Molekulyar biologiya, bioloji obyektləri və sistemləri molekulyar səviyyəyə yaxınlaşan, bəzi hallarda hətta bu həddə çatan səviyyədə öyrənməklə həyat hadisələrinin mahiyyəti haqqında bilikləri öz vəzifəsi kimi qarşıya qoyan elm. Son məqsəd həyatın xarakterik təzahürlərini, məsələn, irsiyyət, öz növünün çoxalması, zülalların biosintezi, həyəcanlılığı, böyüməsi və inkişafı, məlumatın saxlanması və ötürülməsi, enerjiyə çevrilməsi, hərəkətliliyi və s. , bioloji əhəmiyyətli maddələrin molekullarının quruluşu, xassələri və qarşılıqlı təsiri ilə bağlıdır, ilk növbədə yüksək molekulyar çəkili biopolimerlərin iki əsas sinfi - zülallar və nuklein turşuları. M. b-nin fərqli xüsusiyyəti. - cansız cisimlər və ya həyatın ən primitiv təzahürlərinə xas olan həyat hadisələrinin öyrənilməsi. Bunlar hüceyrə səviyyəsindən və ondan aşağı olan bioloji formasiyalardır: təcrid olunmuş hüceyrə nüvələri, mitoxondriyalar, ribosomlar, xromosomlar, hüceyrə membranları kimi hüceyrəaltı orqanellər; daha sonra - canlı və cansız təbiətin sərhədində dayanan sistemlər - viruslar, o cümlədən bakteriofaqlar və canlı maddənin ən vacib komponentlərinin molekulları ilə bitən - nuklein turşuları və zülallar.
M. b.-nin inkişafının əsasını genetika, biokimya, elementar proseslərin fiziologiyası və s. kimi elmlər qoymuşdur. Onun inkişafının mənşəyinə görə M. b. mühüm bir hissəsi olmağa davam edən molekulyar genetika ilə ayrılmaz şəkildə bağlıdır
M. b-nin fərqli xüsusiyyəti. onun üçölçülü olmasıdır. M.-nin mahiyyəti. M.Perutz bunu bioloji funksiyaları molekulyar quruluş baxımından şərh edərkən görür. M. b. molekulun bütün strukturunun rolunun və iştirakının mahiyyətini öyrənərək "necə" sualına, bir tərəfdən "niyə" və "niyə" suallarına cavab almaq vəzifəsini qoyur. molekulun xassələri (yenə də ilk növbədə zülallar və nuklein turşuları) ilə onun yerinə yetirdiyi funksiyalar arasındakı əlaqə və digər tərəfdən, həyat fəaliyyətinin təzahürlərinin ümumi kompleksində bu cür fərdi funksiyaların rolu.
Molekulyar biologiyada böyük irəliləyişlər. Bu nailiyyətlərin tam siyahısından uzaqdır: DNT-nin, bütün növ RNT və ribosomların bioloji funksiyasının strukturunun və mexanizminin açıqlanması, genetik kodun açıqlanması; əks transkripsiyanın, yəni RNT şablonunda DNT sintezinin kəşfi; tənəffüs piqmentlərinin fəaliyyət mexanizmlərinin öyrənilməsi; üçölçülü strukturun kəşfi və onun fermentlərin fəaliyyətində funksional rolu, matrisin sintezi prinsipi və zülalların biosintezi mexanizmləri; virusların strukturunun və onların təkrarlanma mexanizmlərinin, antikorların ilkin və qismən məkan quruluşunun açıqlanması; fərdi genlərin təcrid edilməsi, hüceyrədən kənarda (in vitro) bir genin, o cümlədən insan geninin kimyəvi və sonra bioloji (fermentativ) sintezi; genlərin bir orqanizmdən digərinə, o cümlədən insan hüceyrələrinə köçürülməsi; artan sayda fərdi zülalların, əsasən fermentlərin, həmçinin nuklein turşularının kimyəvi strukturunun sürətlə irəliləyən deşifr edilməsi; nuklein turşusu molekullarından başlayaraq çoxkomponentli fermentlərə, viruslara, ribosomlara və s. keçən mürəkkəbliyi artan bəzi bioloji obyektlərin "öz-özünə yığılması" hadisələrinin aşkarlanması; bioloji funksiyaların və proseslərin tənzimlənməsinin allosterik və digər əsas prinsiplərinin aydınlaşdırılması.
Molekulyar biologiyanın problemləri. M. b-nin göstərilən mühüm vəzifələri ilə yanaşı. ("tanınma", öz-özünə yığılma və inteqrasiya nümunələrinin dərk edilməsi) yaxın gələcək üçün elmi axtarışın aktual istiqaməti strukturu deşifrə etməyə imkan verən metodların işlənib hazırlanması, sonra isə üçölçülü, məkan təşkilidir. yüksək molekulyar ağırlıqlı nuklein turşuları. İstifadəsi tibb elminin yaranması və uğurunu təmin edən bütün ən mühüm metodlar fiziklər tərəfindən (ultrasentrifuqa, rentgen struktur analizi, elektron mikroskopiya, nüvə maqnit rezonansı və s.) təklif və inkişaf etdirilmişdir. Demək olar ki, bütün yeni fiziki eksperimental yanaşmalar (məsələn, kompüterlərin istifadəsi, sinxrotron və ya bremsstrahlung şüalanması, lazer texnologiyası və başqaları) tibb elminin problemlərinin dərindən öyrənilməsi üçün yeni imkanlar açır. M. b.-dən cavab gözlənilən praktik xarakterli ən mühüm problemlər arasında ilk növbədə bədxassəli böyümənin molekulyar əsasları problemi, sonra - irsi xəstəliklərin qarşısının alınması və bəlkə də aradan qaldırılması yolları - "molekulyar xəstəliklər". Bioloji katalizin molekulyar əsaslarının, yəni fermentlərin təsirinin aydınlaşdırılması böyük əhəmiyyət kəsb edəcəkdir. M. b-nin ən mühüm müasir istiqamətləri arasında. hormonların, zəhərli və dərman maddələrinin molekulyar təsir mexanizmlərini deşifrə etmək, həmçinin nüfuz və nəqliyyat proseslərinin tənzimlənməsində iştirak edən bioloji membranlar kimi hüceyrə strukturlarının molekulyar quruluşunun və fəaliyyətinin təfərrüatlarını aydınlaşdırmaq istəyini əhatə etməlidir. maddələrin. M. b-nin daha uzaq məqsədləri. - sinir proseslərinin, yaddaş mexanizmlərinin və s təbiətinin idrak M. b. mühüm inkişaf bölmələrindən biri. - sözdə. gen mühəndisliyi, mikroblardan və aşağı (birhüceyrəli) insanlarla bitən canlı orqanizmlərin genetik aparatının (genomunun) məqsədyönlü işləməsini (sonuncu halda, ilk növbədə radikal müalicə məqsədi ilə) qarşısına qoyur. irsi xəstəliklər və genetik qüsurların korreksiyası).
MB-nin ən vacib sahələri:
- Molekulyar genetika - hüceyrənin genetik aparatının struktur və funksional təşkili və irsi məlumatların həyata keçirilməsi mexanizminin öyrənilməsi
- Molekulyar Virusologiya - virusların hüceyrələrlə qarşılıqlı təsirinin molekulyar mexanizmlərini öyrənir
- Molekulyar immunologiya - orqanizmin immun reaksiyalarının qanunauyğunluqlarını öyrənir
- Molekulyar inkişaf biologiyası - orqanizmlərin fərdi inkişafı və hüceyrələrin ixtisaslaşması zamanı müxtəlif keyfiyyətli hüceyrələrin görünüşünü öyrənir.
Əsas tədqiqat obyektləri: Viruslar (o cümlədən bakteriofaqlar), Hüceyrələr və hüceyrəaltı strukturlar, Makromolekullar, Çoxhüceyrəli orqanizmlər.
növü
Əmək haqqı
Molekulyar bioloqlar bütün həyat proseslərinin əsası kimi molekulyar prosesləri öyrənirlər. Alınan nəticələrə əsasən, onlar biokimyəvi proseslərdən, məsələn, tibbi tədqiqat və diaqnostikada və ya biotexnologiyada istifadə üçün konsepsiyalar hazırlayırlar. Bundan əlavə, onlar əczaçılıq məhsullarının istehsalı, məhsulun inkişafı, keyfiyyət təminatı və ya əczaçılıq konsaltinqi ilə məşğul ola bilərlər.
Molekulyar bioloqlar müxtəlif sahələrdə işləyə bilərlər. Məsələn, bunlar genetik mühəndisliyi, zülal kimyası və ya farmakologiya (dərman kəşfi) kimi sahələrdə istehsal üçün tədqiqat nəticələrinin istifadəsinə aiddir. Kimya və əczaçılıq sənayesində onlar tədqiqatdan yeni işlənmiş məhsulların istehsala, məhsul marketinqinə və istifadəçi konsaltinqinə daxil edilməsini asanlaşdırırlar.
Elmi tədqiqatlarda molekulyar bioloqlar üzvi birləşmələrin kimyəvi və fiziki xassələrini, həmçinin canlı orqanizmlərdə gedən kimyəvi prosesləri (hüceyrə mübadiləsi sahəsində) öyrənir və tədqiqatın nəticələrini dərc edirlər. Ali təhsil müəssisələrində tələbələrə dərs deyir, mühazirə və seminarlara hazırlaşır, yazılı işləri yoxlayır, imtahan verirlər. Müstəqil elmi fəaliyyət yalnız magistr və doktorluq dərəcələri aldıqdan sonra mümkündür.
Molekulyar bioloqlar kimi iş tapırlar
Almaniyada Molekulyar Bioloqların aldığı maaş
(Almaniyadakı müxtəlif statistika idarələri və məşğulluq xidmətlərinə görə)
Molekulyar bioloqlar bütün həyat proseslərinin əsası kimi molekulyar prosesləri öyrənirlər. Alınan nəticələrə əsasən, onlar biokimyəvi proseslərdən, məsələn, tibbi tədqiqat və diaqnostikada və ya biotexnologiyada istifadə üçün konsepsiyalar hazırlayırlar. Bundan əlavə, onlar əczaçılıq məhsullarının istehsalı, məhsulun inkişafı, keyfiyyət təminatı və ya əczaçılıq konsaltinqi ilə məşğul ola bilərlər.
Molekulyar biologiya və ya molekulyar genetika nuklein turşularının quruluşu və biosintezi və bu məlumatların zülallar şəklində ötürülməsi və həyata keçirilməsi ilə bağlı proseslərin öyrənilməsi ilə məşğul olur. Bu, bu funksiyaların ağrılı disfunksiyalarını başa düşməyə və bəlkə də onları gen terapiyası ilə müalicə etməyə imkan verir. Bakteriya və maya kimi sadə orqanizmlərin farmakoloji və ya kommersiya maraqları olan maddələri hədəflənmiş mutasiyalar vasitəsilə kommersiya baxımından əldə etmək üçün yaradıldığı biotexnologiya və gen mühəndisliyi üçün interfeyslər var.
Əczaçılıq və kimya sənayesi molekulyar bioloqlar üçün çoxsaylı iş sahələri təklif edir. Sənaye şəraitində onlar biotransformasiya proseslərini təhlil edir və ya aktiv maddələrin və əczaçılıq məhsullarının mikrobioloji istehsalı üçün prosesləri inkişaf etdirir və təkmilləşdirir. Bundan əlavə, onlar yeni yaradılmış məhsulların tədqiqatdan istehsala keçidində iştirak edirlər. Yoxlama tapşırıqları vasitəsilə onlar istehsal müəssisələrinin, avadanlıqların, analitik metodların və əczaçılıq kimi həssas məhsulların istehsalındakı bütün mərhələlərin həmişə tələb olunan keyfiyyət standartlarına cavab verməsini təmin edirlər. Bundan əlavə, molekulyar bioloqlar istifadəçilərə yeni məhsulların istifadəsi ilə bağlı məsləhətlər verir.
Liderlik vəzifələri üçün tez-tez magistr proqramı tələb olunur.
Elm və tədqiqat sahəsində molekulyar bioloqlar hüceyrədəki zülalların tanınması, daşınması, qatlanması və kodlaşdırılması kimi mövzularla məşğul olurlar. Müxtəlif sahələrdə praktik tətbiq üçün əsas təşkil edən tədqiqat nəticələri dərc olunur və beləliklə, digər alim və tələbələrin istifadəsinə verilir. Konfrans və konqreslərdə elmi fəaliyyətin nəticələrini müzakirə edir və təqdim edirlər. Molekulyar bioloqlar mühazirələr və seminarlar oxuyur, elmi işlərə rəhbərlik edir və imtahanlar verirlər.
Müstəqil tədqiqat fəaliyyəti magistr və doktorluq dərəcəsi tələb edir.
Molekulyar biologiya indi onu biokimyadan fərqləndirən öz tədqiqat metodlarının sürətli inkişafı dövrünü yaşamışdır. Bunlara, xüsusən, gen mühəndisliyi, klonlaşdırma, süni ifadə və gen nokautu üsulları daxildir. DNT genetik məlumatın maddi daşıyıcısı olduğu üçün molekulyar biologiya genetikaya çox yaxınlaşıb və həm genetikanın, həm də molekulyar biologiyanın bir qolu olan qovşaqda molekulyar genetika formalaşıb. Molekulyar biologiya viruslardan tədqiqat vasitəsi kimi geniş istifadə etdiyi kimi, virusologiyada da onların problemlərini həll etmək üçün molekulyar biologiyanın metodlarından istifadə edilir. Genetik məlumatların təhlili üçün kompüter texnologiyası iştirak edir, bununla əlaqədar olaraq molekulyar genetikanın yeni istiqamətləri meydana çıxdı, bəzən xüsusi fənlər hesab olunur: bioinformatika, genomika və proteomika.
Bu fundamental kəşf virus və bakteriyaların genetikası və biokimyası ilə bağlı aparılan uzun bir araşdırma mərhələsi ilə hazırlanmışdır.
1928-ci ildə Frederik Qriffit ilk dəfə istiliklə öldürülmüş patogen bakteriyaların ekstraktının patogenliyi təhlükəli olmayan bakteriyalara ötürə biləcəyini göstərdi. Bakteriyaların çevrilməsinin tədqiqi sonradan patogen agentin təmizlənməsinə gətirib çıxardı ki, bu da gözləntilərin əksinə olaraq zülal deyil, nuklein turşusu olduğu ortaya çıxdı. Özü ilə nuklein turşusu təhlükəli deyil, yalnız mikroorqanizmin patogenliyini və digər xüsusiyyətlərini təyin edən genləri ötürür.
XX əsrin 50-ci illərində bakteriyaların ibtidai cinsi prosesə malik olduğu, ekstraxromosomal DNT, plazmidlər mübadiləsi apara bildiyi göstərilmişdir. Plazmidlərin kəşfi, transformasiya kimi, molekulyar biologiyada geniş yayılmış plazmid texnologiyasının əsasını təşkil etdi. Metodologiya üçün digər mühüm kəşf 20-ci əsrin əvvəllərində bakterial virusların və bakteriofaqların kəşfi oldu. Faglar həmçinin genetik materialı bir bakteriya hüceyrəsindən digərinə ötürə bilirlər. Bakteriyaların faglarla yoluxması bakterial RNT-nin tərkibində dəyişikliyə səbəb olur. Əgər faqlar olmadan RNT-nin tərkibi bakterial DNT-nin tərkibinə bənzəyirsə, infeksiyadan sonra RNT bakteriofaqın DNT-sinə daha çox bənzəyir. Beləliklə, məlum oldu ki, RNT-nin strukturu DNT-nin quruluşu ilə müəyyən edilir. Öz növbəsində hüceyrələrdə zülal sintezinin sürəti RNT-zülal komplekslərinin miqdarından asılıdır. Beləliklə, formalaşdırıldı Molekulyar biologiyanın mərkəzi dogması: DNT ↔ RNT → protein.
Molekulyar biologiyanın gələcək inkişafı həm onun metodologiyasının inkişafı, xüsusən də DNT-nin nukleotid ardıcıllığını təyin etmək üçün metodun ixtirası (V. Gilbert və F. Senqer, kimya üzrə Nobel mükafatı, 1980), həm də yeni genlərin strukturu və fəaliyyətinin öyrənilməsi sahəsində kəşflər (bax. Genetika tarixi). 21-ci əsrin əvvəllərində bütün insan DNT-sinin və tibb, kənd təsərrüfatı və elmi tədqiqatlar üçün ən vacib olan bir sıra digər orqanizmlərin ilkin quruluşu haqqında məlumatlar əldə edildi ki, bu da biologiyada bir neçə yeni istiqamətin yaranmasına səbəb oldu: genomika. , bioinformatika və s.
Wikimedia Fondu. 2010.
MOLEKULYAR BİOLOGİYA- DOS-u öyrənir. molekulyar səviyyədə həyatın xassələri və təzahürləri. M. b-də ən mühüm istiqamətlər. Hüceyrələrin genetik aparatının struktur və funksional təşkili və irsi məlumatların həyata keçirilməsi mexanizminin öyrənilməsidir ... ... Bioloji ensiklopedik lüğət
MOLEKULYAR BİOLOGİYA- həyatın əsas xassələrini və təzahürlərini molekulyar səviyyədə araşdırır. Orqanizmlərin böyüməsi və inkişafı, irsi məlumatların saxlanması və ötürülməsi, canlı hüceyrələrdə enerjinin çevrilməsi və s. hadisələrin necə və nə dərəcədə ... bağlı olduğunu öyrənir. Böyük ensiklopedik lüğət
MOLEKULYAR BİOLOGİYA Müasir ensiklopediya
MOLEKULYAR BİOLOGİYA- MOLEKULAR BİOLOGİYA, canlı orqanizmləri təşkil edən MOLEKULLARIN quruluşu və fəaliyyətinin bioloji tədqiqi. Tədqiqatın əsas sahələri zülalların və DNT kimi NÜKLEİK TURŞULARIN fiziki və kimyəvi xassələridir. həmçinin bax… … Elmi-texniki ensiklopedik lüğət
molekulyar biologiya- molekulyar səviyyədə həyatın əsas xassələrini və təzahürlərini tədqiq edən biol bölməsi. Orqanizmlərin necə və nə dərəcədə böyüməsi və inkişafı, irsi məlumatların saxlanması və ötürülməsi, canlı hüceyrələrdə enerjinin çevrilməsi və ... ... Mikrobiologiya lüğəti
molekulyar biologiya- - Biotexnologiyanın mövzuları EN molekulyar biologiya ... Texniki tərcüməçi təlimatı
Molekulyar biologiya- MOLEKULAR BİOLOGİYA, həyatın əsas xassələrini və təzahürlərini molekulyar səviyyədə araşdırır. Orqanizmlərin necə və nə dərəcədə böyüməsi və inkişafı, irsi məlumatların saxlanması və ötürülməsi, canlı hüceyrələrdə enerjinin çevrilməsi və ... ... Təsvirli Ensiklopedik Lüğət
Molekulyar biologiya- bioloji obyektləri və sistemləri molekulyar səviyyəyə yaxınlaşan, bəzi hallarda hətta bu həddə çatan səviyyədə öyrənməklə həyati fəaliyyət hadisələrinin təbiəti haqqında biliyi öz vəzifəsi kimi qarşıya qoyan elm. Bu işdə son məqsəd ...... Böyük Sovet Ensiklopediyası
MOLEKULYAR BİOLOGİYA- hüceyrəsiz strukturlarda (ribosomlar və s.), viruslarda, həmçinin hüceyrələrdə makromolekullar (hl. obr. zülallar və nuklein turşusu) səviyyəsində həyat hadisələrini öyrənir. M.-nin məqsədi. ...... əsasında bu makromolekulların rolu və fəaliyyət mexanizminin qurulması. Kimya ensiklopediyası
molekulyar biologiya- həyatın əsas xassələrini və təzahürlərini molekulyar səviyyədə araşdırır. Orqanizmlərin böyüməsi və inkişafı, irsi məlumatların saxlanması və ötürülməsi, canlı hüceyrələrdə enerjinin çevrilməsi və digər hadisələrin necə və nə dərəcədə olduğunu öyrənir ... ... ensiklopedik lüğət
Nuklein turşularının və zülalların biosintezinin tədqiqində əldə edilən nailiyyətlər tibbdə, kənd təsərrüfatında və bir sıra başqa sənaye sahələrində böyük tətbiqi əhəmiyyət kəsb edən bir sıra metodların yaradılmasına səbəb olmuşdur.
