБО-ға ғашық болдым. Кейіннен ол көпті көрсетті жақсы нәтижелер, кейбіреулері жеңіп, «Ломоносовскаяның» арқасында емтихансыз түсу құқығын алды. Сонымен бірге мен әлі күнге дейін біркелкі емес тыныс алатын өнер тарихынан олимпиадаларды жеңдім. Рас, ол практикалық турлармен дос болмады. 11-сыныпта мен соған қарамастан соңғы кезеңге жеттім, бірақ Fortune қолайлы болмады, бұл жолы теориялық кезеңнің жауап матрицасын толтыруға уақыт болмады. Бірақ бұл практикалық туралы тым көп алаңдамауға мүмкіндік берді.

- Сіз көптеген олимпиадаларды кездестірдіңіз бе?

Иә, менің ой-өрісім кеңейген құрдастарымның ортасында жолым болды деп әлі де ойлаймын. Олимпиаданың екінші жағы пәнді үйлесімді оқуға ынталандырумен қатар, олимпиадалармен танысу болды. Қазірдің өзінде сол кезде мен көлденең байланыс кейде тік байланысқа қарағанда пайдалырақ екенін байқадым - оқу лагеріндегі мұғалімдермен.

– Университетке қалай түстіңіз? Сіз факультетті таңдадыңыз ба?

11-сыныптан кейін Мәскеу мемлекеттік университетінің биология факультетіне оқуға түстім. Менің сол кездегі жолдастарымның көпшілігі ФББ пайдасына таңдау жасады, бірақ бұл жерде менің Бүкілресейлік жеңімпаз атанбағаным басты рөл атқарды. Сондықтан мен математикадан ішкі емтихан тапсыруым керек еді, оның ішінде, әсіресе мектепте - мен жоғарыға ғашық болдым - мен күшті емес едім. Мектепте дайындық өте нашар болды (тіпті С бөліміне түгелдей дерлік дайын болмадық). Қызығушылықтар бойынша, сол кездің өзінде мен, сайып келгенде, қабылдау орнына қарамастан, кез келген нәтижеге жетуге болатынын болжадым. Кейінірек, негізінен ылғалды биологияға ауысқан көптеген FBB түлектері бар екені белгілі болды және керісінше - көптеген жақсы биоинформатиктер әуесқой ретінде басталды. Осы кезде маған биология факультетіндегі контингент ФББшныйға ұқсамайтындай көрінді. Бұл жерде мен, әрине, қателестім.

Сіз білдіңіз бе?

Қызықты

Сіз білдіңіз бе?

Қызықты

«Піл мен Жираф» лагерінде биохимия және молекулалық биология пәндері бойынша ауысымдар өткізіледі, мұнда мектеп оқушылары Мәскеу мемлекеттік университетінің тәжірибелі оқытушыларымен бірге тәжірибелер жасап, олимпиадаларға дайындалады.

© Сұхбаттасқан Решетов Денис. Фотосуреттерді Сергей Пирогов сыйлады.

Нуклеин қышқылдары мен ақуыз биосинтезін зерттеудегі жетістіктер медицинада, ауыл шаруашылығында және басқа да бірқатар салаларда практикалық маңызы зор бірқатар әдістерді жасауға мүмкіндік берді.

Генетикалық кодты және тұқым қуалайтын ақпаратты сақтау мен жүзеге асырудың негізгі принциптерін зерттегеннен кейін молекулалық биологияның дамуы тоқтап қалды, өйткені гендермен манипуляциялауға, оларды оқшаулауға және өзгертуге мүмкіндік беретін әдістер болмаған. Бұл әдістердің пайда болуы 1970-1980 жылдары болды. Бұл ғылымның бүгінгі күнге дейін өркендеп келе жатқан саласының дамуына қуатты серпін берді. Ең алдымен, бұл әдістер жеке гендерді алуға және оларды басқа организмдердің жасушаларына енгізуге (молекулярлық клондау және трансгенез, ПТР), сондай-ақ гендердегі нуклеотидтер тізбегін анықтау әдістеріне (ДНҚ және РНҚ секвенциясы) қатысты. Бұл әдістер төменде толығырақ қарастырылады. Біз ең қарапайым негізгі әдіс электрофорезден бастаймыз, содан кейін күрделі әдістерге көшеміз.

