И.Л. Кнунянц - Химическая энциклопедия, том 3 (1110089), страница 72
Текст из файла (страница 72)
обр, белков и нуклеиновых к-т) в бесклеточных структурах (рибосомы и др.), в вирусах, а также в клетках. Цель М. б.-установление роли и механизма функционирования этих макромолекул на основе знания их структуры и св-в. Исторически М.б. сформировалась в ходе развития направлений биохимии, изучающих биополнмеры. В то время как биохимия исследует гл. обр. обмен веществ и бипэнергетику, М, б. уделяет главное внимание изучению способа хранения наследств.
информации, механизма ее передачи дочерним хлеткам и реализации этой информации. М.б; пограничная наука, возникшая на границе биохимии, биоорганичегппй химии, биофизики, орг. химии, цитологии и генетики. Формальной датой возникновения М.б. считают 1953, когда Дж. Уотсон и Ф. Крик установнлн структуру ДИК и высказалн подтвердившееся позже предположение о механизме ее реплипаяии (удвоении), лежащем в основе наследственности. Таким образом были увязаны ф-дии этого биополнмера (тот факт, что ДИК-фактор наследствен- 210 116 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ности, установлен в 1944 О.
Эйвери) с его хим. структурой и св-вами, Важное значение для становления М.б. как науки нмеяи также рабаты по изучению мол. основ мышечного сокрашения (В. А. Энгельгардт и М. Н. Любимова, а 1939). По патокам своего развития М.б. неразрывно авязаиа с молекулярной генетикой (наука, изучающая структурно-функцион. организацию генетяч. аппарата клеток я механнзьев реализации наследств. информации), к-рая продолжает составлять важную часть М.
б., хотя и сформировалась уже в значит. мере в самостоят. дисциплину. Именно в этой области были достигнуты результаты, к-рые способствовали развитию М. б. и восприятию ее принципов. Длв понимания закономерностей строении нуклеиновых к-т и их поведения в клетке важнейшее значение имеет принцип камллемеигяариасит пурнновых н пнримидиновых осыовавий, установленный в 1953 Уотсоном и Криком. Призяание значения пространств. отношений нашло свае выражение также в представлении о комплементарности ыов-атей макромолекул и мол, комплексов, что является необходимым условием проявления слабых сил-невалентных взанмод. (водородные связи, ван-дер-ваальаовы взанмод. и др.), дейсгвующнх лишь на короткйх расстояниях и создаюпсих морфологич.
разнообразие биол. структур, нх функцион. подвижность. Невалентные взаимод. обусловливают образование фермент-субатратных комплексов, само- сборку биол. структур, напр. Рибесам, и др. Важное достижение М. б.-раскрьыне на мол. уровне механизма му»салий. Главную раль в нем играют выпадения, вставки и перемацения отрезков ДНК, замены пары яуклеотндов в функционально значимых отрезках генома.
Определена важная роль мутаций в эволюции организмов (в СССР инипиатором наследований мол. основ эволюпян был А.Н. Белозерский). Раскрыты мол. основы таких генетич процеааов у прокариот (бактерии и синезеленые водоросли) и зукариот (все организмы, за исключением прокариот), как рекомбинации генетическая — обмен участками хромосом, приводящий к появлению бактерий (вирусов) с новым сочетанием генов.
Достигнуты значит. успехи в изу инин строения клеточного ядра, в т.ч. хромосом эукариот. Усовершенствование методов культивпрования и гибридизации хснвотиых клеток способствовало развитию генетики сомвтич. клеток (клеток тела). Была развита ццея о репникове (элементарная генетич. структура, способная к репликации как единое целое), объяснязощая вахсные аспекты регуляпии реиликапви (Ф.
Жакоб и С. Бреннер, 1963). Значит. успех М.б.-первый инм. синтез гена, к-рый оауществил в 1968 Х. Корана. Данные о хнм. природе и тонком строении генов способствовали разработке методов нх выпеленяя (впервые ссущеатвлено в 1969 Дж. Беквитом). Исследование механизма биосинтеза белка позволило установить т. ыаз, центр. паатулат, характеризующий движение генетич. информации: ДНК вЂ” » матричная рибонуклеиновая кислота (мРНК) — » белок (существование мРНК впервые предсказано Белозерсквм и А. С. Спириным в 1957). Согласно этому постулату, белок представляет собой своего рода информац. клапан, препятствующий возвращению информации на уровень РНК и ДНК.
Образование в оргаыизме белков и нуклеиновых к-т осущеатвляется по типу матричного синтеза, для к-раго необходима матрица, нли «шаблон»;накодная полимерная молекула, к-рая предопределяет поаледовательность нуклеотидов (амиыокнслот) в синтезируемой копни (гипотеза о таком механизме синтеза биополымеров сформулирована в 1928 Н. К. Кольцовьпи).
Такими матрицами являются ДЕ1К при ренликации и играяскрияяии (синтез мРНК на матрица ДИК), а такясе мРНК при трансляции (синтезе белка иа матрице мРНК). Важное значеыие имело открытие обратной транскрипции, т.е. сиытеза ДНК ыа матрице РНК, к-рос происходит у оикогеиных РНК-содержащнк вирусов с помощью спец. фермента -обратной траыакрип тазы (Х. Темин и Д. Балтимор, 1970). Открытие генетического «ада (его концацция аформулировапа А. Даунсом и Г. Гамоеым в 1952 — 54, а раашифровка осуществлена М. Ниренбергом, 21! Х.