Genetik kod və irsi məlumatların saxlanması və həyata keçirilməsinin əsas prinsipləri öyrənildikdən sonra genlərlə manipulyasiya edə, onları təcrid edə və dəyişdirə bilən üsullar olmadığından molekulyar biologiyanın inkişafı dalana dirəndi. Bu üsulların yaranması 1970-1980-ci illərdə baş verdi. Bu, bu gün də çiçəklənən bu elm sahəsinin inkişafına güclü təkan verdi. İlk növbədə, bu üsullar fərdi genlərin istehsalına və onların digər orqanizmlərin hüceyrələrinə daxil edilməsinə (molekulyar klonlaşdırma və transgenez, PCR), həmçinin genlərdə nukleotidlərin ardıcıllığının təyin edilməsi üsullarına (DNT və RNT ardıcıllığının təyin edilməsi) aiddir. Bu üsullar aşağıda daha ətraflı müzakirə olunacaq. Biz ən sadə əsas üsul olan elektroforezdən başlayacağıq, sonra isə daha təkmil üsullara keçəcəyik.
İstənilən molekulları təcrid etmək və nəticələri təhlil etmək üçün demək olar ki, bütün digər üsullarla birlikdə istifadə edilən əsas DNT texnikasıdır. DNT fraqmentlərini uzunluğa görə ayırmaq üçün gel elektroforez üsulundan istifadə olunur. DNT bir turşudur, onun molekullarında fosfor turşusu qalıqları var, onlar protonu parçalayır və mənfi yük alır (şəkil 1).
Buna görə də, elektrik sahəsində DNT molekulları anoda - müsbət yüklü elektroda keçir. Bu, yükdaşıyıcı ionları ehtiva edən elektrolit məhlulunda baş verir ki, bu məhlul cərəyan keçirsin. Parçaları ayırmaq üçün sıx bir polimer gel (agaroz və ya poliakrilamid) istifadə olunur. DNT molekulları ona "dolaşdıqca" daha çox, bir o qədər uzun olur və buna görə də ən uzun molekullar ən yavaş, ən qısası isə ən sürətli hərəkət edir (Şəkil 2). Elektroforezdən əvvəl və ya sonra gel DNT ilə bağlanan və ultrabənövşəyi işıqda flüoresan olan boyalarla işlənir və geldə lentlərin nümunəsi alınır (bax. Şəkil 3). Nümunənin DNT fraqmentlərinin uzunluqlarını müəyyən etmək üçün onlar markerlə - eyni gel üzərində paralel olaraq tətbiq olunan standart uzunluqlu fraqmentlər dəsti ilə müqayisə edilir (şəkil 4).
DNT ilə işləmək üçün ən vacib vasitələr canlı hüceyrələrdə DNT-ni çevirən fermentlərdir: DNT polimerazaları, DNT liqazaları və məhdudlaşdırıcı endonükleazlar və ya məhdudlaşdırıcı fermentlər. DNT polimeraza test borusunda DNT-nin çoxalmasına imkan verən DNT-nin matris sintezini həyata keçirir. DNT ligazaları DNT molekullarını birləşdirin və ya onlarda boşluqları düzəldin. Məhdudiyyətli endonükleazlar, və ya məhdudlaşdırıcı fermentlər, DNT molekullarını ciddi şəkildə müəyyən edilmiş ardıcıllıqla kəsin ki, bu da DNT-nin ümumi kütləsindən fərdi fraqmentləri kəsməyə imkan verir. Bu fraqmentlərdə bəzi hallarda ayrı genlər ola bilər.
Məhdudiyyət endonükleazları tərəfindən tanınan ardıcıllıqlar simmetrikdir və fasilələr belə bir ardıcıllığın ortasında və ya yerdəyişmə ilə (hər iki DNT zəncirində eyni yerdə) baş verə bilər. Müxtəlif növ məhdudlaşdırıcı fermentlərin fəaliyyət sxemi Şəkildə göstərilmişdir. 1. Birinci halda "küt" adlanan uclar, ikincidə isə "yapışqan" uçlar alınır. Dibinin "yapışqan" ucları vəziyyətində, zəncir digərindən daha qısa olur; meydana gələn hər iki ucunda eyni olan simmetrik bir ardıcıllıqla tək telli bir hissə meydana gəlir.
Hər hansı bir DNT müəyyən bir məhdudlaşdırıcı fermentlə parçalandıqda terminal ardıcıllıqları eyni olacaq və tamamlayıcı ardıcıllığa malik olduqları üçün yenidən əlaqələndirilə bilər. Onlar DNT liqazından istifadə edərək bir-birinə yapışdırıla və tək molekul əldə edə bilərlər. Beləliklə, iki fərqli DNT-nin fraqmentlərini birləşdirmək və sözdə əldə etmək mümkündür rekombinant DNT... Bu yanaşma fərdi genləri əldə etməyə və onları gendə kodlanmış zülal meydana gətirə bilən hüceyrələrə daxil etməyə imkan verən molekulyar klonlaşdırma metodunda istifadə olunur.
Molekulyar klonlama iki DNT molekulundan istifadə edir - maraq genini ehtiva edən bir əlavə və vektor- DNT daşıyıcı rolunu oynayır. Yeni, rekombinant DNT molekulunu əldə etmək üçün enzimlərdən istifadə edərək vektora "tikilir", sonra bu molekul ana hüceyrələrə daxil edilir və bu hüceyrələr qidalı mühitdə koloniyalar əmələ gətirir. Koloniya bir hüceyrənin, yəni klonun nəslidir, koloniyada olan bütün hüceyrələr genetik olaraq eynidir və eyni rekombinant DNT-ni ehtiva edir. Buradan "molekulyar klonlaşdırma" termini, yəni bizi maraqlandıran DNT fraqmentini ehtiva edən hüceyrələrin klonunu əldə etmək. Bizi maraqlandıran inserti ehtiva edən koloniyalar əldə edildikdən sonra bu inserti müxtəlif üsullarla xarakterizə etmək, məsələn, onun dəqiq ardıcıllığını müəyyən etmək mümkündür. Hüceyrələr həmçinin funksional gen ehtiva edərsə, əlavə ilə kodlanmış zülal istehsal edə bilər.
Hüceyrələrə rekombinant molekul daxil edildikdə, bu hüceyrələrin genetik transformasiyası baş verir. Transformasiya- bir orqanizmin hüceyrəsi tərəfindən ətraf mühitdən sərbəst DNT molekulunun udulması və onun genomuna daxil olması prosesi, belə bir hüceyrədə DNT donor orqanizminə xas olan yeni irsi əlamətlərin meydana gəlməsinə səbəb olur. Məsələn, daxil edilmiş molekulda antibiotik ampisillinə qarşı müqavimət geni varsa, o zaman transformasiya olunmuş bakteriyalar onun iştirakı ilə çoxalacaq. Transformasiyadan əvvəl ampisilin onların ölümünə səbəb oldu, yəni transformasiya olunmuş hüceyrələrdə yeni bir əlamət meydana çıxır.
Bir vektor bir sıra xüsusiyyətlərə malik olmalıdır:
Birincisi, bu, asanlıqla idarə oluna bilən nisbətən kiçik bir DNT molekuludur.
İkincisi, DNT-nin hüceyrədə saxlanması və çoxalması üçün onun replikasiyasını təmin edən müəyyən ardıcıllıq (replikasiyanın mənşəyi və ya replikasiya mənşəyi) olmalıdır.
Üçüncüsü, tərkibində olmalıdır gen markeri, yalnız vektorun düşdüyü hüceyrələrin seçilməsini təmin edir. Adətən bunlar antibiotik müqavimət genləridir - sonra, bir antibiotikin iştirakı ilə vektoru olmayan bütün hüceyrələr ölür.
Gen klonlaması ən çox bakteriya hüceyrələrində aparılır, çünki onları becərmək və tez çoxaltmaq asandır. Bir bakteriya hüceyrəsi adətən bir neçə milyon nukleotid cütü uzunluğunda bir böyük dairəvi DNT molekulunu ehtiva edir və bakteriyalar üçün lazım olan bütün genləri - bakterial xromosomu ehtiva edir. Bundan əlavə, bəzi bakteriyalarda kiçik (bir neçə min əsas cüt) dairəvi DNT adlanır plazmidlər(şək. 2). Onlar, əsas DNT kimi, DNT-nin replikasiya (ori) qabiliyyətini təmin edən bir sıra nukleotidləri ehtiva edirlər. Plazmidlər əsas (xromosom) DNT-dən asılı olmayaraq çoxalırlar, buna görə də hüceyrədə çoxlu sayda nüsxədə olurlar. Bu plazmidlərin çoxu plazmid daşıyan hüceyrələri normal hüceyrələrdən ayırmaq üçün antibiotiklərə qarşı müqavimət genlərini daşıyır. İki antibiotikə, məsələn, tetrasiklin və amisilinə müqavimət göstərən iki geni daşıyan plazmidlər daha çox istifadə olunur. Bakterial əsas xromosomun DNT-sindən azad olan bu cür plazmid DNT-lərini təcrid etmək üçün sadə üsullar mövcuddur.
Genlərin bir orqanizmdən digərinə köçürülməsinə deyilir transgenez və belə dəyişdirilmiş orqanizmlər - transgenik... Genləri mikroorqanizmlərin hüceyrələrinə köçürməklə, tibbin ehtiyacları üçün rekombinant zülal preparatları, xüsusən də immunitetin rədd edilməsinə səbəb olmayan insan zülalları - interferonlar, insulin və digər zülal hormonları, hüceyrə böyüməsi faktorları, həmçinin zülallar əldə edilir. vaksinlərin istehsalı. Daha mürəkkəb hallarda, zülalların modifikasiyası yalnız eukaryotik hüceyrələrdə düzgün getdikdə, transgen hüceyrə kulturalarından və ya transgen heyvanlardan, xüsusən də süddə zəruri zülalları ifraz edən mal-qaradan (ilk növbədə keçilər) istifadə olunur və ya zülallar onların qanından təcrid olunur. . Antikorlar, laxtalanma faktorları və digər zülallar belə alınır. Transgenez üsulu ilə herbisidlərə və zərərvericilərə davamlı və digər faydalı xüsusiyyətlərə malik olan məhsul bitkiləri alınır. Transgen mikroorqanizmlərin köməyi ilə onlar tullantı sularını təmizləyir və çirklənmə ilə mübarizə aparır, hətta nefti parçalaya bilən transgen mikroblar var. Bundan əlavə, transgen texnologiyaları elmi tədqiqatlarda əvəzolunmazdır - bu gün biologiyanın inkişafı modifikasiya və gen transferi üsullarından müntəzəm istifadə olmadan ağlasığmazdır.
molekulyar klonlama texnologiyası
Hər hansı bir orqanizmdən fərdi gen əldə etmək üçün bütün xromosom DNT-si ondan təcrid olunur və bir və ya iki məhdudlaşdırıcı fermentlə parçalanır. Fermentlər elə seçilir ki, onlar bizi maraqlandıran geni kəsməsinlər, lakin onun kənarları boyunca qırılmalar etsinlər və müqavimət genlərindən birində, məsələn, ampisillinə qarşı plazmid DNT-də 1 qırılma əmələ gətirsinlər.
Molekulyar klonlama prosesi aşağıdakı addımları əhatə edir:
Kəsmə və tikiş - insert və vektordan tək rekombinant molekulun qurulması.
Transformasiya rekombinant molekulun hüceyrələrə daxil edilməsidir.
Seçim - daxiletmə vektoru almış xanaların seçimi.
Plazmid DNT-si eyni məhdudlaşdırıcı fermentlərlə müalicə olunur və plazmidə 1 boşluq daxil edən belə bir məhdudlaşdırıcı ferment seçilərsə, o, xətti molekula çevrilir. Nəticədə, yaranan bütün DNT fraqmentlərinin ucları eyni yapışqan uclarla sona çatır. Temperatur aşağı salındıqda, bu uçlar təsadüfi bağlanır və onlar DNT liqaz ilə bağlanır (bax. Şəkil 3).
Müxtəlif tərkibli dairəvi DNT-lərin qarışığı əldə edilir: onlardan bəziləri bakterial DNT ilə əlaqəli xromosom DNT-nin xüsusi DNT ardıcıllığını, digərləri - bir-birinə bağlanmış xromosom DNT fraqmentlərini, digərləri isə - azaldılmış dairəvi plazmid və ya onun dimerini ehtiva edəcəkdir (Şəkil 2). 4).
Sonra bu qarışıq həyata keçirilir genetik transformasiya plazmidləri olmayan bakteriyalar. Transformasiya- bir orqanizmin hüceyrəsi tərəfindən ətraf mühitdən sərbəst DNT molekulunun udulması və onun genomuna daxil olması prosesi, belə bir hüceyrədə DNT donor orqanizminə xas olan yeni irsi əlamətlərin meydana gəlməsinə səbəb olur. Hər hüceyrəyə yalnız bir plazmid daxil olub çoxala bilər. Belə hüceyrələr antibiotik tetrasiklin olan bərk qidalı mühitə yerləşdirilir. Plazmidi almamış hüceyrələr bu mühitdə inkişaf etməyəcək və plazmidi daşıyan hüceyrələr koloniyalar əmələ gətirir, onların hər birində yalnız bir hüceyrənin nəsilləri, yəni. koloniyadakı bütün hüceyrələr eyni plazmid daşıyır (bax. Şəkil 5).
Bundan sonra vəzifə yalnız vektorun daxil olduğu xanaları seçmək və onları yalnız vektoru daxil etmədən daşıyan və ya vektoru ümumiyyətlə daşımayan xanalardan fərqləndirməkdir. İstədiyiniz hüceyrələrin seçilməsi prosesi adlanır yetişdirmə... Bunun üçün istifadə edin seçici markerlər- vektorda adətən antibiotik müqavimət genləri, və seçici media tərkibində antibiotiklər və ya seleksiyanı təmin edən digər maddələr.
Bizim nümunəmizdə ampisillinin iştirakı ilə yetişdirilən koloniyalardan alınan hüceyrələr iki mühitə subkulturasiya olunur: birincisində ampisilin, ikincisində tetrasiklin var. Tərkibində yalnız plazmid olan koloniyalar hər iki mühitdə böyüyəcək, tetrasiklinli mühitdə plazmidlərə daxil edilmiş xromosom DNT-si olan koloniyalar isə böyüməyəcək (şək. 5). Onların arasından xüsusi üsullarla bizi maraqlandıran geni olanlar seçilir, kifayət qədər miqdarda yetişdirilir və plazmid DNT-si təcrid olunur. Ondan, rekombinant DNT əldə etmək üçün istifadə edilən eyni məhdudlaşdırıcı fermentlərdən istifadə edərək, maraq doğuran fərdi gen eksize edilir. Bu genin DNT-si nukleotidlərin ardıcıllığını təyin etmək, yeni xüsusiyyətlər əldə etmək üçün onu orqanizmə daxil etmək və ya istədiyiniz zülal sintez etmək üçün istifadə edilə bilər. Genləri təcrid etmək üçün bu üsul deyilir molekulyar klonlaşdırma.
Eukaryotik orqanizmlərin tədqiqatlarında floresan zülallardan marker gen kimi istifadə etmək çox rahatdır. İlk flüoresan zülalın geni, yaşıl floresan protein (GFP) meduza Aqeuorea victoria-dan təcrid olunmuş və müxtəlif model orqanizmlərə daxil edilmişdir (bax. Şəkil 6) 2008-ci ildə O. Şimomura, M. Çalfi və R. Tsien bu zülalın kəşfinə və istifadəsinə görə Nobel mükafatı almışlar.
Sonra digər flüoresan zülalların genləri təcrid olundu - qırmızı, mavi, sarı. İstənilən xüsusiyyətlərə malik zülallar istehsal etmək üçün bu genlər süni şəkildə dəyişdirilmişdir. Flüoresan zülalların müxtəlifliyi Şəkildə göstərilmişdir. 7, müxtəlif flüoresan zülallar üçün genləri ehtiva edən bakteriya ilə Petri qabını göstərir.
flüoresan zülalların tətbiqi
Floresan zülal geni hər hansı digər zülalın geni ilə bağlana bilər, sonra tərcümə zamanı tək bir zülal əmələ gələcək - translyasiya ilə birləşən protein və ya birləşmə(füzyon proteini) floresan edir. Beləliklə, məsələn, hüceyrədə maraq doğuran hər hansı zülalların lokalizasiyasını (yerini), onların hərəkətini öyrənmək mümkündür. Floresan zülallarını yalnız müəyyən növ hüceyrələrdə ifadə etməklə, çoxhüceyrəli orqanizmdə bu tip hüceyrələri qeyd etmək mümkündür (bax. Şəkil 8 - siçan beyni, fərdi neyronların flüoresan genlərinin müəyyən birləşməsinə görə müxtəlif rənglərə malik olduğu. zülallar). Floresan zülallar müasir molekulyar biologiyada əvəzsiz vasitədir.
Gen əldə etməyin başqa bir üsulu deyilir polimeraza zəncirvari reaksiya (PCR)... DNT polimerazalarının DNT replikasiyası zamanı hüceyrələrdə baş verdiyi kimi tamamlayıcı zəncir boyunca DNT-nin ikinci zəncirini tamamlamaq qabiliyyətinə əsaslanır.