ДНҚ ЭЛЕКТРОФОРЕЗІ

Бұл ДНҚ-мен жұмыс істеудің негізгі әдісі, ол қажетті молекулаларды оқшаулау және нәтижелерді талдау үшін барлық дерлік әдістермен бірге қолданылады. Гель электрофорезі ДНҚ фрагменттерін ұзындығы бойынша бөлу үшін қолданылады. ДНҚ – қышқыл, оның молекулаларында протонды бөліп, теріс заряд алатын фосфор қышқылының қалдықтары болады (1-сурет).

Сондықтан электр өрісінде ДНҚ молекулалары анодқа – оң зарядталған электродқа қарай жылжиды. Бұл заряд тасымалдаушы иондары бар электролит ерітіндісінде болады, соның арқасында бұл ерітінді ток өткізеді. Фрагменттерді бөлу үшін полимерлерден (агароза немесе полиакриламид) жасалған тығыз гель қолданылады. ДНҚ молекулалары оған неғұрлым көп болса, соғұрлым ұзағырақ болады, сондықтан ең ұзын молекулалар ең баяу, ал ең қысқасы - ең жылдам қозғалады (2-сурет). Электрофорезге дейін немесе одан кейін гель ДНҚ-мен байланысатын және ультракүлгін сәуледе флуоресцентті бояғыштармен өңделеді және гельдегі жолақтардың үлгісі алынады (3-суретті қараңыз). Үлгідегі ДНҚ фрагменттерінің ұзындықтарын анықтау үшін оларды маркермен салыстырады, яғни бір гельге параллель орналасқан стандартты ұзындықтағы фрагменттердің жиынтығы (4-сурет).

ДНҚ-мен жұмыс істеудің ең маңызды құралдары тірі жасушаларда ДНҚ трансформациясын жүзеге асыратын ферменттер: ДНҚ полимеразалары, ДНҚ лигазалары және рестриктаза эндонуклеазалары немесе рестриктазалар. ДНҚ полимеразаДНҚ шаблонының синтезі жүзеге асырылады, бұл ДНҚ пробиркада таралуына мүмкіндік береді. ДНҚ лигазаларыДНҚ молекулаларын біріктіріңіз немесе олардағы бос жерлерді емдеңіз. Рестрикциялық эндонуклеазалар, немесе шектейді, ДНҚ молекулаларын қатаң анықталған реттілік бойынша кесіңіз, бұл ДНҚ-ның жалпы массасынан жеке фрагменттерді кесіп алуға мүмкіндік береді. Бұл фрагменттерде кейбір жағдайларда жеке гендер болуы мүмкін.

шектейді

Рестриктазалармен танылған тізбектер симметриялы және үзілістер мұндай тізбектің ортасында немесе ығысуымен (ДНҚ-ның екі тізбегінде бір жерде) болуы мүмкін. Іс-әрекет схемасы әртүрлі түрлерішектеу суретте көрсетілген. 1. Бірінші жағдайда «доғал» деп аталатын ұштар алынады, ал екіншісінде - «жабысқақ» ұштар. Түбінің «жабысқақ» ұштары болған жағдайда, тізбек екіншісіне қарағанда қысқа, қалыптасқан екі ұшында бірдей симметриялы дәйектілікпен бір жіпті бөлім қалыптасады.