Bu üsulda replikasiyanın mənşəyi adlı iki kiçik DNT parçası müəyyən edilir toxum, və ya primerlər... Bu primerlər iki DNT zəncirində maraq doğuran genin uclarını tamamlayır. Birincisi, genin təcrid edilməli olduğu xromosom DNT-si toxumlarla qarışdırılır və 99 ° C-yə qədər qızdırılır. Bu, hidrogen bağlarının qırılmasına və DNT zəncirlərinin ayrılmasına səbəb olur. Bundan sonra temperatur 50-70 ° C-ə endirilir (toxumların uzunluğundan və ardıcıllığından asılı olaraq). Bu şəraitdə primerlər xromosom DNT-nin tamamlayıcı bölgələrinə yapışaraq, müntəzəm ikiqat sarmal əmələ gətirir (bax. Şəkil 9). Bundan sonra DNT sintezi və DNT polimeraz üçün lazım olan bütün dörd nukleotidin qarışığı əlavə edilir. Ferment, primerlərin bağlandığı yerdən ikiqat zəncirli DNT quraraq primerləri uzadır, yəni. genin uclarından tək zəncirli xromosom molekulunun sonuna qədər. 
Qarışıq indi yenidən qızdırılırsa, xromosom və yeni sintez edilmiş zəncirlər dağılacaq. Soyuduqdan sonra onlar yenidən böyük miqdarda alınan toxumlarla birləşdiriləcək (bax. Şəkil 10).
Yeni sintez edilmiş zəncirlərdə, DNT zəncirləri antiparalel olduğundan, ilk sintezin başladığı ucluğa deyil, əks ucuna bağlanacaqlar. Buna görə də, sintezin ikinci dövründə belə zəncirlərdə yalnız genə uyğun gələn ardıcıllıq tamamlanacaq (bax. Şəkil 11).
Bu üsulda termofilik bakteriyalardan DNT polimerazadan istifadə olunur, qaynamağa tab gətirə bilir və 70-80 ° C temperaturda işləyir, onu hər dəfə əlavə etmək lazım deyil, ancaq təcrübənin əvvəlində əlavə etmək kifayətdir. Eyni ardıcıllıqla isitmə və soyutma prosedurlarını təkrarlayaraq, hər bir dövrədə vurulan toxumlarla hər iki ucunda məhdud olan ardıcıllıqların sayını ikiqat artıra bilərik (bax. Şəkil 12).
Təxminən 25 belə sikldən sonra genin surətinin sayı milyon dəfədən çox artacaq. Belə miqdarları sınaq borusuna daxil edilən xromosom DNT-dən asanlıqla ayırmaq və müxtəlif məqsədlər üçün istifadə etmək olar.
Digər mühüm nailiyyət DNT-də nukleotidlərin ardıcıllığını təyin etmək üsullarının işlənib hazırlanmasıdır - DNT ardıcıllığı(ingilis dilindən - ardıcıllıq). Bunun üçün təsvir olunan üsullardan biri ilə başqa DNT-dən təmiz genlər əldə etmək lazımdır. Sonra DNT zəncirləri qızdırılaraq ayrılır və onlara radioaktiv fosfor və ya flüoresan etiketi olan primer əlavə edilir. Diqqət yetirin ki, bir toxum bir ipi tamamlayır. Sonra DNT polimeraza və 4 nukleotidin qarışığı əlavə edilir. Belə bir qarışıq 4 hissəyə bölünür və hər birinə nukleotidlərdən biri əlavə edilir, dezoksiribozun üçüncü atomunda hidroksil qrupu olmasın deyə dəyişdirilir. Əgər belə bir nukleotid sintez edilmiş DNT zəncirinə daxil olarsa, onda onun uzanması davam edə bilməyəcək, çünki polimerazın növbəti nukleotidi birləşdirmək üçün yeri olmayacaq. Buna görə də, belə bir nukleotidin daxil edilməsindən sonra DNT sintezi dayandırılır. Dideoksinukleotidlər adlanan belə nukleotidlərin adi olanlardan xeyli az hissəsi əlavə olunur, buna görə də zəncirin kəsilməsi yalnız bəzən və hər zəncirdə müxtəlif yerlərdə baş verir. Nəticə, hər birinin sonunda eyni nukleotid olan müxtəlif uzunluqlu zəncirlərin qarışığıdır. Beləliklə, zəncirin uzunluğu tədqiq olunan ardıcıllıqdakı nukleotid sayına uyğun gəlir, məsələn, adenil dideoksinukleotidimiz varsa və nəticədə zəncirlər 2, 7 və 12 nukleotid uzunluğunda idisə, ikincidə gendə adenin var idi. yeddinci və on ikinci mövqelər. Nəticədə zəncirlərin qarışığı elektroforezdən istifadə etməklə ölçülərinə görə asanlıqla ayrıla bilər və sintez edilmiş zəncirlər rentgen filmində radioaktivliklə müəyyən edilə bilər (bax. Şəkil 10).
Fiqurun aşağı hissəsində göstərilən, radio avtoqrafı adlanan şəkil çıxır. Onun boyunca aşağıdan yuxarıya doğru hərəkət edərək hər zonanın sütunlarının üstündəki məktubu oxuyaraq avtoqrafın sağındakı şəkildə göstərilən nukleotid ardıcıllığını alırıq. Məlum oldu ki, sintez təkcə dideoksinukleotidlər tərəfindən deyil, həm də şəkərin üçüncü mövqeyinə bəzi kimyəvi qrupun, məsələn, flüoresan boyanın bağlandığı nukleotidlər tərəfindən dayandırılır. Əgər hər bir nukleotid özünəməxsus boya ilə işarələnmişsə, onda sintez edilmiş zəncirlərin ayrılması zamanı alınan zonalar fərqli işıqla parlayacaqdır. Bu, bütün nukleotidlər üçün eyni vaxtda bir sınaq borusunda reaksiya aparmağa və alınan zəncirləri uzunluğa bölmək, nukleotidləri rəngə görə müəyyən etməyə imkan verir (bax. Şəkil 11).
Belə üsullar təkcə ayrı-ayrı genlərin ardıcıllığını müəyyən etməyə deyil, həm də bütün genomları oxumağa imkan verirdi. İndi genlərdəki nukleotidlərin ardıcıllığını təyin etmək üçün daha sürətli üsullar hazırlanmışdır. Əgər cüt insan genomu böyük beynəlxalq konsorsium tərəfindən birinci verilmiş üsulla 12 il, ikincisi, ikincisindən istifadə edilməklə, üç il ərzində deşifrə edilibsə, indi bunu bir ay ərzində etmək olar. Bu, bir insanın bir çox xəstəliyə meylini proqnozlaşdırmağa və onlardan qaçınmaq üçün əvvəlcədən tədbirlər görməyə imkan verir.
XX əsrin 40-cı illərinin əvvəllərində biokimya, biofizika, genetika, sitokimya, mikrobiologiya və virusologiyanın bir çox sahələrinin inkişafı. onu həyat hadisələrinin molekulyar səviyyədə öyrənilməsinə yaxınlaşdırdı. Bu elmlərin eyni vaxtda və müxtəlif aspektlərdən əldə etdiyi uğurlar, orqanizmin əsas idarəetmə sistemlərinin məhz molekulyar səviyyədə fəaliyyət göstərdiyini və bu elmlərin gələcək tərəqqisinin açıqlanmasından asılı olacağını dərk etməyə səbəb oldu. orqanizmlərin orqanizmini təşkil edən molekulların bioloji funksiyaları, onların sintez və parçalanmada, hüceyrədə birləşmələrin qarşılıqlı çevrilməsində və çoxalmasında iştirakı, həmçinin bu zaman baş verən enerji və informasiya mübadiləsi. Beləliklə, bu bioloji fənlərin kimya və fizika ilə qovşağında tamamilə yeni bir sahə - molekulyar biologiya yarandı.
Biokimyadan fərqli olaraq, müasir molekulyar biologiyanın diqqəti əsasən biopolimerlərin ən mühüm siniflərinin - zülalların və nuklein turşularının quruluşunun və funksiyasının öyrənilməsinə yönəldilmişdir ki, bunlardan birincisi metabolik reaksiyaların çox mümkünlüyünü müəyyən edir, ikincisi isə biopolimerlərdir. - spesifik zülalların biosintezi. Buna görə də aydındır ki, molekulyar biologiya və biokimya, genetikanın, mikrobiologiyanın və virusologiyanın müvafiq bölmələri arasında aydın fərq qoymaq mümkün deyil.
Molekulyar biologiyanın yaranması yeni tədqiqat metodlarının inkişafı ilə sıx bağlı idi ki, onlar artıq müvafiq fəsillərdə müzakirə edilmişdir. Elektron mikroskopiya və mikroskopik texnologiyanın digər üsullarının inkişafı ilə yanaşı, 50-ci illərdə işlənmiş hüceyrə elementlərinin fraksiyalaşdırılması üsulları mühüm rol oynamışdır. Onlar diferensial sentrifuqasiyanın təkmilləşdirilmiş üsullarına əsaslanırdı (A. Claude, 1954). Bu vaxta qədər biopolimerlərin təcrid edilməsi və fraksiyalaşdırılması üçün kifayət qədər etibarlı üsullar var idi. Buraya, xüsusən, A. Tiselius (1937; Nobel mükafatı, 1948) tərəfindən təklif olunan elektroforezdən istifadə edərək zülalların fraksiyalaşdırılması metodu, nuklein turşularının təcrid edilməsi və təmizlənməsi üsulları (E. Key, A. Downs, M. Sevaq, A. Mirski və s.). Paralel olaraq, dünyanın bir çox laboratoriyalarında xromatoqrafik analizin müxtəlif üsulları hazırlanmışdır (A. Martin və R. Sing, 1941; Nobel mükafatı, 1952), sonradan əhəmiyyətli dərəcədə təkmilləşdirilmişdir.
X-ray struktur analizi biopolimerlərin strukturunun dekodlanmasında əvəzsiz xidmət göstərmişdir. Rentgen struktur analizinin əsas prinsipləri London Universitetinin Kinqs Kollecində U.Braqqin rəhbərliyi altında bir qrup tədqiqatçı tərəfindən işlənib hazırlanmışdır ki, onların tərkibinə C.Bernal, A.Lonsdeyl, U.Astberi, C.Robertson və başqaları.
Molekulyar biologiyanın sonrakı inkişafı üçün böyük əhəmiyyət kəsb edən Moskva Dövlət Universitetinin professoru A. R. Kizelin protoplazmanın biokimyasına dair tədqiqatlarını (1925 - 1929) xüsusi qeyd etmək lazımdır. Kizel hər hansı bir protoplazmanın mərkəzində onun bütün ən vacib struktur və funksional xüsusiyyətlərini müəyyən edən xüsusi bir zülal gövdəsinin - plitələrin olması ilə bağlı dərin köklü bir fikrə sahib idi. O, lövhələrin yalnız miksomisetlərdə, sonra isə inkişafın müəyyən mərhələsində olan zülal olduğunu və protoplazmada daimi komponentin - tək skelet zülalının olmadığını göstərmişdir. Beləliklə, protoplazmanın quruluşu və zülalların funksional rolu probleminin tədqiqi düzgün yol tutmuş və onun inkişafı üçün geniş miqyas almışdır. Kieselin tədqiqatları hüceyrənin tərkib hissələrinin kimyasının öyrənilməsini stimullaşdıraraq dünya miqyasında tanınıb.
İlk dəfə Lids Universitetinin ingilis kristalloqrafı U.Astberi tərəfindən istifadə edilən “molekulyar biologiya” termini, yəqin ki, 1940-cı illərin əvvəllərində (1945-ci ildən əvvəl) meydana çıxmışdır. 1930-cu illərdə Astbury tərəfindən həyata keçirilən zülalların və DNT-nin əsas rentgen struktur tədqiqatları bu biopolimerlərin ikincil strukturunun sonrakı müvəffəqiyyətlə deşifrə edilməsi üçün əsas rolunu oynadı. 1963-cü ildə J. Bernal yazırdı: "Ona bir abidə bütün molekulyar biologiya - adlandırdığı və əslində əsasını qoyduğu elm tərəfindən ucaldılacaqdır" *. Üzvi və fibrilyar birləşmələrin təhlili ", İngilis dilində "Nature" jurnalında dərc edilmişdir** . Astbury (1950) Harvey Lecture-da qeyd etdi: "Mən məmnunam ki, indi molekulyar biologiya termini artıq geniş istifadə olunur, baxmayaraq ki, bunu ilk dəfə təklif etməyim mümkün deyil. Mən bunu bəyəndim və çoxdan onu yaymağa çalışdım". Artıq 1950-ci ildə Astbury aydın idi ki, molekulyar biologiya ilk növbədə makromolekulların quruluşu və uyğunluğu ilə məşğul olur, onların öyrənilməsi canlı orqanizmlərin fəaliyyətini başa düşmək üçün çox vacibdir.
* (Biogr. Mem. Yoldaşlar Roy. Soc, 1963, v. 9, 29.)
** (W. T. Astbury. Üzvi və lif strukturlarının rentgen analizinin gedişi.- Təbiət ,. 1946, v. 157, 121.)
*** (W. T. Astbury. Molekulyar biologiyada sərgüzəştlər. Thomas Springfield, 1952, səh. 3.)
Molekulyar biologiya, əslində, bütövlükdə bütün biologiya üçün olduğu kimi eyni vəzifələr - həyatın mahiyyəti və onun əsas hadisələri, xüsusən də irsiyyət və dəyişkənlik haqqında biliklər idi və qarşısındadır. Müasir molekulyar biologiya, ilk növbədə, genlərin quruluşunu və funksiyasını, ontogenezin müxtəlif mərhələlərində və onun oxunmasının müxtəlif mərhələlərində orqanizmlərin genetik məlumatlarının həyata keçirilməsi yollarını və mexanizmlərini deşifrə etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. O, gen fəaliyyətinin və hüceyrə differensiasiyasının tənzimlənməsinin incə mexanizmlərini açmaq, mutagenezin təbiətini və təkamül prosesinin molekulyar əsaslarını aydınlaşdırmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur.
Aşağıdakı kəşflər molekulyar biologiyanın inkişafı üçün ən böyük əhəmiyyət kəsb edirdi. 1944-cü ildə amerikalı tədqiqatçılar O. Avery, K. McLeod (Nobel mükafatı, 1923) və M. McCarthy pnevmokoklardan təcrid olunmuş DNT molekullarının transformasiyaedici aktivliyə malik olduğunu göstərdilər. Bu DNT-lərin dezoksiribonukleaza ilə hidrolizindən sonra onların transformasiya aktivliyi tamamilə yox oldu. Beləliklə, hüceyrədə genetik funksiyalara malik olanın zülal deyil, DNT olduğu ilk dəfə inandırıcı şəkildə sübut edilmişdir.
Ədalət naminə qeyd etmək lazımdır ki, bakterial transformasiya fenomeni Avery, McLeod və McCarthy-nin kəşflərindən xeyli əvvəl aşkar edilmişdir. 1928-ci ildə F. Griffith bir məqalə dərc etdi və burada məlumat verdi ki, qapalı virulent ştammın öldürülmüş hüceyrələrini qeyri-virulent (qapsullaşdırılmamış) pnevmokoklara əlavə etdikdən sonra meydana gələn hüceyrələrin qarışığı siçanlar üçün ölümcül olur. Üstəlik, bu qarışıqla yoluxmuş heyvanlardan təcrid olunmuş pnevmokokların canlı hüceyrələri artıq virulent idi və polisaxarid kapsuluna malik idi. Belə ki, bu təcrübədə göstərilmişdir ki, öldürülmüş pnevmokok hüceyrələrin bəzi komponentlərinin təsiri altında bakteriyaların kapsullaşdırılmamış forması kapsul əmələ gətirən virulent formaya çevrilir. 16 il sonra Avery, McLeod və McCarthy bu təcrübədə bütün ölmüş pnevmokok hüceyrələrini dezoksiribonuklein turşusu ilə əvəz etdilər və göstərdilər ki, məhz DNT transformasiyaedici aktivliyə malikdir (həmçinin 7 və 25-ci fəsillərə baxın). Bu kəşfin əhəmiyyətini çox qiymətləndirmək çətindir. Bu, dünyanın bir çox laboratoriyalarında nuklein turşularının öyrənilməsinə təkan verdi və alimlərin diqqətini DNT-yə yönəltdi.
Avery, McLeod və McCarthy-nin kəşfi ilə yanaşı, 50-ci illərin əvvəllərində nuklein turşularının həyatda müstəsna rol oynadığı və genetik funksiya daşıdığına dair kifayət qədər böyük miqdarda birbaşa və dolayı sübutlar artıq toplanmışdı. Bu, xüsusən də hüceyrədə DNT-nin lokalizasiyasının xarakteri və R.Vendrelinin (1948) məlumatları ilə göstərilmişdir ki, hər hüceyrədə DNT tərkibi ciddi şəkildə sabitdir və ploidlik dərəcəsi ilə əlaqələndirilir: haploid mikrob hüceyrələrində, DNT diploid somatik hüceyrələrdəkinin yarısıdır. DNT-nin genetik rolu onun açıq-aşkar metabolik sabitliyi ilə də dəstəklənirdi. 50-ci illərin əvvəllərində məlum mutagen amillərin əksəriyyətinin əsasən nuklein turşularına və xüsusən də DNT-yə təsir etdiyini göstərən çoxlu müxtəlif faktlar toplanmışdı (R. Hotchkiss, 1949; G. Ephrussi-Taylor, 1951; E. Freese, 1957 və s.).
Nuklein turşularının genetik rolunun müəyyən edilməsində müxtəlif faqların və virusların öyrənilməsi xüsusi əhəmiyyət kəsb edirdi. 1933-cü ildə D. Schlesinger Escherichia coli bakteriofaqında DNT tapdı. U.Stenlinin (1935, Nobel mükafatı, 1946) tütün mozaika virusunun (TMV) kristal vəziyyətində təcrid edilməsindən sonra bitki viruslarının öyrənilməsində yeni mərhələ başlandı. 1937-1938-ci illərdə. Rothamstead Kənd Təsərrüfatı Stansiyasının (İngiltərə) işçiləri F. Bowden və N. Peary göstərdilər ki, onların təcrid etdikləri bir çox bitki virusları qlobulinlər deyil, ribonukleoproteinlərdir və əsas komponent kimi nuklein turşusunu ehtiva edirlər. 40-cı illərin əvvəllərində G. Schramm (1940), PA Agatov (1941), G. Miller və W. Stanley (1941) əsərləri nəşr olundu ki, bu da zülal komponentinin nəzərəçarpacaq kimyəvi modifikasiyasına səbəb olmadığını göstərir. TMV-nin yoluxuculuğunun itirilməsi. Bu, bir çox mikrobioloqun inanmağa davam etdiyi kimi, protein komponentinin virusun irsi xüsusiyyətlərinin daşıyıcısı ola bilməyəcəyini göstərirdi. Bitki viruslarında nuklein turşusunun (RNT) genetik rolunun xeyrinə inandırıcı sübut 1956-cı ildə Tübingendə (Almaniya) Q.Şramm və Kaliforniyada (ABŞ) H.Frenkel-Konrat tərəfindən əldə edilmişdir. Bu tədqiqatçılar, demək olar ki, eyni vaxtda və bir-birindən asılı olmayaraq, TMV-dən RNT-ni təcrid etdilər və göstərdilər ki, yoluxuculuq zülal deyil, məhz odur: tütün bitkilərinin bu RNT ilə yoluxması nəticəsində onlarda normal virus hissəcikləri əmələ gəlib və çoxalıb. . Bu o demək idi ki, RNT bütün viral komponentlərin, o cümlədən viral zülalın sintezi və yığılması üçün məlumat ehtiva edir. 1968-ci ildə I. G. Atabekov müəyyən etdi ki, zülal bitkilərin özünün yoluxmasında mühüm rol oynayır - zülalın təbiəti ev sahibi bitkilərin spektrini müəyyən edir.
1957-ci ildə Frenkel-Konrat ilk dəfə TMV-nin onun tərkib komponentlərindən - RNT və zülaldan yenidən qurulmasını həyata keçirdi. Normal hissəciklərlə yanaşı, o, RNT-nin bir ştamdan, zülalın isə digərindən olduğu qarışıq "hibridlər" əldə etmişdir. Belə hibridlərin irsiyyəti tamamilə RNT ilə müəyyən edilirdi və virusların nəsli orijinal qarışıq hissəcikləri əldə etmək üçün RNT-si istifadə olunan ştama aid idi. Sonralar A.Girer, Q.Şuster və Q.Şramm (1958) və Q.Vitmanın (1960 - 1966) təcrübələri göstərdi ki, TMV nuklein turşusu komponentinin kimyəvi modifikasiyası bu virusun müxtəlif mutantlarının yaranmasına gətirib çıxarır.
1970-ci ildə D. Baltimor və Q. Temin müəyyən etdilər ki, genetik məlumatın ötürülməsi yalnız DNT-dən RNT-yə deyil, həm də əksinə baş verə bilər. Onlar bəzi onkogen RNT tərkibli viruslarda (onkornaviruslarda) RNT zəncirlərində DNT-ni tamamlayıcı şəkildə sintez etməyə qadir olan əks transkriptaza adlanan xüsusi ferment tapdılar. Bu böyük kəşf RNT tərkibli virusların genetik məlumatının ev sahibi genomuna daxil olma mexanizmini anlamağa və onların onkogen təsirinin təbiətinə yeni nəzər salmağa imkan verdi.
Nuklein turşuları termini 1889-cu ildə alman biokimyaçısı R.Altmann tərəfindən, bu birləşmələr 1869-cu ildə isveçrəli həkim F.Mişer tərəfindən kəşf edildikdən sonra təqdim edilmişdir. Miescher bir neçə həftə ərzində seyreltilmiş xlorid turşusu ilə irin hüceyrələri çıxardı və qalan hissədə demək olar ki, təmiz nüvə materialı əldə etdi. O, bu materialı səciyyəvi "hüceyrə nüvələrinin maddəsi hesab etdi və onu nuklein adlandırdı. Öz xassələrinə görə nuklein zülallardan kəskin şəkildə fərqlənirdi: o, daha turşulu idi, tərkibində kükürd yox idi, lakin tərkibində çoxlu fosfor var idi, qələvilərdə yaxşı həll olunurdu. , lakin seyreltilmiş turşularda həll olunmur.
Mişer nukleinlə bağlı apardığı müşahidələrin nəticələrini jurnalda dərc olunması üçün F.Hoppe-Zeylerə göndərdi. Onun təsvir etdiyi maddə o qədər qeyri-adi idi (o dövrdə bütün bioloji fosfor tərkibli birləşmələrdən yalnız lesitin məlum idi) ki, Hoppe-Zeyler Mişerin təcrübələrinə inanmadı, əlyazmanı ona qaytardı və həmkarları N.Ploşa və N. Lyubavin digər materiallarla bağlı nəticələrini yoxlamaq üçün ... Mişerin "İrinli hüceyrələrin kimyəvi tərkibi haqqında" əsəri iki il sonra (1871) nəşr olundu. Eyni zamanda, Hoppe-Seiler və onun əməkdaşlarının irin hüceyrələrinin, quşların eritrositlərinin, ilanların və digər hüceyrələrin tərkibinə dair əsərləri nəşr edilmişdir. Sonrakı üç il ərzində nuklein heyvan hüceyrələrindən və mayadan təcrid olundu.
Mişer öz işində qeyd etdi ki, müxtəlif nukleinlərin təfərrüatlı tədqiqi onlar arasında fərqlərin yaranmasına gətirib çıxara bilər və bununla da nuklein turşularının spesifikliyi ideyasını gözləyə bilər. Somon südünü araşdıran Miescher, nüvənin duz şəklində olduğunu və protamin adlandırdığı əsas zülalla əlaqəli olduğunu tapdı.
1879-cu ildə A. Kossel Hoppe-Seilerin laboratoriyasında nukleini öyrənməyə başladı. 1881-ci ildə o, hipoksantini nukleindən təcrid etdi, lakin o zaman o, hələ də bu bazanın mənşəyinə şübhə ilə yanaşır və hipoksantinin zülalların parçalanmasının məhsulu ola biləcəyinə inanırdı. Kossel 1891-ci ildə nuklein hidrolizinin məhsulları arasında adenin, quanin, fosfor turşusu və şəkər xassələri olan başqa bir maddə kəşf etdi. Nuklein turşularının kimyası üzrə tədqiqatlarına görə Kossel 1910-cu ildə Nobel mükafatına layiq görülüb.
Nuklein turşularının strukturunun deşifr edilməsində sonrakı irəliləyişlər P. Levin və həmkarlarının (1911 - 1934) tədqiqatları ilə bağlıdır. 1911-ci ildə P. Levin və V. Jacobs adenozin və quanosinin karbohidrat komponentini müəyyən etdilər; D-ribozun bu nukleozidlərin bir hissəsi olduğunu aşkar etdilər. 1930-cu ildə Levin dezoksiribonukleozidlərin karbohidrat komponentinin 2-deoksi-D-riboza olduğunu göstərdi. Onun əsərlərindən məlum oldu ki, nuklein turşuları nukleotidlərdən, yəni fosforlanmış nukleozidlərdən əmələ gəlir. Levin hesab edirdi ki, nuklein turşularında (RNT) əsas bağ növü 2 ", 5" -fosfodiester bağıdır. Bu baxışın yanlış olduğu ortaya çıxdı. İngilis kimyaçısı A.Toddun (Nobel Mükafatı, 1957) və onun əməkdaşlarının, eləcə də ingilis biokimyaçıları R.Markham və C.Smitin əməyi sayəsində 50-ci illərin əvvəllərində RNT-də əsas bağ növü məlum olmuşdur. 3 ", 5" - fosfodiester bağıdır.
Levin göstərdi ki, müxtəlif nuklein turşuları karbohidrat komponentinin təbiətinə görə fərqlənə bilər: onların bəzilərində şəkər dezoksiriboza, digərlərində isə riboza var. Bundan əlavə, bu iki növ nuklein turşusu əsaslardan birinin təbiətinə görə fərqlənirdi: pentoza tipli nuklein turşularında urasil, deoksipentoza tipli nuklein turşularında isə timin var idi. Dezoksipentoza nuklein turşusu (müasir terminologiyada dezoksiribonuklein turşusu - DNT) adətən buzovların timusundan (timus vəzi) böyük miqdarda asanlıqla təcrid olunurdu. Buna görə də ona timonuklein turşusu deyilir. Pentoza tipli nuklein turşusunun (RNT) mənbəyi əsasən maya və buğda toxumu idi. Bu növə tez-tez maya nuklein turşusu deyilir.
1930-cu illərin əvvəllərində maya tipli nuklein turşusunun bitki hüceyrələri üçün, timonuklein turşusunun isə yalnız heyvan hüceyrələrinin nüvələri üçün xarakterik olması fikri kifayət qədər möhkəm kök saldı. İki növ nuklein turşusu - RNT və DNT müvafiq olaraq bitki və heyvan nuklein turşuları adlanırdı. Bununla belə, A. N. Belozerskinin ilk araşdırmalarından göründüyü kimi, nuklein turşularının belə bölünməsi əsassızdır. 1934-cü ildə Belozerski ilk dəfə bitki hüceyrələrində timonuklein turşusunu kəşf etdi: noxud tinglərindən DNT üçün xarakterik olan timin-pirimidin əsasını təcrid etdi və müəyyən etdi. Sonra digər bitkilərdə (soya toxumu, lobya) timin aşkar etdi. 1936-cı ildə A. N. Belozerski və İ. İ. Dubrovskaya at şabalıdı tinglərindən preparativ DNT-ni təcrid etdilər. Bundan əlavə, 1940-cı illərdə İngiltərədə D. Davidson və onun həmkarları tərəfindən həyata keçirilən silsilə işlər inandırıcı şəkildə göstərdi ki, bir çox heyvan hüceyrələrində bitki nuklein turşusu (RNT) var.
R. Felgen və G. Rosenbeck (1924) tərəfindən hazırlanmış DNT-yə sitokimyəvi reaksiyanın və J. Brachetin (1944) RNT-yə reaksiyasının geniş yayılması üstünlük təşkil edən lokalizasiya məsələsini kifayət qədər tez və birmənalı şəkildə həll etməyə imkan verdi. hüceyrədə bu nuklein turşularının. Məlum olub ki, DNT nüvədə, RNT isə əsasən sitoplazmada cəmləşib. Daha sonra RNT-nin həm sitoplazmada, həm də nüvədə olduğu aşkar edildi və əlavə olaraq sitoplazmatik DNT müəyyən edildi.
Nuklein turşularının ilkin quruluşu məsələsinə gəlincə, 40-cı illərin ortalarına qədər P.Levinin fikri elmdə möhkəm şəkildə təsbit edildi ki, ona görə bütün nuklein turşuları eyni tipə görə qurulur və eyni quruluşdan ibarətdir. - tetranukleotid blokları adlanır. Bu blokların hər biri, Levinə görə, dörd fərqli nukleotid ehtiva edir. Nuklein turşularının quruluşunun tetranukleotid nəzəriyyəsi bu biopolimerləri spesifiklikdən əhəmiyyətli dərəcədə məhrum etdi. Buna görə də təəccüblü deyil ki, canlıların bütün spesifikliyi o dövrdə yalnız monomerlərinin təbiəti daha müxtəlif (20 amin turşusu) olan zülallarla əlaqələndirilirdi.
Nuklein turşularının tetranukleotid quruluşu nəzəriyyəsində ilk boşluq ingilis kimyaçısı J. Qulandın (1945 - 1947) analitik məlumatları ilə yaradılmışdır. Əsasların azotu ilə nuklein turşularının tərkibini təyin edərkən, o, Levin nəzəriyyəsinə uyğun olaraq, əsasların ekvimolyar nisbətini almadı. Nəhayət, E.Çarqaffın və onun əməkdaşlarının (1949 - 1951) tədqiqatları nəticəsində nuklein turşularının quruluşunun tetranukleotid nəzəriyyəsi süqut etdi. Turşu hidrolizi nəticəsində DNT-dən ayrılan əsasları ayırmaq üçün Chargaff kağız xromatoqrafiyasından istifadə etdi. Bu əsasların hər biri dəqiq spektrofotometrik olaraq təyin edilmişdir. Chargaff, müxtəlif mənşəli DNT-də ekvimolyar əsas nisbətindən əhəmiyyətli sapmalar müşahidə etdi və ilk dəfə DNT-nin açıq bir növ spesifikliyinə malik olduğunu qəti şəkildə bildirdi. Beləliklə, canlı hüceyrədə zülal spesifikliyi anlayışının hegemonluğuna son qoyuldu. Müxtəlif mənşəli DNT-ni təhlil edən Çarqaff, DNT tərkibinin unikal nümunələrini kəşf etdi və formalaşdırdı və bu, Chargaff qaydaları adı ilə elmə daxil oldu. Bu qaydalara görə, mənşəyindən asılı olmayaraq bütün DNT-lərdə adeninin miqdarı timin miqdarına (A = T), quaninin miqdarı sitozinin miqdarına (G = C), purinlər pirimidinlərin miqdarına bərabərdir (G + A = C + T), 6 amin qrupları olan əsasların miqdarı 6 keto qrupları olan əsasların sayına bərabərdir (A + C = G + T). Eyni zamanda, belə ciddi kəmiyyət uyğunluqlarına baxmayaraq, müxtəlif növlərin DNT-ləri A + T: G + C nisbətinin dəyəri ilə fərqlənir. Bəzi DNT-də guanin və sitozinin miqdarı adenin və timin miqdarından üstündür (Çarqaff bu DNT-ni GC tipli DNT adlandırır); digər DNT-lər guanin və sitozindən daha çox adenin və timin ehtiva edirdi (bu DNT-lər AT tipli DNT adlanırdı). Chargaff tərəfindən əldə edilən DNT tərkibi haqqında məlumatlar molekulyar biologiyada müstəsna rol oynamışdır. 1953-cü ildə C.Watson və F.Crick tərəfindən edilən DNT strukturunun kəşfi üçün əsas oldular.
Hələ 1938-ci ildə W. Astbury və F. Bell rentgen difraksiya analizindən istifadə edərək göstərmişdilər ki, DNT-dəki əsas müstəvilər molekulun uzun oxuna perpendikulyar olmalı və sanki yuxarıda yerləşən lövhələr yığınına bənzəməlidir. başqa. 1952-1953-cü illərdə rentgen struktur analizi texnikasının təkmilləşdirilməsi ilə. fərdi bağların uzunluğunu və meyl bucaqlarını mühakimə etməyə imkan verən məlumatlar toplanmışdır. Bu, DNT molekulunun şəkər-fosfat onurğasında pentoza qalıqlarının halqalarının oriyentasiyasının təbiətini ən böyük ehtimalla təmsil etməyə imkan verdi. 1952-ci ildə S.Farberq DNT-nin iki spekulyativ modelini təklif etdi, bu modellər öz üzərinə bükülmüş və ya bükülmüş tək zəncirli molekulu təmsil etdi. DNT strukturunun eyni dərəcədə spekulyativ modeli 1953-cü ildə L. Pauling (Nobel mükafatı laureatı, 1954) və R. Kori tərəfindən təklif edilmişdir. Bu modeldə üç burulmuş DNT zəncirindən uzun bir spiral əmələ gəldi, onun nüvəsi fosfat qrupları ilə təmsil olundu və əsaslar onun xaricində yerləşirdi. 1953-cü ilə qədər M. Wilkins və R. Franklin DNT-nin daha aydın rentgen difraksiya nümunələrini əldə etdilər. Onların təhlili Farberg, Pauling və Corey modellərinin tam uyğunsuzluğunu göstərdi. Çarqafın məlumatlarından istifadə edərək, ayrı-ayrı monomerlərin molekulyar modellərinin müxtəlif kombinasiyalarını və rentgen struktur analizi məlumatlarını müqayisə edərək, C.Watson və F.Crick 1953-cü ildə belə bir nəticəyə gəldilər ki, DNT molekulu ikiqat sarmal olmalıdır. Chargaff qaydaları təklif olunan DNT modelində mümkün sifarişli baza birləşmələrinin sayını kəskin şəkildə məhdudlaşdırdı; onlar Watson və Crick-ə təklif etdilər ki, DNT molekulunda spesifik əsas cütləşməsi olmalıdır - adenin ilə timin və guaninin sitozin. Başqa sözlə desək, bir DNT zəncirindəki adenin həmişə digər zəncirdəki timinlə, bir zəncirdəki quanin isə digərində mütləq sitozinə uyğun gəlir. Beləliklə, Watson və Crick ilk dəfə DNT-nin tamamlayıcı strukturunun son dərəcə vacib prinsipini formalaşdırdılar, buna görə bir DNT zəncirinin digərini tamamlayır, yəni bir zəncirinin əsas ardıcıllığı digər (tamamlayıcı) zəncirdəki əsas ardıcıllığı unikal şəkildə təyin edir. . Məlum oldu ki, DNT-nin strukturunun özü onun dəqiq çoxalma potensialını ehtiva edir. DNT strukturunun bu modeli indi ümumi qəbul edilir. Crick, Watson və Wilkins 1962-ci ildə DNT strukturunu deşifrə etdiklərinə görə Nobel mükafatına layiq görüldülər.
Qeyd edək ki, makromolekulların dəqiq çoxalması və irsi məlumatların ötürülməsi mexanizmi ideyası ölkəmizdə yaranıb. 1927-ci ildə N, K. Koltsov hüceyrənin çoxalması zamanı molekulların çoxalmasının mövcud ana molekulların dəqiq avtokatalitik bərpası ilə baş verdiyini təklif etdi. Düzdür, o zaman Koltsov bu xassəni DNT molekulları ilə deyil, o dövrdə funksional əhəmiyyəti bilinməyən zülal molekulları ilə bəxş etmişdir. Buna baxmayaraq, makromolekulların avtokatalitik çoxalması və irsi xassələrin ötürülmə mexanizmi ideyası peyğəmbərlik oldu: bu, müasir molekulyar biologiyanın rəhbər ideyasına çevrildi.
A.S.Spirin, Q.N.Zaitseva, B.F.Vanyuşin, S.O.Uryson, A.S. müxtəlif orqanizmlər Çarqaffın kəşf etdiyi qanunauyğunluqları və Uotson və Krik tərəfindən təklif edilən DNT strukturunun molekulyar modelinə tam uyğunluğu tam təsdiqləmişlər. Bu tədqiqatlar göstərmişdir ki, müxtəlif bakteriyaların, göbələklərin, yosunların, aktinomisetlərin, ali bitkilərin, onurğasızların və onurğalıların DNT-si spesifik tərkibə malikdir. Tərkibindəki fərqlər (AT-əsas cütlərinin məzmunu) mühüm taksonomik xüsusiyyət olmaqla, xüsusilə mikroorqanizmlərdə özünü göstərir. Yüksək bitki və heyvanlarda DNT-nin tərkibindəki növ dəyişiklikləri daha az nəzərə çarpır. Ancaq bu, onların DNT-sinin daha az spesifik olması demək deyil. Əsasların tərkibinə əlavə olaraq, spesifiklik əsasən onların DNT zəncirlərindəki ardıcıllıqla müəyyən edilir.
DNT və RNT-nin tərkibində adi əsaslarla yanaşı əlavə azotlu əsaslar da aşkar edilmişdir. Belə ki, Q.Uayt (1950) bitki və heyvanların DNT-sində 5-metilsitozini, D.Dun və J.Smit (1958) isə bəzi DNT-lərdə metilləşdirilmiş adenini aşkar etmişlər. Uzun müddət metilsitozin ali orqanizmlərin genetik materialının fərqli xüsusiyyəti hesab olunurdu. 1968-ci ildə A. N. Belozerski, B. F. Vanyushin və N. A. Kokurina onun bakteriyaların DNT-sində də tapıla biləcəyini müəyyən etdilər.