Кез келген ДНҚ берілген рестриктеуші ферментпен үзілгенде соңғы реттілік бірдей болады және оларда комплементарлы тізбектері болғандықтан қайта қосылуға болады. Бір молекуланы құру үшін оларды ДНҚ лигазасымен байланыстыруға болады. Осылайша, екі түрлі ДНҚ фрагменттерін біріктіріп, деп аталатынды алуға болады рекомбинантты ДНҚ. Бұл тәсіл молекулалық клондау әдісінде қолданылады, бұл жеке гендерді алуға және оларды генде кодталған ақуызды құра алатын жасушаларға енгізуге мүмкіндік береді.

молекулалық клондау

Молекулярлық клондау екі ДНҚ молекуласын пайдаланады - қызығушылық гені бар кірістіру және векторы- Тасымалдаушы қызметін атқаратын ДНҚ. Кірістіру ферменттердің көмегімен векторға «тігіледі», жаңа, рекомбинантты ДНҚ молекуласын алады, содан кейін бұл молекула иесі жасушаларға енгізіледі және бұл жасушалар қоректік ортада колониялар түзеді. Колония - бұл бір жасушаның ұрпағы, яғни клон, колонияның барлық жасушалары генетикалық жағынан бірдей және бірдей рекомбинантты ДНҚ-ны қамтиды. Осыдан «молекулярлық клондау» термині пайда болды, яғни бізді қызықтыратын ДНҚ фрагменті бар жасушалардың клонын алу. Бізді қызықтыратын кірістіру бар колониялар алынғаннан кейін, бұл кірістіруді әртүрлі әдістермен сипаттауға болады, мысалы, оның нақты ретін анықтау. Жасушалар, егер құрамында функционалды ген болса, кірістіру арқылы кодталған ақуызды да жасай алады.

Жасушаларға рекомбинантты молекула енгізілгенде, бұл жасушалардың генетикалық трансформациясы жүреді. Трансформация- организм жасушасының қоршаған ортадан бос ДНҚ молекуласын сіңіру және оның геномға бірігу процесі, бұл мұндай жасушада ДНҚ доноры-ағзаға тән жаңа тұқым қуалайтын белгілердің пайда болуына әкеледі. . Мысалы, егер енгізілген молекулада антибиотикалық ампициллинге төзімділік гені болса, онда трансформацияланған бактериялар оның қатысуымен өседі. Трансформация алдында олардың өліміне ампициллин себеп болды, яғни трансформацияланған жасушаларда жаңа белгі пайда болады.

ВЕКТОРЛАР

Вектор бірқатар қасиеттерге ие болуы керек:

Біріншіден, бұл оңай басқаруға болатын салыстырмалы түрде шағын ДНҚ молекуласы.

Екіншіден, ДНҚ жасушада сақталуы және көбеюі үшін оның репликациясын қамтамасыз ететін белгілі бір реттілік болуы керек (репликацияның бастауы немесе репликацияның бастауы).

Үшіншіден, оның құрамында болуы керек маркер гені, бұл вектор енгізілген ұяшықтарды ғана таңдауды қамтамасыз етеді. Әдетте бұл антибиотиктерге төзімділік гендер - содан кейін антибиотиктің қатысуымен векторы жоқ барлық жасушалар өледі.

Гендерді клондау көбінесе бактериялық жасушаларда жүзеге асырылады, өйткені оларды өсіру оңай және тез көбейеді. Бактерия жасушасында әдетте бактериялар үшін қажетті барлық гендер – бактерия хромосомасынан тұратын ұзындығы бірнеше миллион жұп негізді құрайтын бір үлкен дөңгелек ДНҚ молекуласы болады. Оған қоса, кейбір бактерияларда шағын (бірнеше мың негізгі жұп) дөңгелек ДНҚ бар, деп аталады плазмидалар(Cурет 2). Оларда негізгі ДНҚ сияқты ДНҚ-ның репликациялану (ори) қабілетін қамтамасыз ететін нуклеотидтер тізбегі болады. Плазмидалар негізгі (хромосомалық) ДНҚ-ға тәуелсіз репликацияланады, сондықтан олар жасушада көп мөлшердекөшірмелер. Бұл плазмидалардың көпшілігі антибиотиктерге төзімділік гендерін тасымалдайды, бұл плазмидті тасымалдаушы жасушаларды қалыпты жасушалардан ажыратуға мүмкіндік береді. Көбінесе тетрациклин және амициллин сияқты екі антибиотикке төзімділік беретін екі гені бар плазмидалар қолданылады. Бар қарапайым әдістербактерияның негізгі хромосомасының ДНҚ-сынан бос осындай плазмидті ДНҚ-ны бөліп алу.