1964-cü ildə M. Qold və J. Hurvitz DNT-ni təbii şəkildə dəyişdirən fermentlərin yeni sinfini - onun metilləşməsini kəşf etdilər. Bu kəşfdən sonra məlum oldu ki, sitozin və adenin qalıqlarının xüsusi ardıcıllıqla spesifik metilasiyası nəticəsində hazır polinukleotid DNT zəncirində artıq kiçik (az miqdarda olan) əsaslar yaranır. Xüsusilə, B. F. Vanyushin, Ya. I. Bur'yanov və A. N. Belozerskinin (1969) məlumatlarına görə, E. coli DNT-də adeninin metilasiyası terminasiya kodonlarında baş verə bilər. ANBelozersky və həmkarlarının (1968 - 1970), eləcə də M. Meselson (ABŞ) və V. Arber (İsveçrə) (1965 - 1969) fikrincə, metilləşmə DNT molekullarına unikal fərdi xüsusiyyətlər verir və spesifik təsiri ilə birlikdə. nukleazlar, hüceyrədə DNT sintezini idarə edən kompleks mexanizmin bir hissəsidir. Başqa sözlə, müəyyən bir DNT-nin metilizasiyasının təbiəti onun müəyyən bir hüceyrədə çoxalıb çoxalda bilməsi sualını müəyyənləşdirir.
Demək olar ki, eyni zamanda, DNT metilazlarının və məhdudlaşdırıcı endonükleazların təcrid edilməsi və intensiv tədqiqi başladı; 1969-1975-ci illərdə müəyyən edilmiş nukleotid ardıcıllığı bu fermentlərin bəziləri (H. Boyer, H. Smith, S. Lynn, K. Murray) tərəfindən DNT-də tanınır. Müxtəlif DNT-lər bir məhdudlaşdırıcı ferment tərəfindən hidrolizə edildikdə, eyni yapışqan ucları olan kifayət qədər böyük fraqmentlər parçalanır. Bu, kiçik viruslarda (D. Nathans, S. Adler, 1973 - 1975) edildiyi kimi, yalnız genlərin strukturunu təhlil etməyə deyil, həm də müxtəlif genomları qurmağa imkan verir. Bu spesifik məhdudlaşdırıcı fermentlərin kəşfi ilə gen mühəndisliyi reallığa çevrildi. Kiçik plazmid DNT-lərə daxil edilmiş müxtəlif mənşəli genlər artıq müxtəlif hüceyrələrə asanlıqla daxil olur. Beləliklə, müəyyən antibiotiklərə qarşı müqavimət göstərən yeni tip bioloji aktiv plazmid alınmış (S.Cohen, 1973), qurbağanın və drozofilin ribosomal genləri E. coli plazmidlərinə daxil edilmişdir (J. Morrow, 1974; H. Boyer, D. Hogness, R. Davis, 1974 - 1975). Beləliklə, müxtəlif genləri onların genofonduna daxil edərək, əsaslı şəkildə yeni orqanizmlər əldə etməyin real yolları kəşf edilmişdir. Bu kəşf bütün bəşəriyyətin xeyrinə yönəldilə bilər.
1952-ci ildə Q.Uayt və S.Koen T-hətta faqların DNT-sində qeyri-adi əsas - 5-hidroksimetilsitozinin olduğunu aşkar etdilər. Sonralar E.Volkin və R.Sinşeymerin (1954) və Koenin (1956) əsərlərindən məlum oldu ki, oksimetilsitozin qalıqları tam və ya qismən qlükozidləşə bilər, bunun nəticəsində fag DNT molekulu hidrolitik təsirdən qorunur. nukleazların fəaliyyəti.
50-ci illərin əvvəllərində D. Dann və J. Smith (İngiltərə), S. Zamenhof (ABŞ) və A. Wacker (Almaniya) əsərlərindən məlum oldu ki, əsasların bir çox süni analoqları DNT-yə daxil edilə bilər, bəzən 50%-ə qədər timin əvəz edir. Tipik olaraq, bu əvəzetmələr replikasiya, DNT transkripsiyası və tərcüməsində səhvlərə və mutantların yaranmasına səbəb olur. Beləliklə, J. Marmur (1962) müəyyən etdi ki, bəzi faqların DNT-sində timin əvəzinə oksimetilurasil var. 1963-cü ildə İ.Takahaşi və C.Marmur faqlardan birinin DNT-sində timin əvəzinə urasil olduğunu aşkar etdilər. Beləliklə, nuklein turşularının əvvəllər ayrıldığı başqa bir prinsip çökdü. P.Levinin işlədiyi dövrdən belə hesab olunurdu ki, DNT-nin əlaməti timin, RNT isə urasildir. Aydın oldu ki, bu xüsusiyyət həmişə etibarlı deyil və iki növ nuklein turşusunun kimyəvi təbiətindəki əsas fərq, bu günə qədər göründüyü kimi, yalnız karbohidrat komponentinin təbiətindədir.
Fagların tədqiqi zamanı nuklein turşularının təşkilinin bir çox qeyri-adi əlamətləri aşkar edilmişdir. 1953-cü ildən bəri bütün DNT-nin ikizəncirli xətti molekullar, RNT isə yalnız tək zəncirli olduğuna inanılır. Bu vəziyyət 1961-ci ildə R.Sinsheimer φ X 174 faqının DNT-sinin tək zəncirli dairəvi molekulla təmsil olunduğunu aşkar etdikdə xeyli sarsıldı. Düzdür, sonradan məlum oldu ki, bu formada bu DNT yalnız vegetativ faq hissəciyində mövcuddur və bu faqın DNT-nin replikativ forması da ikiqat zəncirlidir. Bundan əlavə, tamamilə gözlənilmədən bəzi virusların RNT-nin ikiqat zəncirli ola biləcəyi ortaya çıxdı. RNT-nin bu yeni tipli makromolekulyar təşkili 1962-ci ildə P.Qomatos, İ.Tamm və digər tədqiqatçılar tərəfindən bəzi heyvan viruslarında və bitkilərin yara şiş virusunda aşkar edilmişdir. Bu yaxınlarda V. İ. Aqol və A. A. Boqdanov (1970) xətti RNT molekullarından əlavə qapalı və ya siklik molekulların da olduğunu müəyyən etdilər. Onlar tərəfindən, xüsusən də ensefalomyelokardit virusunda siklik ikiqat zəncirli RNT aşkar edilmişdir. H.Devo, L.Tinoko, T.İ.Tixonenko, E.İ.Budovski və başqalarının (1960 - 1974) əsərləri sayəsində bakteriofaqlarda genetik materialın təşkilinin (qablaşdırılmasının) əsas xüsusiyyətləri məlum olmuşdur.
1950-ci illərin sonlarında amerikalı alim P.Doti müəyyən etdi ki, qızdırılan zaman DNT-nin denaturasiyası baş verir, baza cütləri arasında hidrogen bağlarının qopması və tamamlayıcı zəncirlərin divergensiyası ilə müşayiət olunur. Bu proses "spiral-spiral" faza keçidi xarakteri daşıyır və kristalların əriməsinə bənzəyir. Buna görə də, Doty DNT DNT əriməsinin istilik denaturasiyası prosesini adlandırdı. Yavaş soyuduqdan sonra molekulların renaturasiyası baş verir, yəni tamamlayıcı yarımların yenidən birləşməsi.
1960-cı ildə renaturasiya prinsipi müxtəlif mikroorqanizmlərin DNT-sinin “hibridləşmə” dərəcəsini təyin etmək üçün J. Marmur və K. Şildkraut tərəfindən istifadə edilmişdir. Sonradan E. Bolton və B. Makkarti bu texnikanı təkmilləşdirərək DNT-aqar sütunları adlanan metodu təklif etdilər. Bu üsul müxtəlif DNT-lərin nukleotid ardıcıllığının homologiya dərəcəsinin öyrənilməsində və müxtəlif orqanizmlərin genetik əlaqəsinin aydınlaşdırılmasında əvəzsiz olduğunu sübut etdi. C. Mandel və A. Hershey * (1960) tərəfindən metilləşdirilmiş albumin üzərində təsvir edilən xromatoqrafiya ilə birlikdə açıq Doty DNT denaturasiyası və sıxlıq qradiyentində sentrifuqalama (metod 1957-ci ildə M. Meselson, F. Stahl və D. Vinoqrad) ayrı-ayrı tamamlayıcı DNT zəncirlərinin ayrılması, təcrid edilməsi və təhlili üçün geniş istifadə olunur Məsələn, V. Şibalski (ABŞ) lambda faqının DNT-sini ayırmaq üçün bu üsullardan istifadə edərək, 1967-1969-cu illərdə göstərmişdir ki, hər iki faq zəncirinin genetik cəhətdən aktivdir. , və bu hesab edildiyi kimi bir deyil (S. Spigelman, 1961). Qeyd etmək lazımdır ki, lambda faqının hər iki DNT zəncirinin genetik əhəmiyyəti haqqında fikir ilk dəfə SSRİ-də S.E.Bresler (1961) tərəfindən ifadə edilmişdir.
* (A.Herşi M.Delbrük və S.Luriya ilə birlikdə bakteriya və virusların genetikası ilə bağlı işlərinə görə 1969-cu ildə Nobel mükafatına layiq görülmüşlər.)
DNT nukleotid ardıcıllığının təyini genomun təşkili və funksional fəaliyyətini başa düşmək üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir. Dünyanın bir çox laboratoriyalarında belə təyinetmə üsullarının axtarışı aparılır. ABŞ-da M. Beer və onun həmkarları 1950-ci illərin sonlarından elektron mikroskopiyadan istifadə edərək DNT ardıcıllığını qurmağa çalışsalar da, hələlik heç bir uğur əldə edə bilməyiblər. 50-ci illərin əvvəllərində Sinsheimer, Chargaff və digər tədqiqatçıların DNT-nin fermentativ deqradasiyasına dair ilk işlərindən məlum oldu ki, DNT molekulunda müxtəlif nukleotidlər xaotik olmasa da, qeyri-bərabər paylanır. İngilis kimyaçısı K. Bartonun (1961) fikrincə, pirimidinlər (onların 70%-dən çoxu) əsasən müvafiq bloklar şəklində cəmləşmişdir. A. L. Mazin və B. F. Vanyushin (1968 - 1969) müxtəlif DNT-lərin pirimidinlərin müxtəlif dərəcədə birləşməsinə malik olduğunu və heyvan orqanizmlərinin DNT-sində aşağıdan yuxarıya keçidlə nəzərəçarpacaq dərəcədə artdığını müəyyən etdilər. Beləliklə, orqanizmlərin təkamülü onların genomlarının strukturunda əks olunur. Məhz buna görə də təkamül prosesini bütövlükdə başa düşmək üçün nuklein turşularının quruluşunun müqayisəli tədqiqi xüsusi əhəmiyyət kəsb edir. Bioloji əhəmiyyətli polimerlərin və ilk növbədə DNT-nin strukturunun təhlili filogenetikanın və taksonomiyanın bir çox xüsusi məsələlərinin həlli üçün son dərəcə vacibdir.
Maraqlıdır ki, mollyuskaların hemoglobinlərini tədqiq edən, molekulyar biologiyanın ideyalarını düz 100 il əvvəl qabaqlayan ingilis fizioloqu E.Lankester yazırdı: Əgər biz orqanizmlərin molekulyar təşkili və fəaliyyətindəki fərqləri aydın şəkildə müəyyən edə bilsək, biz müxtəlif orqanizmlərin mənşəyini və təkamülünü morfoloji müşahidələr əsasında daha yaxşı başa düşə bilərdi "*. Sistematika üçün biokimyəvi tədqiqatların əhəmiyyətini V.L.
* (E. R. 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.)
** (V. L. Komarov. Seçilmiş əsərlər, cild 1. M.-L., SSRİ Elmlər Akademiyasının nəşriyyatı, 1945, s.331.)
A. V. Blagoveshchensky və S. L. İvanov 1920-ci illərdə ölkəmizdə onların biokimyəvi tərkibinin müqayisəli təhlili əsasında orqanizmlərin təkamülü və sistematikasının bəzi suallarını aydınlaşdırmaq üçün ilk addımları atdılar (bax. Fəsil 2). Zülalların və nuklein turşularının strukturunun müqayisəli təhlili indi taksonomistlər üçün getdikcə daha çox nəzərə çarpan yardıma çevrilir (bax. Fəsil 21). Molekulyar biologiyanın bu üsulu təkcə ayrı-ayrı növlərin sistemdəki mövqeyini aydınlaşdırmağa deyil, həm də bizi orqanizmlərin təsnifatının prinsiplərinə təzə nəzər salmağa və bəzən bütövlükdə bütün sistemi yenidən nəzərdən keçirməyə imkan verir. məsələn, mikroorqanizmlərin taksonomiyası ilə baş verdi. Şübhəsiz ki, gələcəkdə genom strukturunun təhlili orqanizmlərin kimyosistematikasında mərkəzi yer tutacaqdır.
DNT replikasiyası və transkripsiyası mexanizmlərinin deşifrə edilməsi molekulyar biologiyanın inkişafı üçün böyük əhəmiyyət kəsb edirdi (bax. Fəsil 24).
Zülalların biosintezi probleminin həllində mühüm dəyişiklik nuklein turşularının öyrənilməsində irəliləyişlərlə bağlıdır. 1941-ci ildə T.Kasperson (İsveç) və 1942-ci ildə J.Brachet (Belçika) aktiv zülal sintezi olan toxumalarda artan miqdarda RNT ehtiva etdiyinə diqqət çəkdilər. Onlar ribonuklein turşularının zülal sintezində mühüm rol oynadığı qənaətinə gəliblər. 1953-cü ildə E.Geyl və D.Foks RNT-nin zülal biosintezində birbaşa iştirakına dair bilavasitə sübut əldə etmişlər: onların məlumatlarına görə, ribonukleaza bakteriya hüceyrə lizatlarına amin turşularının daxil edilməsini əhəmiyyətli dərəcədə sıxışdırıb. Oxşar məlumatlar V. Alfrey, M. Delhi və A. Mirsky (1953) qaraciyər homogenates əldə edilmişdir. Sonralar E.Geyl zülal sintezində RNT-nin aparıcı rolu haqqında söylədiyi düzgün fikri rədd edərək, səhv olaraq hüceyrəsiz sistemdə zülal sintezinin aktivləşməsinin təbiəti məlum olmayan hansısa başqa maddənin təsiri altında baş verdiyinə inanırdı. 1954-cü ildə P. Zamechnik, D. Littlefield, RB Khesin-Lurie və başqaları amin turşularının ən aktiv daxil edilməsinin subcellular hissəciklərin RNT ilə zəngin fraksiyalarında - mikrosomlarda baş verdiyini təsbit etdilər. P. Zamechnik və E. Keller (1953 - 1954) ATP regenerasiyası şəraitində amin turşularının birləşməsinin supernatant fraksiyasının iştirakı ilə nəzərəçarpacaq dərəcədə artırıldığını müəyyən etdi. P. Sikewitz (1952) və M. Hoagland (1956) mikrosomlara amin turşularının daxil edilməsinin kəskin stimullaşdırılmasından məsul olan supernatant mayedən bir protein fraksiyasını (pH 5 fraksiyasını) təcrid etdilər. Zülallarla yanaşı, supernatantda indi nəqliyyat RNTləri (tRNAs) adlanan aşağı molekulyar ağırlıqlı RNT-lərin xüsusi sinfi tapıldı. 1958-ci ildə Hoqland və Zameçnik, həmçinin P. Berq, R. Svit və F. Allen və bir çox başqa tədqiqatçılar aşkar etdilər ki, hər bir amin turşusunun aktivləşməsi üçün onun özünəməxsus fermenti, ATP və xüsusi tRNT lazımdır. Aydın oldu ki, tRNT-lər yalnız adapter funksiyasını yerinə yetirir, yəni nuklein turşusu matrisində (mRNT) müvafiq amin turşusunun əmələ gələn zülal molekulunda yerini tapan uyğunlaşmalar. Bu tədqiqatlar F. Krikin (1957) adapter fərziyyəsini tam təsdiqlədi, bu fərziyyə hüceyrədə sintez olunan zülalın amin turşusu qalıqlarının nuklein matrisdə düzgün yerləşməsi üçün zəruri olan polinükleotid adapterlərinin mövcudluğunu təmin etdi. Çox sonralar fransız alimi F.Çapvil (1962) ABŞ-da F.Lipmanın (Nobel mükafatı, 1953) laboratoriyasında çox hazırcavab və birmənalı şəkildə göstərdi ki, sintez edilmiş zülal molekulunda amin turşusunun yeri tamamilə müəyyən edilir. bağlı olduğu xüsusi tRNT. Crick adapter hipotezi Hoagland və Zamechnik tərəfindən hazırlanmışdır.
1958-ci ilə qədər zülal sintezinin aşağıdakı əsas mərhələləri məlum oldu: 1) amin turşusunun aminoasiladenilat əmələ gəlməsi ilə ATP iştirakı ilə "pH 5 fraksiyasından" olan xüsusi ferment tərəfindən aktivləşdirilməsi; 2) adenozin monofosfatın (AMP) buraxılması ilə aktivləşdirilmiş amin turşusunun xüsusi tRNT-yə bağlanması; 3) aminoasil-tRNT-nin (amin turşusu ilə yüklənmiş tRNT) mikrosomlarla bağlanması və tRNT-nin ayrılması ilə amin turşularının proteinə daxil edilməsi. Hoagland (1958) zülal sintezinin son mərhələsində guanozin trifosfatın (GTP) tələb olunduğunu qeyd etdi.
tRNT-nin kəşfindən sonra onların fraksiyalaşdırılması və nukleotid ardıcıllığının təyini üçün aktiv axtarış başladı. Ən böyük uğuru amerikalı biokimyaçı R. Holly əldə etmişdir. 1965-ci ildə mayadan alanin tRNT strukturunu qurdu. Holli ribonukleazlardan (guanil RNTaz və pankreas RNTaz) istifadə edərək nuklein turşusu molekulunu bir neçə fraqmentə ayırdı, onların hər birində ayrıca nukleotid ardıcıllığını təyin etdi və sonra bütün alanin tRNT molekulunun ardıcıllığını yenidən qurdu. Nukleotidlərin ardıcıllığını təhlil etməyin bu üsulu blok metodu adlanır. Hollinin məziyyəti əsasən ondan ibarət idi ki, o, RNT molekulunu özündən əvvəl çoxlarının etdiyi kimi təkcə kiçik parçalara deyil, həm də böyük fraqmentlərə (dörddəbir və yarıya) bölməyi öyrəndi. Bu, ona fərdi kiçik parçaları düzgün şəkildə bir araya toplamaq və bununla da bütün tRNT molekulunun tam nukleotid ardıcıllığını yenidən yaratmaq imkanı verdi (Nobel Mükafatı, 1968).
Bu texnika dərhal dünyanın bir çox laboratoriyaları tərəfindən mənimsənildi. Sonrakı iki il ərzində SSRİ-də və xaricdə bir neçə tRNA-nın ilkin strukturu deşifrə edildi. A. A. Baev (1967) və həmkarları ilk dəfə maya valin tRNT-də nukleotidlərin ardıcıllığını qurmuşlar. Bu günə qədər ondan çox müxtəlif fərdi tRNT tədqiq edilmişdir. Nukleotidlərin ardıcıllığının müəyyən edilməsində bir növ rekord Kembricdə F.Senger və G.Braunli tərəfindən qoyulmuşdur. Bu tədqiqatçılar oliqonukleotidləri ayırmaq üçün təəccüblü dərəcədə zərif bir üsul inkişaf etdirdilər və E. coli hüceyrələrindən 5S (ribosomal) RNT adlanan ardıcıllığı təyin etdilər (1968). Bu RNT 120 nukleotid qalığından ibarətdir və tRNT-dən fərqli olaraq, molekulun ayrı-ayrı fraqmentləri üçün unikal işarələr kimi xidmət edən nukleotid ardıcıllığının təhlilini əhəmiyyətli dərəcədə asanlaşdıran əlavə kiçik əsasları ehtiva etmir. Hazırda Sanger və Braunli metodunun tətbiqi sayəsində J.Ebelin (Fransa) və digər tədqiqatçıların laboratoriyasında uzun ribosomal RNT-lərin və bəzi virus RNT-lərinin ardıcıllığının öyrənilməsi üzrə işlər uğurla davam etdirilir.
AA Baev və digərləri (1967) müəyyən etdilər ki, yarıya bölünmüş valin tRNT məhlulda öz makromolekulyar strukturunu bərpa edir və ilkin strukturda qüsur olmasına baxmayaraq, orijinal (doğma) molekulun funksional aktivliyinə malikdir. Bu yanaşma - müəyyən fraqmentlər çıxarıldıqdan sonra kəsilmiş makromolekulun yenidən qurulması çox perspektivli oldu. İndi müəyyən tRNA-ların ayrı-ayrı bölgələrinin funksional rolunu aydınlaşdırmaq üçün geniş istifadə olunur.
Son illərdə ayrı-ayrı tRNT-lərin kristal preparatlarının hazırlanmasında böyük uğurlar əldə edilmişdir. İndi ABŞ və İngiltərədəki bir neçə laboratoriyada bir çox tRNT artıq kristallaşdırılıb. Bu, rentgen struktur analizindən istifadə edərək tRNT-nin strukturunu öyrənməyə imkan verdi. 1970-ci ildə R.Bok Viskonsin Universitetində onun yaratdığı ilk rentgen şüalarının difraksiya nümunələrini və bir neçə tRNT-nin üçölçülü modellərini təqdim etdi. Bu modellər tRNT-də fərdi funksional aktiv sahələrin lokalizasiyasını müəyyən etməyə və bu molekulların fəaliyyətinin əsas prinsiplərini başa düşməyə kömək edir.
Mübaliğəsiz olaraq 20-ci əsrdə təbiət elminin aparıcı fəthi sayıla bilən genetik kodun təbiətinin deşifrə edilməsi (bax. Fəsil 24) zülal sintezi mexanizmini açmaq və zülalların sintezi problemini həll etmək üçün böyük əhəmiyyət kəsb edirdi. bu prosesin spesifikliyi.
R.Hollinin tRNT-nin ilkin strukturunu açıqlaması Q.Korananın * (ABŞ) oliqonukleotidlərin sintezi üzrə işlərinə təkan verdi və onları spesifik bioloji strukturun - alanin tRNT-ni kodlayan DNT molekulunun sintezinə yönəltdi. Təxminən 15 il əvvəl Quran tərəfindən edilən qısa oliqonukleotidlərin kimyəvi sintezində ilk addımlar 1970-ci ildə bir genin ilk sintezi ilə tamamlandı. Korana və onun əməkdaşları əvvəlcə kimyəvi vasitələrlə ayrı-ayrı nukleotidlərdən 8-12 nukleotid qalıqlarının qısa fraqmentlərini sintez etdilər. Verilmiş nukleotid ardıcıllığına malik bu fraqmentlər 4-5 nukleotidin üst-üstə düşməsi ilə kortəbii olaraq ikiqatlı tamamlayıcı parçalar əmələ gətirirdi. Sonra istənilən ardıcıllıqla bu bitmiş parçalar növbə ilə DNT liqaz fermentindən istifadə edərək uç-uca birləşdirildi. Beləliklə, DNT molekullarının replikasiyasından fərqli olaraq, A. Kornberqin fikrincə (bax: 24-cü fəsil) Quran, əvvəlcədən planlaşdırılmış proqrama uyğun olaraq təbii ikizəncirli DNT molekulunu yenidən yarada bilmişdir. tRNA ardıcıllığı Holly tərəfindən təsvir edilmişdir. Eynilə, hazırda digər genlərin sintezi üzərində iş aparılır (MN Kolosov, Z. A. Shabarova, DG Knorre, 1970 - 1975).
* (Genetik kodun öyrənilməsinə görə Q. Korana və M. Nirenberq 1968-ci ildə Nobel mükafatına layiq görülüblər.)
** (Polimerazanın və DNT sintezinin kəşfinə görə A. Kornberq, RNT sintezinə görə S. Oçoa 1959-cu ildə Nobel mükafatına layiq görülüb.)
1950-ci illərin ortalarında mikrosomların hüceyrədə zülal sintezinin mərkəzi olduğuna inanılırdı. Mikrosomlar termini ilk dəfə 1949-cu ildə A.Klod tərəfindən kiçik qranulların fraksiyasını təyin etmək üçün təqdim edilmişdir. Daha sonra məlum oldu ki, zülal sintezi üçün membran və qranullardan ibarət mikrosomların bütün hissəsi deyil, yalnız kiçik ribonukleoprotein hissəcikləri cavabdehdir. 1958-ci ildə bu hissəciklər R. Roberts ribosomları tərəfindən adlandırıldı.
Bakterial ribosomların klassik tədqiqatları 1958 - 1959-cu illərdə A. Tissier və J. Watson tərəfindən aparılmışdır. Bakterial ribosomların bitki və heyvanlardan bir qədər kiçik olduğu aşkar edilmişdir. C.Littleton (1960), M.Klark (1964) və E.N.Svetailo (1966) ali bitkilərin və mitoxondrilərin xloroplastlarının ribosomlarının bakterial tipə aid olduğunu göstərmişlər. A. Tissier və başqaları (1958) ribosomların bir RNT molekulunu ehtiva edən iki qeyri-bərabər alt vahidə ayrıldığını aşkar etdilər. 1950-ci illərin sonlarında ribosomal RNT-nin hər bir molekulunun bir neçə qısa fraqmentdən ibarət olduğuna inanılırdı. Lakin 1960-cı ildə A.S.Spirin ilk dəfə subhissəciklərdəki RNT-nin davamlı molekulla təmsil olunduğunu göstərdi. D. Waller (1960), nişasta gel elektroforezi istifadə edərək, ribosomal zülalları ayıraraq, onların çox heterojen olduğunu aşkar etdi. Əvvəlcə çoxları Wallerin məlumatlarına şübhə ilə yanaşırdılar, çünki ribosom zülalının TMV zülalı kimi ciddi şəkildə homojen olması lazım olduğu görünürdü. Hal-hazırda D.Voller, R.Traut, P.Traub və digər biokimyaçıların araşdırmaları nəticəsində məlum olmuşdur ki, ribosom hissəciklərinin düzgün tərkibinə quruluşca tamamilə fərqli olan 50-dən çox zülal daxildir. 1963-cü ildə A.S.Spirin ilk dəfə ribosomal alt bölmələri açdı və ribosomların müəyyən şəraitdə açıla bilən kompakt şəkildə bükülmüş ribonukleoprotein zəncirləri olduğunu göstərdi. 1967-1968 M. Nomura ribosomal RNT və zülaldan bioloji aktiv alt bölməni tamamilə yenidən qurmuş və hətta zülal və RNT-nin müxtəlif mikroorqanizmlərə aid olduğu ribosomlar əldə etmişdir.
İndiyə qədər ribosomal RNT-nin rolu aydın deyil. Güman edilir ki, bu, ribosom hissəciklərinin əmələ gəlməsi zamanı çoxsaylı ribosom zülallarının hər birinin ciddi şəkildə müəyyən edilmiş yer tapdığı unikal xüsusi matrisdir (A.S. Spirin, 1968).
A. Rich (1962) bir mRNT zəncirinin köməyi ilə bir-birinə bağlanmış bir neçə ribosomun aqreqatlarını kəşf etdi. Bu komplekslərə polisomlar deyilirdi. Polisomların kəşfi Rich və Watson-a (1963) imkan verdi ki, polipeptid zəncirinin sintezi mRNT zənciri boyunca hərəkət edən ribosomda baş verir. Ribosom mRNT zənciri boyunca hərəkət etdikcə, hissəcikdə məlumat oxunur və zülalın polipeptid zənciri əmələ gəlir və yeni ribosomlar növbə ilə mRNT-nin azad oxunan ucuna yapışır. Rich və Watson-un məlumatlarından belə nəticə çıxdı ki, hüceyrədəki polisomun əhəmiyyəti matrisin bir neçə ribosom tərəfindən ardıcıl oxunması ilə zülalın kütləvi istehsalından ibarətdir.
1963 - 1970-ci illərdə M. Nirenberq, S. Oçoa, F. Lipman, Q. Korana və başqalarının tədqiqatları nəticəsində. Məlum oldu ki, mRNT, ribosomlar, ATP və aminoasil-tRNA ilə yanaşı, çoxlu sayda müxtəlif amillər tərcümə prosesində iştirak edir və tərcümə prosesinin özünü şərti olaraq üç mərhələyə bölmək olar - başlanğıc, tərcümənin özü və sonlanma.
Tərcümə başlanğıcı ribosomda ilk peptid bağının - şablon polinukleotid - aminoasil-tRNT kompleksinin sintezi deməkdir. Bu təşəbbüskar aktivliyə heç bir aminoasil-tRNT deyil, formilmetionil-tRNT malikdir. Bu maddə ilk dəfə 1964-cü ildə F.Senger və K.Marker tərəfindən təcrid edilmişdir. S.Bretçer və K.Marker (1966) göstərdilər ki, formilmetionil-tRNT-nin təşəbbüskar funksiyası onun ribosomun peptidil mərkəzinə artan yaxınlığı ilə bağlıdır. Tərcümənin başlanğıcı üçün S. Ochoa, F. Gro və digər tədqiqat mərkəzlərinin laboratoriyalarında təcrid olunmuş bəzi zülal başlatma faktorları da son dərəcə vacibdir. Ribosomda ilk peptid bağının əmələ gəlməsindən sonra faktiki tərcümə başlayır, yəni aminoasil qalığının polipeptidin C-terminusuna ardıcıl bağlanması. Yayım prosesinin bir çox detalları K.Monro və C.Bişop (İngiltərə), İ.Rıxlik və F.Şorm (Çexoslovakiya), F.Lipman, M.Bretçer, U.Qilbert (ABŞ) və başqa tədqiqatçılar tərəfindən öyrənilmişdir. 1968-ci ildə A.S.Spirin ribosomun mexanizmini izah etmək üçün orijinal fərziyyə irəli sürdü. Tərcümə zamanı tRNT və mRNT-nin bütün məkan hərəkətlərini təmin edən hərəkət mexanizmi ribosom alt bölmələrinin dövri olaraq açılması və bağlanmasıdır. Tərcümənin sonu bitirmə kodonlarını ehtiva edən oxuna bilən matrisin özündə kodlanır. S. Brenner (1965 - 1967) tərəfindən göstərildiyi kimi, belə kodonlar UAA, UAG və UGA üçlüləridir. M. Capecchi (1967) də xüsusi zülal sonlandırma faktorlarını müəyyən etmişdir. AS Spirin və LP Gavrilova protein amillərinin iştirakı olmadan ribosomlarda (1972 - 1975) qondarma "qeyri-fermentativ" protein sintezini təsvir etdilər. Bu kəşf zülal biosintezinin mənşəyi və təkamülünü anlamaq üçün vacibdir.
Zülal sintezinin spesifikliyi problemindən sonra molekulyar biologiyada zülal sintezinin tənzimlənməsi və ya eyni şey olan gen aktivliyinin tənzimlənməsi problemi birinci yerdə dayandı.
Hüceyrələrin funksional bərabərsizliyi və bununla əlaqədar olaraq genlərin repressiyası və aktivləşməsi uzun müddətdir ki, genetiklərin diqqətini cəlb edir, lakin son vaxtlara qədər gen aktivliyinə nəzarətin real mexanizmi naməlum olaraq qalır.
Genlərin tənzimləyici fəaliyyətini izah etmək üçün ilk cəhdlər histon zülallarının öyrənilməsi ilə bağlı idi. Hətta Steadman həyat yoldaşları * XX əsrin 40-cı illərinin əvvəllərində. Bu fenomendə əsas rolu histonların oynaya biləcəyi fikrini ifadə etdi. Sonradan histon zülallarının kimyəvi təbiətindəki fərqlər haqqında ilk aydın məlumatları aldılar. Hazırda bu fərziyyəni təsdiq edən faktların sayı ildən-ilə artır.
* (E. Stedman, E. Stedman. Hüceyrə nüvələrinin əsas zülalları - Phylosoph. Trans. Roy. Soc. London, 1951, v. 235, 565 - 595.)
Eyni zamanda, gen aktivliyinin tənzimlənməsinin gen bölgələrinin histon zülallarının molekulları ilə sadə qarşılıqlı əlaqəsindən daha mürəkkəb bir proses olduğunu göstərən getdikcə daha çox məlumat toplanır. 1960-1962 RB Khesin-Lurie laboratoriyasında müəyyən edilmişdir ki, faj genləri eyni vaxtda oxunmağa başlayır: T2 faj genləri erkən genlərə bölünə bilər, onların fəaliyyəti bakteriya hüceyrəsinin infeksiyasının ilk dəqiqələrində baş verir. , və erkən genlərin tamamlanmasından sonra mRNT-ni sintez etməyə başlayan gec genlər.
1961-ci ildə fransız biokimyaçıları F.Jacob və J.Monod gen aktivliyinin tənzimlənməsi sxemini təklif etdilər ki, bu sxem ümumilikdə hüceyrənin tənzimləmə mexanizmlərinin başa düşülməsində müstəsna rol oynadı. Yakob və Monod sxeminə görə, DNT struktur (informasiya) genlərlə yanaşı, tənzimləyici genlər və operator genləri də ehtiva edir. Gen tənzimləyicisi həm induksiyaya, həm də operator geninə qoşula bilən xüsusi maddənin - repressorun sintezini kodlayır. Operator geni struktur genlərlə bağlıdır və tənzimləyici gen onlardan müəyyən məsafədə yerləşir. Əgər mühitdə induktor, məsələn, laktoza yoxdursa, onda tənzimləyici genin sintez etdiyi repressor operator geninə bağlanır və onu bloklayaraq bütün operonun (operatorla birlikdə struktur genlər bloku) işini söndürür. onlara nəzarət edən). Bu şərtlərdə ferment əmələ gəlmir. Əgər mühitdə bir induktor (laktoza) görünürsə, onda tənzimləyici genin məhsulu - repressor - laktoza ilə bağlanır və bloku operator genindən çıxarır. Bu zaman fermentin sintezini kodlayan struktur genin işi mümkün olur və mühitdə ferment (laktoza) peyda olur.
Yakob və Monodun fikrincə, bu tənzimləmə sxemi bütün adaptiv fermentlərə şamil edilir və həm repressiya zamanı, həm ferment əmələ gəlməsi reaksiya məhsulunun artıqlığı ilə sıxışdırıldığında, həm də induksiya zamanı, substratın əlavə edilməsi ferment sintezinə səbəb olduqda baş verə bilər. Yakob və Monod 1965-ci ildə gen fəaliyyətinin tənzimlənməsi üzrə tədqiqatlarına görə Nobel mükafatına layiq görülüblər.
Əvvəlcə bu sxem çox uzaq göründü. Lakin sonradan məlum oldu ki, bu prinsip üzrə gen tənzimlənməsi təkcə bakteriyalarda deyil, digər orqanizmlərdə də baş verir.
1960-cı ildən molekulyar biologiyada görkəmli yeri eukaryotik orqanizmlərdə genom təşkili və xromatin quruluşunun tədqiqi (C.Bonner, R.Britten, U.Alfrey, P.Uolker, Yu.S.Çentsov, İ.B.Zbarski və s.) tutur. . .) və transkripsiyanın tənzimlənməsi (A. Mirski, Q. P. Georgiev, M. Bernstil, D. Qoll, R. Tsanev, R. İ. Salqanik). Repressorun təbiəti uzun müddət naməlum və mübahisəli olaraq qaldı. 1968-ci ildə M. Ptashne (ABŞ) zülalın repressor olduğunu göstərdi. O, onu J.Watson laboratoriyasında təcrid etdi və aşkar etdi ki, repressor, həqiqətən, induksiyaya (laktoza) yaxınlığa malikdir və eyni zamanda, lak operonun gen operatorunu "tanır" və xüsusi olaraq ona bağlanır.
Son 5 - 7 ildə gen aktivliyinin başqa bir nəzarət hüceyrəsinin - promotorun olması ilə bağlı məlumatlar əldə edilmişdir. Məlum oldu ki, repressorun zülal maddəsi olan gen tənzimləyicisi üzərində sintez olunan məhsulun bağlandığı operator sahəsinin yaxınlığında başqa bir sahə var ki, onu da tənzimləyici sistem üzvlərinə aid etmək lazımdır. gen fəaliyyəti. RNT polimeraza fermentinin zülal molekulu bu yerə bağlıdır. Promotor bölgəsində DNT-də unikal nukleotid ardıcıllığının və RNT polimeraza zülalının spesifik konfiqurasiyasının qarşılıqlı tanınması baş verməlidir. Promotora bitişik operonun verilmiş gen ardıcıllığı ilə genetik məlumatın oxunması prosesinin həyata keçirilməsi tanınma səmərəliliyindən asılı olacaqdır.
Yakob və Monodun təsvir etdiyi sxemə əlavə olaraq hüceyrədə genlərin tənzimlənməsinin başqa mexanizmləri də mövcuddur. F. Jacob və S. Brenner (1963) müəyyən etdilər ki, bakteriya DNT replikasiyasının tənzimlənməsi hüceyrə membranı tərəfindən müəyyən şəkildə idarə olunur. Yakobun (1954) müxtəlif profaqların induksiyası üzrə apardığı təcrübələr inandırıcı şəkildə göstərdi ki, müxtəlif mutagen amillərin təsiri altında lizogen bakteriyaların hüceyrəsində profaq geninin selektiv replikasiyası başlayır və ev sahibi genomunun replikasiyası bloklanır. 1970-ci ildə F. Bell bildirdi ki, kiçik DNT molekulları nüvədən sitoplazmaya keçə və orada transkripsiya oluna bilər.
Beləliklə, gen fəaliyyətinin tənzimlənməsi replikasiya, transkripsiya və tərcümə səviyyəsində həyata keçirilə bilər.