ТРАНГЕНЕЗДІҢ МАҢЫЗЫ

Гендердің бір организмнен екіншісіне ауысуы деп аталады трансгенез, және осындай өзгертілген организмдер - трансгендік. Микробтық жасушаларға генді тасымалдау әдісі медицина үшін рекомбинантты ақуыз препараттарын алу үшін қолданылады, атап айтқанда, иммундық қабылдамауды тудырмайтын адам белоктары - интерферондар, инсулин және басқа да белоктық гормондар, жасушалардың өсу факторлары, сондай-ақ протеиндерді өндіруге арналған ақуыздар. вакциналар. Күрделі жағдайларда, ақуызды модификациялау тек эукариоттық жасушаларда дұрыс жүргізілгенде, трансгенді жасуша дақылдары немесе трансгенді жануарлар, атап айтқанда, сүтке қажетті ақуыздарды бөлетін мал (ең алдымен ешкі) немесе олардың қанынан белоктар бөлініп алынады. . Осылайша антиденелер, қанның ұю факторлары және басқа белоктар алынады. трансгенез арқылы алынған мәдени өсімдіктергербицидтер мен зиянкестерге төзімді және басқа да пайдалы қасиеттері бар. Ағынды суларды тазарту және ластанумен күресу үшін трансгенді микроорганизмдерді қолдану арқылы тіпті мұнайды ыдырататын трансгенді микробтар да бар. Сонымен қатар, трансгендік технологиялар өте қажет ғылыми зерттеулер- бүгінгі күні биологияның дамуын модификациялау және генді тасымалдау әдістерін күнделікті қолданусыз елестету мүмкін емес.

молекулалық клондау технологиясы

кірістірулер

Кез келген организмнен жеке генді алу үшін одан барлық хромосомалық ДНҚ бөлініп, бір немесе екі рестриктазамен ыдырайды. Ферменттер бізді қызықтыратын генді кесіп тастамай, оның жиектерінде үзілістер жасайтындай етіп таңдалады, ал плазмидтік ДНҚ-да төзімділік гендерінің бірінде, мысалы, ампициллинге бір үзіліс жасайды.

Молекулярлық клондау процесі келесі қадамдарды қамтиды:

Кесу және тігу – кірістіру мен вектордан бір рекомбинантты молекуланы құру.

Трансформация – рекомбинантты молекуланың жасушаларға енуі.

Таңдау – кірістірумен векторды алған ұяшықтарды таңдау.

кесу және тігу

Плазмидті ДНҚ-ны бірдей рестриктазалармен өңдейді және плазмидаға 1 үзіліс енгізетін осындай рестриктазаны таңдап алса, ол сызықты молекулаға айналады. Нәтижесінде барлық ДНҚ фрагменттерінің ұштарында бірдей жабысқақ ұштар пайда болады. Температура төмендеген сайын бұл ұштар кездейсоқ қосылып, ДНҚ лигазасымен байланады (3-суретті қараңыз).

Әртүрлі құрамдағы дөңгелек ДНҚ қоспасы алынады: олардың кейбіреулерінде бактериялық ДНҚ-мен байланысқан хромосомалық ДНҚ-ның белгілі бір ДНҚ тізбегі болады, басқаларында біріктірілген хромосомалық ДНҚ фрагменттері болады, ал басқаларында тотықсызданған шеңберлі плазмида немесе оның димері болады. (Cурет 4).