Təkcə fermentlərin sintezinin deyil, həm də onların fəaliyyətinin tənzimlənməsinin öyrənilməsində mühüm irəliləyişlər əldə edilmişdir. Hüceyrədə ferment aktivliyinin tənzimlənməsi hadisələri hələ 50-ci illərdə A. Novik və L. Szilard tərəfindən qeyd edilmişdir. G. Umbarger (1956) hüceyrədə əks əlaqə zəncirinin son məhsulu ilə fermentin fəaliyyətini boğmağın çox rasional bir yolu olduğunu müəyyən etdi. J. Monod, J. Changer, F. Jacob, A. Purdy və başqa tədqiqatçılar (1956 - 1960) tərəfindən müəyyən edildiyi kimi, fermentlərin fəaliyyətinin tənzimlənməsi allosterik prinsipə uyğun olaraq həyata keçirilə bilər. Bir ferment və ya onun alt bölmələrindən biri, substrata yaxınlıqdan əlavə, reaksiyalar zəncirinin məhsullarından birinə yaxınlığa malikdir. Belə bir siqnal məhsulunun təsiri altında ferment öz konformasiyasını dəyişir ki, aktivliyini itirir. Nəticədə, bütün fermentativ reaksiyalar zənciri ən başlanğıcda söndürülür. D. Veyman və R. Vudvord (1952; Nobel mükafatı laureatı, 1965) fermentativ reaksiyalarda zülal konformasiya dəyişikliklərinin mühüm rolunu və müəyyən mənada allosterik effektin mövcudluğunu qeyd etdilər.
XIX əsrin sonunda T.Osborne, G. Hofmeister, A. Gürber, F. Schulz və bir çox başqalarının əsərlərinin nəticəsidir. kristal şəklində çoxlu heyvan və bitki zülalları alınmışdır. Təxminən eyni zamanda bəzi zülalların molekulyar çəkilərini təyin etmək üçün müxtəlif fiziki üsullardan istifadə edilmişdir. Beləliklə, 1891-ci ildə A. Sabaneev və N. Aleksandrov ovalbüminin molekulyar çəkisinin 14000 olduğunu bildirdilər; 1905-ci ildə E.Rid hemoglobinin molekulyar çəkisinin 48000 olduğunu müəyyən etmişdir.Zülalların polimer quruluşunu 1871-ci ildə Q.Qlazivets və D.Haberman kəşf etmişdir. Zülallarda fərdi amin turşusu qalıqlarının peptid bağı ideyası T. Kurtius (1883) tərəfindən irəli sürülmüşdür. Amin turşularının kimyəvi kondensasiyası (E. Schaal, 1871; G. Schiff, 1897; L. Balbiano və D. Truschiatti, 1900) və heteropolipeptidlərin sintezi (E. Fişer, 1902 - 1907, Nobel mükafatı 1902) üzərində iş. zülalların kimyəvi quruluşunun əsas prinsiplərinin inkişafına səbəb oldu.
İlk kristal fermenti (ureaza) 1926-cı ildə J. Sumner (Nobel Mükafatı, 1946), 1930-cu ildə isə J. Northrop (Nobel Mükafatı, 1946) kristal pepsin aldı. Bu işlərdən sonra fermentlərin zülal xarakterli olduğu aydın oldu. 1940-cı ildə M. Kunits kristal RNTazanı təcrid etdi. 1958-ci ilə qədər 100-dən çox kristal ferment artıq məlum idi və 500-dən çox ferment kristal olmayan formada təcrid olundu. Ayrı-ayrı zülalların yüksək dərəcədə təmizlənmiş preparatlarının hazırlanması onların ilkin quruluşunun və makromolekulyar quruluşunun deşifr edilməsinə kömək etdi.
Ümumilikdə molekulyar biologiyanın və xüsusilə insan genetikasının inkişafı üçün böyük əhəmiyyət kəsb edən L.Paulinq (1940) tərəfindən ağır irsi xəstəliyi - oraqvari hüceyrə anemiyası olan insanların eritrositlərindən təcrid olunmuş anormal hemoglobin S-nin kəşfi olmuşdur. 1955-1957-ci illərdə V.İnqram hemoglobinin S-nin qələvi və tripsinlə hidrolizi məhsullarını təhlil etmək üçün F.Senger tərəfindən hazırlanmış "barmaq izləri" (kağız üzərində xromatoqrafiya zamanı ayrı-ayrı peptidlərin əmələ gətirdiyi ləkələr) metodundan istifadə etmişdir. 1961-ci ildə İnqram, hemoglobin S-nin normal hemoglobindən yalnız bir amin turşusu qalığının təbiətinə görə fərqləndiyini bildirdi: zəncirin yeddinci mövqeyində normal hemoglobində qlutamik turşu qalığı, hemoglobində isə valin qalığı var. Bu (1949) Paulinqin oraqvari hüceyrəli anemiyanın molekulyar təbiətli bir xəstəlik olduğuna dair fərziyyəsini tam təsdiqlədi. Hemoqlobin makromolekulunun hər yarısında yalnız bir amin turşusu qalığının irsi dəyişməsi, hemoglobinin aşağı oksigen konsentrasiyalarında asanlıqla həll olma qabiliyyətini itirməsinə və kristallaşmağa başlamasına gətirib çıxarır ki, bu da hüceyrə quruluşunun pozulmasına səbəb olur. Bu tədqiqatlar aydın şəkildə göstərdi ki, zülalın strukturu genomda kodlanmış ciddi şəkildə müəyyən edilmiş amin turşusu ardıcıllığıdır. Makromolekulun unikal bioloji aktiv konformasiyasının formalaşmasında zülalın ilkin strukturunun müstəsna əhəmiyyəti K.Anfinsenin (1951) işləri ilə sübut edilmişdir. Anfinsen, azalma nəticəsində itirilən pankreas ribonukleazının bioloji cəhətdən aktiv makrostrukturunun amin turşusu ardıcıllığı ilə əvvəlcədən müəyyən edildiyini və sistein qalıqlarının SH qruplarının oksidləşməsi zamanı ciddi şəkildə müəyyən edilmiş yerlərdə disulfid çarpaz əlaqələrin meydana gəlməsi ilə kortəbii olaraq yenidən görünə biləcəyini göstərdi. fermentin peptid zənciri.
Bu günə qədər çoxlu sayda fermentlərin təsir mexanizmi ətraflı öyrənilmiş və bir çox zülalların quruluşu müəyyən edilmişdir.
1953-cü ildə F. Senger insulinin amin turşusu ardıcıllığını qurdu. : Bu zülal iki disulfid çarpaz əlaqə ilə bağlanmış iki polipeptid zəncirindən ibarətdir. Zəncirlərdən birində cəmi 21 amin turşusu qalığı, digərində isə 30 qalıq var. Sanger bu nisbətən sadə zülalın strukturunu deşifrə etmək üçün təxminən 10 il vaxt sərf edib. 1958-ci ildə bu görkəmli tədqiqatına görə o, Nobel mükafatına layiq görülüb. W.Stein və S.Moore (1957) tərəfindən avtomatik amin turşusu analizatorunun yaradılmasından sonra zülalların qismən hidrolizi məhsullarının identifikasiyası əhəmiyyətli dərəcədə sürətləndirildi. 1960-cı ildə Stein və Moore artıq bu barədə məlumat verdilər. peptid zənciri 124 amin turşusu qalığı ilə təmsil olunan ribonukleazın ardıcıllığını təyin edə bildiklərini. Həmin il Tübingendə (Almaniya) Q.Şrammın laboratoriyasında F.Anderer və başqaları TMV zülalında amin turşusu ardıcıllığını təyin etmişlər. Sonra amin turşusu ardıcıllığı mioqlobində (A.Edmunson) və insan hemoglobinin α- və β-zəncirlərində (Q.Braunitzer, E.Şröder və s.), toyuq yumurtası zülalından lizozimdə (J.Jollet, D.Keyfild) müəyyən edilmişdir. ). 1963-cü ildə F.Şorm və B.Keyl (Çexoslovakiya) kimotripsinogen molekulunda amin turşularının ardıcıllığını təyin etdilər. Həmin ildə tripsinogenin amin turşusu ardıcıllığı müəyyən edilmişdir (F.Şorm, D.Uolş). 1965-ci ildə K. Takahashi ribonukleaz T1-in ilkin strukturunu qurdu. Sonra daha bir neçə zülalda amin turşusu ardıcıllığı təyin olundu.
Bildiyiniz kimi, konkret strukturun tərifinin düzgünlüyünün yekun sübutu onun sintezidir. 1969-cu ildə R. Merifild (ABŞ) ilk dəfə mədəaltı vəzi ribonukleazanı kimyəvi yolla sintez etmişdir. Merifild bərk fazalı bir daşıyıcı üzərində inkişaf etdirdiyi sintez üsulundan istifadə edərək Stein və Moore tərəfindən təsvir edilən ardıcıllığa uyğun olaraq zəncirə bir-birinin ardınca amin turşusu əlavə etdi. Nəticədə, o, keyfiyyətlərinə görə pankreas ribonukleaza A ilə eyni olan zülal əldə etdi. Ribonukleazanın strukturunun açıqlanmasına görə V. Stein, S. Mur və K. Anfinsen 1972-ci ildə Nobel mükafatına layiq görüldülər. Bu təbii zülal sintezi böyük perspektivlər açır və əvvəlcədən planlaşdırılmış ardıcıllığa uyğun olaraq istənilən zülalın yaradılması imkanını göstərir.
W. Astbury-nin (1933) rentgen şüalarının difraksiya tədqiqatlarından belə nəticə çıxdı ki, zülal molekullarının peptid zəncirləri ciddi şəkildə müəyyən edilmiş şəkildə bükülür və ya bükülür. O vaxtdan bəri bir çox müəllif zülal zəncirlərinin qatlanması üsulları haqqında müxtəlif fərziyyələr ifadə etdi, lakin 1951-ci ilə qədər bütün modellər eksperimental məlumatlara uyğun gəlməyən spekulyativ konstruksiyalar olaraq qaldı. 1951-ci ildə L. Pauling və R. Corey zülalların ikincil quruluşu nəzəriyyəsinin - α-sarmal nəzəriyyəsinin - nəhayət formalaşdırıldığı bir sıra parlaq əsərlər nəşr etdi. Bununla yanaşı, o da məlum oldu ki, zülallar da üçüncü dərəcəli quruluşa malikdir: peptid zəncirinin α-sarmalını müəyyən bir şəkildə bükərək kifayət qədər yığcam struktur əmələ gətirmək olar.
1957-ci ildə C.Kendrew və onun əməkdaşları ilk dəfə mioqlobinin strukturunun üçölçülü modelini təklif etdilər. Daha sonra bu model bir neçə il ərzində təkmilləşdirildi, 1961-ci ildə bu zülalın məkan quruluşunun xarakteristikası ilə yekun iş ortaya çıxdı. 1959-cu ildə M. Perutz və həmkarları hemoglobinin üçölçülü strukturunu qurdular. Tədqiqatçılar bu işə 20 ildən çox vaxt sərf etdilər (hemoqlobinin ilk rentgenoqrafiyası 1937-ci ildə Perutz tərəfindən əldə edilmişdir). Hemoqlobin molekulu dörd alt bölmədən ibarət olduğundan, onun təşkilini deşifrə edən Perutz bununla da əvvəlcə zülalın dördüncü quruluşunu təsvir etdi. Kendrew və Perutz 1962-ci ildə zülalların üçölçülü strukturunun təyini ilə bağlı işlərinə görə Nobel mükafatına layiq görülüblər.
Perutz tərəfindən hemoglobin strukturunun məkan modelinin yaradılması ENABLED. Bildiyiniz kimi, heyvan hüceyrələrində oksigenin ötürülməsini həyata keçirən bu zülalın işləmə mexanizmini anlamağa yaxınlaşın. Geri 1937-ci ildə F. Gaurovitz oksigen, hava ilə hemoglobinin qarşılıqlı zülal strukturunda dəyişiklik ilə müşayiət olunmalıdır ki, nəticəyə gəldi. 1960-cı illərdə Perutz və onun əməkdaşları oksidləşmədən sonra oksigenlə birləşmə nəticəsində dəmir atomlarının yerdəyişməsi nəticəsində hemoglobin zəncirlərinin nəzərəçarpacaq yerdəyişməsini aşkar etdilər. Bunun əsasında zülal makromolekullarının “nəfəs alması” haqqında fikirlər formalaşdı.
1960-cı ildə D. Phillips və onun əməkdaşları lizozim molekulunun rentgen struktur tədqiqatlarına başladılar. 1967-ci ilə qədər onlar bu zülalın təşkilinin təfərrüatlarını və onun molekulundakı ayrı-ayrı atomların lokalizasiyasını müəyyən etməyə az-çox müvəffəq oldular. Bundan əlavə, Phillips lizozimin substrata (triasetilqlükozamin) bağlanmasının təbiətini öyrəndi. Bu, bu fermentin işləmə mexanizmini yenidən yaratmağa imkan verdi. Beləliklə, ilkin quruluş və makromolekulyar təşkilat haqqında biliklər təkcə bir çox fermentlərin aktiv mərkəzlərinin təbiətini təyin etməyə deyil, həm də bu makromolekulların fəaliyyət mexanizmini tam şəkildə aşkar etməyə imkan verdi.
Elektron mikroskopiya üsullarından istifadə kollagen, fibrinogen filamentlər, kontraktil əzələ lifləri və s. kimi mürəkkəb zülal birləşmələrinin makromolekulyar təşkili prinsiplərini aşkar etməyə kömək etdi. 50-ci illərin sonlarında əzələ büzülmə aparatının modelləri təklif edildi. V.A.Engel'gardt və M.N.Lyubimova (1939) tərəfindən miozinin ATPase fəaliyyətinin kəşfi əzələlərin daralma mexanizmini başa düşmək üçün müstəsna əhəmiyyət kəsb etdi. Bu o demək idi ki, əzələlərin büzülməsi aktı adenozin trifosfor turşusunun təsiri altında kontraktil zülalın fiziki-kimyəvi xassələrində və makromolekulyar təşkilində dəyişikliyə əsaslanır (həmçinin Fəsil 11-ə baxın).
Viroloji tədqiqatlar bioloji strukturların yığılma prinsiplərini başa düşmək üçün vacib idi (bax. Fəsil 25).
Müasir molekulyar biologiyada əsas nailiyyətlər əsasən nuklein turşularının öyrənilməsi nəticəsində əldə edilmişdir. Buna baxmayaraq, hətta bu sahədə də bütün problemlər öz həllini tapıb. Xüsusilə, genomun bütün nukleotid ardıcıllığının dekodlanması böyük səylər tələb edəcəkdir. Bu problem, öz növbəsində, DNT-nin heterojenliyi problemi ilə ayrılmaz şəkildə bağlıdır və hüceyrənin ümumi genetik materialından ayrı-ayrı molekulların fraksiyalaşdırılması və təcrid edilməsinin yeni qabaqcıl üsullarının işlənib hazırlanmasını tələb edir.
İndiyə qədər səylər əsasən zülalların və nuklein turşularının ayrıca tədqiqinə yönəlmişdir. Hüceyrədə bu biopolimerlər bir-biri ilə ayrılmaz şəkildə bağlıdır və əsasən nukleoproteinlər şəklində fəaliyyət göstərir. Buna görə də, zülalların və nuklein turşularının qarşılıqlı təsirini öyrənmək ehtiyacı indi xüsusilə kəskinləşdi. Nuklein turşularının müəyyən bölgələrinin zülalları tərəfindən tanınması problemi vurğulanır. Bu biopolimerlərin belə qarşılıqlı təsirinin öyrənilməsi istiqamətində addımlar artıq qeyd edilmişdir, onsuz xromosomların, ribosomların və digər strukturların strukturu və funksiyalarını tam başa düşmək mümkün deyil. Bu olmadan, gen fəaliyyətinin tənzimlənməsini başa düşmək və nəhayət, zülal sintez mexanizmlərinin prinsiplərini deşifrə etmək mümkün deyil. Yakob və Monodun işindən sonra nüvə materialının sintezində membranların tənzimləyici rolu ilə bağlı bəzi yeni məlumatlar ortaya çıxdı. Bu, DNT replikasiyasının tənzimlənməsində membranların rolunun daha dərindən öyrənilməsi problemini qoyur. Ümumiyyətlə, gen fəaliyyətinin və ümumiyyətlə hüceyrə fəaliyyətinin tənzimlənməsi problemi müasir molekulyar biologiyanın ən mühüm problemlərindən birinə çevrilmişdir.
Biofizika molekulyar biologiya problemləri ilə sıx əlaqədə inkişaf etmişdir. Biologiyanın bu sahəsinə maraq, bir tərəfdən, müxtəlif növ radiasiyanın orqanizmə təsirinin hərtərəfli öyrənilməsi zərurəti, digər tərəfdən, radiasiyanın fiziki və fiziki-kimyəvi əsaslarının öyrənilməsi ehtiyacı ilə stimullaşdırıldı. molekulyar səviyyədə baş verən həyat hadisələri.
Molekulyar strukturlar və onlarda baş verən proseslər haqqında dəqiq məlumat yeni incə fiziki-kimyəvi üsulların tətbiqi nəticəsində mümkün olmuşdur. Elektrokimyanın nailiyyətləri əsasında ion seçici elektrodlardan istifadə etməklə bioelektrik potensialların ölçülməsi üsulunu təkmilləşdirmək mümkün olmuşdur (G.Eisenman, B.P.Nikol'skii, Xuri, 1950-1960-lar). Zülalların konformasiya dəyişikliklərini öyrənməyə imkan verən infraqırmızı spektroskopiya (lazer cihazlarının istifadəsi ilə) getdikcə geniş yayılır (I. Plotnikov, 1940). Qiymətli məlumatlar həmçinin oksidləşdirici proseslər zamanı elektronların daşınmasını mühakimə etməyə imkan verən elektron paramaqnit rezonansı (EK Zavoisky, 1944) və biokemolüminesans metodu (BN Tarusov et al., 1960) ilə də təmin edilir.
50-ci illərə qədər biofizika artıq güclü mövqe qazanır. İxtisaslı mütəxəssislərin hazırlanmasına ehtiyac var. Əgər 1911-ci ildə Avropada yalnız Macarıstanın Peç Universitetində biofizika kafedrası var idisə, 1973-cü ilə qədər belə kafedralar demək olar ki, bütün böyük universitetlərdə mövcuddur.
1960-cı ildə Beynəlxalq Biofiziklər Cəmiyyəti təşkil edildi. 1961-ci ilin avqustunda Stokholmda ilk Beynəlxalq Biofizika Konqresi keçirildi. İkinci qurultay 1965-ci ildə Parisdə, üçüncü konqres 1969-cu ildə Bostonda, dördüncü konqres 1972-ci ildə Moskvada keçirilmişdir.
Biofizikada müxtəlif məzmunlu iki sahə - molekulyar biofizika və hüceyrə biofizikası arasında aydın fərq var. Bu fərq həm də təşkilati ifadə alır: biofizikanın bu iki sahəsinin ayrı-ayrı bölmələri yaradılır. Moskva Universitetində ilk biofizika kafedrası 1953-cü ildə Biologiya və Torpaqşünaslıq fakültəsində, bir az sonra isə Fizika fakültəsində biofizika kafedrası yaradılmışdır. Bir çox başqa universitetlərdə də kafedralar eyni xətt üzrə təşkil edilmişdir.