түрлендіру

Әрі қарай, бұл қоспасы жүзеге асырылады генетикалық трансформацияплазмидалары жоқ бактериялар. Трансформация- организм жасушасының қоршаған ортадан бос ДНҚ молекуласын сіңіру және оның геномға бірігу процесі, бұл мұндай жасушада ДНҚ доноры-ағзаға тән жаңа тұқым қуалайтын белгілердің пайда болуына әкеледі. . Әрбір жасушаға бір ғана плазмида еніп, көбейе алады. Мұндай жасушалар антибиотик тетрациклині бар қатты қоректік ортаға орналастырылады. Плазмиданы алмаған жасушалар бұл ортада өспейді, ал плазмиданы тасымалдаушы жасушалар колониялар түзеді, олардың әрқайсысында тек бір жасушаның ұрпақтары болады, т.б. колониядағы барлық жасушалар бірдей плазмиданы тасымалдайды (5-суретті қараңыз).

Таңдау

Бұдан әрі тапсырма кірістіруі бар вектор енгізілген ұяшықтарды ғана оқшаулау және оларды кірістірусіз тек векторды тасымалдайтын немесе мүлде тасымалдамайтын ұяшықтардан ажырату болып табылады. Бұл дұрыс ұяшықтарды таңдау процесі деп аталады таңдау. Ол үшін өтініш беріңіз селективті маркерлер- әдетте вектордағы антибиотиктерге төзімділік гендер, және таңдаулы медиақұрамында антибиотиктер немесе басқа селективті заттар бар.

Біз қарастырып отырған мысалда ампициллиннің қатысуымен өсірілген колониялардың жасушалары екі ортада субкультураланады: біріншісінде ампициллин, екіншісінде тетрациклин бар. Құрамында тек плазмидасы бар колониялар екі ортада да өседі, ал плазмидаларда енгізілген хромосомалық ДНҚ бар колониялар тетрациклин бар ортада өспейді (5-сурет). Олардың ішінде бізді қызықтыратын гені барлары арнайы әдістермен таңдалып, жеткілікті мөлшерде өсіріліп, плазмидтік ДНҚ бөлініп алынады. Одан рекомбинантты ДНҚ алу үшін қолданылған рестритазаларды қолдана отырып, қызығушылық тудыратын жеке ген кесіледі. Бұл геннің ДНҚ-сы нуклеотидтердің реттілігін анықтауға, жаңа қасиеттерді алу үшін кез келген ағзаға енгізуге немесе қажетті ақуызды синтездеуге болады. Бұл генді оқшаулау әдісі деп аталады молекулалық клондау.

ФЛЮРЕСЦЕНТТЫ БЕЛГІЛЕР

Флуоресцентті белоктарды эукариотты организмдерді зерттеуде маркер гендер ретінде қолдану өте ыңғайлы. Бірінші флуоресцентті ақуыздың гені, жасыл флуоресцентті ақуыз (GFP) Aqeuorea victoria медузасынан бөлініп алынып, әртүрлі модельдік организмдерге енгізілді (6-суретті қараңыз). Нобель сыйлығыосы ақуызды ашу және пайдалану үшін.

Содан кейін басқа флуоресцентті ақуыздардың гендері - қызыл, көк, сары - оқшауланған. Бұл гендер қажетті қасиеттері бар белоктарды алу үшін жасанды түрде өзгертілген. Флуоресцентті ақуыздардың әртүрлілігі күріш. 7, әртүрлі флуоресцентті ақуыздарға арналған гендер бар бактериялары бар Петри табақшасын көрсетеді.

флуоресцентті ақуыздарды қолдану

Флуоресцентті протеин гені кез келген басқа ақуыздың генімен біріктірілуі мүмкін, содан кейін трансляция кезінде бір белок түзіледі - трансляциялық синтез ақуызы немесе синтезфлуоресценциялайтын (біріктіру ақуызы). Осылайша, мысалы, жасушадағы қызығушылық тудыратын кез келген ақуыздардың локализациясын (орналасқан жерін), олардың қозғалысын зерттеуге болады. Флуоресцентті ақуыздарды тек белгілі бір жасуша түрлерінде экспрессиялау арқылы осы түрлердің жасушаларын таңбалауға болады көп жасушалы организм(8-суретті қараңыз - тінтуірдің миы, онда жеке нейрондар флуоресцентті ақуыз гендерінің белгілі бір тіркесіміне байланысты әртүрлі түстерге ие). Флуоресцентті протеиндер қазіргі молекулалық биологияда таптырмас құрал болып табылады.

ПТР

Гендерді алудың тағы бір әдісі деп аталады полимеразды тізбекті реакция (ПТР). Ол ДНҚ репликациясы кезінде жасушаларда болатындай ДНҚ полимеразаларының комплементарлы тізбек бойымен ДНҚ-ның екінші тізбегін аяқтау қабілетіне негізделген.

Бұл әдістегі репликацияның шығу тегі деп аталатын ДНҚ-ның екі кішкентай бөлігімен беріледі тұқымдар,немесе праймерлер. Бұл праймерлер ДНҚ-ның екі тізбегіндегі қызығушылық генінің ұштарын толықтырады. Біріншіден, ген бөлініп алынатын хромосомалық ДНҚ тұқымдармен араласады және 99 ° C дейін қызады. Бұл сутегі байланыстарының үзілуіне және ДНҚ жіптерінің ажырауына әкеледі. Осыдан кейін температура шамамен 50-70 С дейін төмендетіледі (тұқымдардың ұзындығы мен дәйектілігіне байланысты). Бұл жағдайда праймерлер хромосомалық ДНҚ-ның комплементарлы аймақтарына бекітіліп, қалыпты қос спираль түзеді (9-суретті қараңыз). Осыдан кейін ДНҚ синтезіне қажетті барлық төрт нуклеотид пен ДНҚ полимеразасының қоспасы қосылады. Фермент праймерлердің қосылу нүктесінен қос тізбекті ДНҚ құру арқылы праймерлерді ұзартады, яғни. геннің ұштарынан бір тізбекті хромосома молекуласының соңына дейін.

Егер қоспаны енді қайтадан қыздырса, хромосомалық және жаңадан синтезделген тізбектер таралады. Салқындағаннан кейін тұқымдар қайтадан оларға қосылады, олар көп мөлшерде қабылданады (10-суретті қараңыз).

Жаңадан синтезделген тізбектерде олар бірінші синтез басталған соңына дейін емес, керісінше, ДНҚ тізбектері антипараллель болғандықтан қосылады. Сондықтан синтездің екінші циклінде мұндай тізбектерде тек генге сәйкес келетін тізбек аяқталады (11-суретті қараңыз).

Бұл әдісте қайнауға шыдайтын және 70-80°С температурада жұмыс істейтін термофильді бактериялардың ДНҚ-полимеразасы қолданылады, оны әр уақытта қосудың қажеті жоқ, бірақ тәжірибенің басында оны қосу жеткілікті. Қыздыру және салқындату процедураларын бір реттілікпен қайталай отырып, біз әрбір циклдегі реттілік санын екі есе көбейте аламыз, екі ұшында енгізілген тұқымдармен шектелген (12-суретті қараңыз).

Мұндай 25-ке жуық циклден кейін геннің көшірмелерінің саны миллионнан астам есе артады. Мұндай шамаларды пробиркаға енгізілген хромосомалық ДНҚ-дан оңай бөліп алып, әртүрлі мақсатта қолдануға болады.