Son illərdə molekulyar biofizika ilə molekulyar biologiya arasındakı əlaqə getdikcə güclənir və indi onlar arasındakı interfeysin harada olduğunu müəyyən etmək bəzən çətindir. İrsi məlumat probleminə ümumi hücumda biofizikanın molekulyar biologiya ilə belə əməkdaşlığı qaçılmazdır.
Tədqiqatın əsas istiqaməti nuklein turşularının - DNT və RNT-nin fizikasının öyrənilməsidir. Yuxarıda göstərilən üsulların istifadəsi və ilk növbədə, rentgen struktur analizi nuklein turşularının molekulyar quruluşunun deşifrə edilməsinə kömək etdi. Hazırda bu turşuların məhlullarda davranışını öyrənmək üçün intensiv tədqiqatlar aparılır. Özlülük, optik və elektrik göstəricilərindəki dəyişikliklərlə öyrənilən "spiral-spiral" konformasiya keçidlərinə xüsusi diqqət yetirilir. Mutagenez mexanizmlərinin öyrənilməsi ilə əlaqədar olaraq, ionlaşdırıcı şüalanmanın məhlullardakı nuklein turşularının davranışına təsirini, həmçinin radiasiyanın virus və faqların nuklein turşularına təsirini öyrənmək üçün tədqiqatlar inkişaf etdirilir. Ultrabənövşəyi radiasiyanın təsiri hərtərəfli təhlilə məruz qalmışdır ki, onun bəzi spektral bölgələri nuklein turşuları tərəfindən yaxşı mənimsənilir. Bu növ tədqiqatlarda elektron paramaqnit rezonansı üsulu ilə nuklein turşularının və zülalların aktiv radikallarının aşkarlanması böyük yer tutur. Bu metodun istifadəsi bütöv bir müstəqil istiqamətin ortaya çıxması ilə bağlıdır.
DNT və RNT məlumatlarının kodlaşdırılması və onun zülal sintezi zamanı ötürülməsi problemi uzun müddətdir molekulyar biofizikanı maraqlandırır və fiziklər bu məsələ ilə bağlı dəfələrlə müəyyən mülahizələrini bildiriblər (E.Şrödinger, Q.Qamov). Genetik kodun deşifrə edilməsi DNT spiralının quruluşu, onun saplarının sürüşmə və bükülmə mexanizmi, bu proseslərdə iştirak edən fiziki qüvvələrin öyrənilməsi ilə bağlı çoxsaylı nəzəri və eksperimental tədqiqatların aparılmasına səbəb olmuşdur.
Molekulyar biofizika ilk dəfə 1930-cu ildə J. Bernal tərəfindən istifadə edilən rentgen şüalarının difraksiya analizindən istifadə edərək zülal molekullarının strukturunun öyrənilməsində molekulyar biologiyaya əhəmiyyətli köməklik göstərir. Məhz fiziki üsulların biokimyəvi (fermentativ üsullarla) birgə tətbiqi nəticəsində bir sıra zülallarda amin turşularının molekulyar uyğunluğu və ardıcıllığı aşkar edilmişdir.
Hüceyrələrdə və onun orqanellərində mürəkkəb membran sistemlərinin mövcudluğunu aşkar edən müasir elektron mikroskopik tədqiqatlar onların molekulyar quruluşunu anlamaq cəhdlərini stimullaşdırdı (10 və 11-ci fəsillərə baxın). Membranların in vivo kimyəvi tərkibi və xüsusilə onların lipidlərinin xassələri öyrənilir. Müəyyən edilmişdir ki, sonuncular membran funksiyalarının pozulmasına gətirib çıxaran peroksidləşmə və zəncirvari oksidləşmənin qeyri-fermentativ reaksiyalarına (Yu. A. Vladimirov və F. F. Litvin, 1959; B. N. Tarusov et al., 1960; I. I. Ivanov, 1967) qadirdirlər. . Membranların tərkibini öyrənmək üçün riyazi modelləşdirmə üsullarından da istifadə edilmişdir (V. Ts. Presman, 1964 - 1968; M. M. Shemyakin, 1967; Yu. A. Ovçinnikov, 1972).
Biofizika tarixində əlamətdar hadisə 50-ci illərdə bioloji proseslərin termodinamikasının aydın dərk edilməsinin formalaşması oldu ki, bunun da nəticəsində ikinci qanuna baxmayaraq canlı hüceyrələrdə müstəqil enerji əmələ gəlməsinin mümkünlüyü haqqında fərziyyələr yarandı. termodinamika nəhayət yox oldu. Bu qanunun bioloji sistemlərdə işini başa düşmək Belçika alimi İ.Priqojinin (1945) * xarici mühitlə enerji və maddə mübadiləsi aparan açıq sistemlər konsepsiyasının bioloji termodinamikaya daxil edilməsi ilə bağlıdır. Priqojin göstərdi ki, termodinamikanın ikinci qanununa uyğun olaraq canlı hüceyrələrdə iş prosesləri zamanı müsbət entropiya əmələ gəlir. Onun təqdim etdiyi tənliklər, qida ilə hüceyrələrə daxil olan sərbəst enerjinin miqdarının (negentropiya) onun istehlakını kompensasiya etdiyi və müsbət entropiyanın olduğu sözdə stasionar vəziyyətin (əvvəllər buna dinamik tarazlıq da deyilirdi) yarandığı şərtləri müəyyən etdi. əldə edilmişdir. Bu kəşf hüceyrələrin xarici və daxili mühiti arasında ayrılmaz əlaqənin ümumi bioloji ideyasını dəstəklədi. O, “canlı” sistemlərin termodinamikasının, o cümlədən modelləşdirmə metodunun real öyrənilməsinin başlanğıcını qoydu (A. Burton, 1939; A. G. Pasynsky, 1967).
* (Açıq sistemlərin ümumi nəzəriyyəsini ilk dəfə 1932-ci ildə L. Bertalanffy irəli sürmüşdür.)
Biotermodinamikanın əsas prinsipinə görə, həyatın mövcud olması üçün zəruri şərt onun biokimyəvi proseslərinin inkişafında stasionarlıqdır, bunun həyata keçirilməsi üçün çoxsaylı metabolik reaksiyaların sürətlərini əlaqələndirmək lazımdır. Yeni biofiziki termodinamika əsasında reaksiyaların bu koordinasiyasını təmin edən və onu sabit hala gətirən xarici və daxili amilləri fərqləndirən istiqamət yaranmışdır. Son iki onillikdə inhibitorların və xüsusilə antioksidanların sisteminin sabit vəziyyətinin saxlanmasında böyük rol aşkar edilmişdir (BN Tarusov və AI Zhuravlev, 1954, 1958). Müəyyən edilmişdir ki, stasionar inkişafın etibarlılığı ətraf mühit amilləri (temperatur) və hüceyrə mühitinin fiziki-kimyəvi xassələri ilə bağlıdır.
Biotermodinamikanın müasir prinsipləri uyğunlaşma mexanizminin fiziki-kimyəvi şərhini verməyə imkan verdi. Əldə etdiyimiz məlumatlara görə, ətraf mühit şəraitinə uyğunlaşma yalnız o halda baş verə bilər ki, onları dəyişdirərkən orqanizm biokimyəvi reaksiyaların inkişafında stasionarlıq yarada bilsin (BN Tarusov, 1974). In vivo stasionar vəziyyəti qiymətləndirməyə və onun mümkün pozuntularını proqnozlaşdırmağa imkan verəcək yeni metodların inkişafı ilə bağlı sual yarandı. Özünütənzimləyən sistemlərin kibernetik prinsiplərinin biotermodinamikaya daxil edilməsi və bioloji uyğunlaşma proseslərinin tədqiqi böyük fayda vəd edir. Aydın oldu ki, sabit vəziyyətin sabitliyi problemini həll etmək üçün, xüsusən də lipid oksidləşməsinin ferment olmayan reaksiyalarını əhatə edən narahatedici amilləri nəzərə almaq vacibdir. Son zamanlarda canlı hüceyrələrin lipid fazalarında peroksidləşmə prosesləri və membranların tənzimləyici funksiyalarını pozan aktiv radikal məhsulların böyüməsi ilə bağlı getdikcə daha çox tədqiqatlar genişlənir. Bu proseslər haqqında məlumat mənbəyi həm aktiv peroksid radikallarının, həm də biolipidlərin peroksid birləşmələrinin aşkarlanmasıdır (A. Tappel, 1965; И. И. Иванов, 1965; Е. Б. Burlakova, 1967 və başqaları). Radikalları aşkar etmək üçün canlı hüceyrələrin lipidlərində onların rekombinasiyası zamanı baş verən biokemolüminesansdan istifadə olunur.
Stasionar vəziyyətin dayanıqlığı haqqında fiziki-kimyəvi fikirlərə əsaslanaraq, inhibitor antioksidant sistemlərin pozulması kimi ətraf mühit şəraitinin dəyişməsinə bitkilərin uyğunlaşması haqqında biofiziki fikirlər yaranmışdır (B.N.Tarusov, Ya.E.Doskoç, B.M.Kitlaev, A.M.Aqaverdiyev, A.M. 1968 - 1972). Bu, şaxtaya davamlılıq və duza davamlılıq kimi xüsusiyyətləri qiymətləndirmək, həmçinin kənd təsərrüfatı bitkilərinin yetişdirilməsi zamanı müvafiq proqnozlar vermək imkanını açdı.
50-ci illərdə superzəif lüminessensiya aşkar edilmişdir - spektrin görünən və infraqırmızı hissələrində bir sıra bioloji obyektlərin bioxemolüminesansı (B.N.Tarusov, A.İ.Juravlev, A.İ.Polivoda). Bu, fotoçoğaltıcı borulardan istifadə edərək super zəif işıq axınının qeydə alınması üsullarının inkişafı nəticəsində mümkün olmuşdur (L.A. Kubetsky, 1934). Canlı hüceyrədə baş verən biokimyəvi reaksiyalar nəticəsində biokemolüminesans fermentlər arasında elektron daşıma zəncirlərində mühüm oksidləşdirici prosesləri mühakimə etməyə imkan verir. Biokemolüminesansın kəşfi və öyrənilməsi böyük nəzəri və praktik əhəmiyyət kəsb edir. Beləliklə, B.N.Tarusov və Yu.B.Kudryaşov doymamış yağ turşularının oksidləşmə məhsullarının kanserogenez zamanı və hüceyrənin normal fəaliyyətinin digər pozğunluqları zamanı ionlaşdırıcı şüaların təsiri altında inkişaf edən patoloji vəziyyətlərin başlama mexanizmində mühüm rolunu qeyd edirlər.
1950-ci illərdə nüvə fizikasının sürətli inkişafı ilə əlaqədar olaraq biofizikadan ionlaşdırıcı şüaların bioloji təsirini öyrənən radiobiologiya yarandı. Süni radioaktiv izotopların istehsalı, termonüvə silahlarının, atom reaktorlarının yaradılması və atom enerjisindən praktiki istifadənin digər formalarının inkişafı orqanizmləri ionlaşdırıcı şüaların zərərli təsirlərindən qorumaq problemini bütün aktuallıqla qarşıya qoydu. şüa xəstəliyinin qarşısının alınması və müalicəsi üçün əsaslar. Bunu etmək üçün, ilk növbədə, hüceyrənin hansı komponentlərinin və metabolik əlaqələrin ən həssas olduğunu tapmaq lazım idi.
Biofizika və radiobiologiyanın tədqiqat obyekti radiasiya enerjisinin təsiri altında canlı substratlarda baş verən ilkin kimyəvi reaksiyaların təbiətinin aydınlaşdırılması idi. Burada təkcə bu hadisənin mexanizmlərini başa düşmək deyil, həm də fiziki enerjinin kimyəvi enerjiyə dəyişdirilməsi prosesinə təsir göstərə bilmək, onun “faydalı” təsir əmsalını azaltmaq vacib idi. Bu istiqamətdə aparılan işlər SSRİ-də N. N. Semenov (1933) və İngiltərədə D. Hinşelvud (1935) məktəbinin öyrənilməsinin əsasını qoydu.
Radiobioloji tədqiqatlarda mühüm yeri müxtəlif orqanizmlərin radiasiyaya davamlılıq dərəcəsinin öyrənilməsi tutur. Müəyyən edilmişdir ki, radiorezistentliyin artması (məsələn, səhra gəmiriciləri) hüceyrə membranlarının lipidlərinin yüksək antioksidant aktivliyi ilə bağlıdır (M. Chang et al., 1964; NK Oqryzov et al., 1969). Məlum olub ki, tokoferollar, vitamin K və tio birləşmələri bu sistemlərin antioksidant xüsusiyyətlərinin formalaşmasında mühüm rol oynayır (II İvanov və b., 1972). Son illərdə mutagenezin mexanizmlərinin öyrənilməsi də böyük diqqəti cəlb etmişdir. Bu məqsədlə ionlaşdırıcı şüalanmanın in vitro, həmçinin virus və faqlarda nuklein turşularının və zülalların davranışına təsiri öyrənilir (A. Gustafson, 1945-1950).
Kimyəvi mühafizənin effektivliyinin daha da artırılması uğrunda mübarizə, daha effektiv inhibitorların və inhibə prinsiplərinin axtarışı bu istiqamətdə biofizikanın əsas vəzifələri olaraq qalır.
Biopolimerlərin yüksək kimyəvi aktivliyini müəyyən edən həyəcanlı vəziyyətlərinin öyrənilməsi inkişaf etmişdir. Ən uğurlusu fotobioloji proseslərin ilkin mərhələsində - fotosintez və görmə mərhələsində yaranan həyəcanlı vəziyyətlərin öyrənilməsi idi.
Beləliklə, bitki piqment sistemlərinin molekullarının ilkin aktivləşməsinin başa düşülməsinə mühüm töhfə verilmişdir. Həyəcanlanmış vəziyyətlərin enerjisinin aktivləşdirilmiş piqmentlərdən digər substratlara itkisiz ötürülməsinin (miqrasiyasının) böyük dəyəri müəyyən edilmişdir. Bu fikirlərin inkişafında A. N. Tereninin (1947 və sonralar) nəzəri əsərləri mühüm rol oynamışdır. A.A.Krasnovski (1949) xlorofilin və onun analoqlarının geri dönən fotokimyəvi reduksiyasının reaksiyasını kəşf etmiş və tədqiq etmişdir. İndi ümumi bir inam var ki, yaxın gələcəkdə fotosintezi süni şəraitdə çoxaltmaq mümkün olacaq (həmçinin Fəsil 5-ə baxın).
Biofiziklər əzələlərin büzülməsinin təbiətini və sinir həyəcanlandırma və keçiricilik mexanizmlərini aşkar etmək üçün işləməyə davam edirlər (11-ci fəsildə bax). Həyəcanlı vəziyyətdən normal vəziyyətə keçid mexanizmlərinin tədqiqi də aktual əhəmiyyət kəsb etmişdir. Həyəcanlı vəziyyət indi avtokatalitik reaksiyanın nəticəsi hesab olunur, inhibə isə tokoferol kimi birləşmələrdə molekulyar yenidən qurulma nəticəsində inhibitor antioksidant fəaliyyətinin kəskin səfərbərliyinin nəticəsidir (I.I. Ivanov, O.R. Kols, 1966; O.R. Kols, 1970).
Biofizikanın ən mühüm ümumi problemi canlı maddənin keyfiyyət fiziki və kimyəvi xüsusiyyətlərini bilməkdir. Canlı biopolimerlərin kaliumu seçici şəkildə bağlamaq və ya elektrik cərəyanını qütbləşdirmək qabiliyyəti kimi xüsusiyyətlər bədəndən ən diqqətli şəkildə çıxarılsa belə, qorunub saxlanıla bilməz. Buna görə də hüceyrə biofizikası canlı maddənin in vivo tədqiqi üçün meyar və metodları intensiv şəkildə inkişaf etdirməyə davam edir.
Molekulyar biologiyanın gəncliyinə baxmayaraq, bu sahədə əldə etdiyi uğurlar həqiqətən heyrətamizdir. Nisbətən qısa müddət ərzində genin təbiəti və onun təşkili, çoxalması və fəaliyyətinin əsas prinsipləri müəyyən edilmişdir. Üstəlik, təkcə genlərin in vitro reproduksiyası həyata keçirilməyib, həm də ilk dəfə olaraq genin özünün tam sintezi tamamlanıb. Genetik kod tam deşifrə edilib və zülal biosintezinin spesifikliyinin ən mühüm bioloji problemi həll edilib. Zülalın hüceyrədə əmələ gəlməsinin əsas yolları və mexanizmləri müəyyən edilmiş və tədqiq edilmişdir. Bir çox nəqliyyat RNT-lərinin ilkin strukturu - nuklein matrislərinin dilini sintez edilmiş zülalın amin turşusu ardıcıllığının dilinə çevirən xüsusi adapter molekulları tam müəyyən edilmişdir. Bir çox zülalların amin turşusu ardıcıllığı tam olaraq deşifr edilmiş və bəzilərinin məkan quruluşu müəyyən edilmişdir. Bu, ferment molekullarının fəaliyyət prinsipini və təfərrüatlarını aydınlaşdırmağa imkan verdi. Fermentlərdən biri olan ribonukleazanın kimyəvi sintezi aparılmışdır. Müxtəlif hüceyrəaltı hissəciklərin, bir çox virus və faqların təşkilinin əsas prinsipləri müəyyən edilmiş, onların hüceyrədə biogenezinin əsas yolları açılmışdır. Gen fəaliyyətinin tənzimlənməsi yollarını anlamaq və həyati fəaliyyətin tənzimləmə mexanizmlərini aydınlaşdırmaq üçün yanaşmalar açıqlanıb. Artıq bu kəşflərin sadə siyahısı göstərir ki, XX əsrin ikinci yarısı. biologiyada böyük irəliləyişlə qeyd olundu ki, bu da ilk növbədə bioloji əhəmiyyətli makromolekulların - nuklein turşularının və zülalların strukturunun və funksiyalarının dərindən öyrənilməsi ilə bağlıdır.
Molekulyar biologiyanın nailiyyətləri artıq praktikada tətbiq olunur və tibbdə, kənd təsərrüfatında və bəzi sənaye sahələrində nəzərəçarpacaq nəticələr verir. Bu elmin təsirinin hər gün daha da artacağı şübhəsizdir. Bununla belə, əsas nəticə hələ də nəzərə alınmalıdır ki, molekulyar biologiyanın uğurlarının təsiri altında həyatın ən intim sirlərinin açılması yolunda qeyri-məhdud imkanların mövcudluğuna inam güclənib.
Gələcəkdə, görünür, maddənin hərəkətinin bioloji formasını öyrənmək üçün yeni üsullar kəşf ediləcək - biologiya molekulyar səviyyədən atom səviyyəsinə keçəcəkdir. Ancaq indi, bəlkə də, hətta növbəti 20 il ərzində molekulyar biologiyanın inkişafını real proqnozlaşdıra bilən bir tədqiqatçı yoxdur.