ДНҚ секвенциясы

Тағы бір маңызды жетістік - ДНҚ-дағы нуклеотидтердің реттілігін анықтау әдістерінің дамуы - ДНҚ секвенциясы(ағылшын тілінен sequence - sequence). Ол үшін сипатталған әдістердің бірін қолдана отырып, басқа ДНҚ-дан таза гендерді алу қажет. Содан кейін ДНҚ тізбектері қыздыру арқылы бөлінеді және оларға радиоактивті фосфор немесе флуоресцентті таңбамен белгіленген праймер қосылады. Бір тізбекті толықтыратын бір тұқым алынғанын ескеріңіз. Содан кейін ДНҚ полимераза және 4 нуклеотид қоспасы қосылады. Мұндай қоспаны 4 бөлікке бөліп, әрқайсысына нуклеотидтердің біреуін қосып, дезоксирибозаның үшінші атомында гидроксил тобы болмайтындай етіп өзгертеді. Егер мұндай нуклеотид синтезделген ДНҚ тізбегіне кірсе, онда оның ұзаруы жалғаса алмайды, өйткені полимеразаның келесі нуклеотидті қосатын жері болмайды. Сондықтан мұндай нуклеотидті қосқаннан кейін ДНҚ синтезі үзіледі. Дидеоксинуклеотидтер деп аталатын бұл нуклеотидтер әдеттегіден әлдеқайда аз қосылады, сондықтан тізбектің аяқталуы тек анда-санда және әр тізбекте әртүрлі жерлерде болады. Нәтижесінде әрқайсысының соңында бірдей нуклеотиді бар әртүрлі ұзындықтағы тізбектердің қоспасы пайда болады. Осылайша, тізбектің ұзындығы зерттелген тізбектегі нуклеотидтер санына сәйкес келеді, мысалы, егер бізде аденилдидеоксинуклеотид болса және алынған тізбектердің ұзындығы 2, 7 және 12 нуклеотидтер болса, онда аденин екінші, жетінші және он екінші позицияларда болды. ген. Алынған тізбектердің қоспасын электрофорез көмегімен өлшемі бойынша оңай бөлуге болады, ал синтезделген тізбектерді рентгендік пленкадағы радиоактивтілік арқылы анықтауға болады (10-суретті қараңыз).

Суреттің төменгі жағында радиоавтограф деп аталатын сурет шығады. Оны төменнен жоғары қарай жылжытып, әр аймақтың бағандарының үстіндегі әріпті оқи отырып, біз қолтаңбаның оң жағындағы суретте көрсетілген нуклеотидтер тізбегін аламыз. Синтезді дидеоксинуклеотидтер ғана емес, сонымен бірге нуклеотидтер де тоқтатады, оларда қандай да бір химиялық топфлуоресцентті бояу сияқты. Егер әрбір нуклеотид өз бояуымен таңбаланса, онда синтезделген тізбектерді бөлу арқылы алынған аймақтар басқа жарықпен жарқырайды. Бұл барлық нуклеотидтер үшін бір пробиркада реакцияны бір уақытта жүргізуге және алынған тізбектерді ұзындығы бойынша бөлу арқылы нуклеотидтерді түсі бойынша анықтауға мүмкіндік береді (11-суретті қараңыз).

Мұндай әдістер жеке гендердің ретін анықтауға ғана емес, сонымен бірге тұтас геномдарды оқуға мүмкіндік берді. Қазіргі уақытта гендердегі нуклеотидтер тізбегін анықтаудың одан да жылдам әдістері жасалды. Егер бірінші адам геномын үлкен халықаралық консорциум бірінші берілген әдіспен 12 жылда, екіншісі екіншісін пайдаланып үш жылда шифрласа, енді мұны бір айда жасауға болады. Бұл адамның көптеген ауруларға бейімділігін болжауға және оларды болдырмау үшін алдын ала шаралар қабылдауға мүмкіндік береді.