Маттеи, С. Очоа и Кораной в 1961-65) позвилиле уатановнть соотношение последовательности нуклеотилав а лукленновьзх к-твх а последовательностью аминокислот в белках. Регуляпня синтеза белка иаиб. изучена на урсиие транскрипции. Для обьыснеииы механизма регуляции важное значение имеет концепцвя операна (соаокупносп свизаинык между собой генов и прилегающих к ним регуляториык участков), раэрабетанная Жакобом и Ж, Мана я 1959, открытие белков-репреасоров (подавляют трвыакрипциво гена; см. Регуляторлъм белка), аллсячерич.
Регуляции (изменение скорости транскрипции в зависимости свг аквивности ферментов, участвующих в этом процасее) ы ретуяипни ло принципу обратной авяэн (см. также Регулягяары фер не»илзе). К сер. 60-х гг. 20 в. утвердилось представление об универсальности асы. черт строения и ф-цин гена как сложной лииеииоя структуры ДНК, к-рый в результате транскрнпции н послед, траналыцни определяет первичную структуру полипептндной цепи. М.б, рассматривает также ряд др. вопросов фунлалюнтального и прикладного характера. Большой нптирсс и значение нмеют исследования реяариуид (исправленяй) поврежлений генома, причиненных коротковолновый радиапией. мутагенамн и др.
Бальпгую самостоят. область составляют исследования механизма действия ферментов, основанные на представлениях о трехмерной агрукгусж белков и роли азабых межмол. взаимодействий. Выяснаны ми. детали строении и развития вирусов, в особенности бактариофагов (вирусов бактерий). Изучение гемаглабииав у лиц, страдающих серповидно-клеточной анемией и др, гемоглобпнапатиями, положило начало изучению структурной основы «молекулярных болезней» вЂ” врожденных ошибеж метаболнзма.
Важная область М.б.-ггиетивеская иилдеяерия, рэлрабатьгвающая методы конструирования наследств. стрзитур в виде молекул рекомбинантыых ДНК. Применение моголов генетич июкенернн позволило в коропие сроки выделить много пыл. гены и установить в юы последовагелыиюгь нуклеотллов. Таким образом были обнаружены мигриррюгяггг генетические элеметяы (впервые прсдаказаны Б. МакКлинтак в коя.
40-х ст. 20~в.), установлена мол. природа вариабсльноати молекул антител, открыта прерывиовасть в структуре эукариотич. генов и установлены новые принцицы регуляции их активности. На базе генетич. инженерны отела активно развиваться биатехяилагия, связанная с произ-вом пептидов н белков, таких, как человечесине гормон, роста, ипсушпг, ингерфероны и др. Целенаправленное изменение структуры генов и нх регуляторных областей и введение таких генов в бактериальиые, животные и растит, клетки позволило создавать транагепньсе организмы, спесебыые вырабатывать новые белки (белковая инженерия) и придавать новые св-ва этим организмам. Для провеленсш исследований в М.
б. широко используют физ.-хим. моголы и биол. эксперименты. Применяют разл. виды хроматографии, ультрацентрифугирование, реытгенострухтурный анализ, электронную микроскопию, ЭПР, ЯМР н изотопныс индикаторы, используют также синхротронное (магнитно-тормсоное) излучение, дифракцню нейтронов, меасбауэровскую спектроакопию н лазерную технику. В экспериментах широко примсняюг модельные оиагемы «ин витра» и мутагены. Важное практич. значение М.
б. играет в развитии с. х-вв (направленыое и контролируемое изменение наследств. аппарата животных и растений для получения высокопродуктивных пород ы сортов), микробнол. пром-сти (см, напр., Микробиологический сиятез), в развитии теоретнч. основ разл. разделов меднцыны. Актуальные проблемы М.б. †исследование мол. механизмов злокачественного росхаяслетох, попок способов предупреждения наследств.
заболеиашсй, познание механюмов памяти, далынейшее изучение механизмов действия ферментов, гормонов, лек. и токаич. ъ-в. яви К о л ь ц о в я К, Нвслелспиввив молевули, еадллетевь Московско. го общилвв всвыгеюеея природа», отдел биологический, Сэгз, т. Ю, л. В, с. 212 79-104; З ягель гердт В. А., Малекумрвял бволотве, в киз Резв»тле биоло. тив в СССР, М., 1яб7; Белозерская А. Н., Молекулярие» биология-вовз» ступевь познани» приролм, М., 1970, беев А.
А., Химические осиоем ливии, в тяа ОКтЯ6РЬ И Л»УКВ, ПОД РЕД. А.П. АМКСЕИДРОВЕ И ДР, Мт 1977, С. 417-76; Уатсои Дя Мамкуляривв биология тмм, пер. с яитлт М 1978; Зеив. бум П., малекуллрв»в и «леточвя» бволмтм, пер. с вем., т. 1-3, М., 1902; Малекулярввя биолапм. Структура в биасввтез иуклеииоеь кислот, вод Год. А.С.
Си»рви», М, !990. А. 4. Баев, 4.Д. Мерз»бе»си МОЛБКУЛЙРНАЯ ДИНАМИКА, изучает вращательное и поступательное (трансляц.) движение молекул, а также внутрнмолекулярные движения, колебания атомов и атомных групп, коиформац, перестройки, вращения отдельных мол. фрагментов и т, п. Характерные времена этих движений зависят от структуры молекул, их окружения, плотности в-ва, тчлуы и др. термодинамич. параметров и изменяются от -10 ' с (внутримолекулярные холебания и вращение малых молекул) до !()4 с (конформац. переатройии молекул в твердых телах). Амплитуды соответствующих мол. движений милы и, как правило, не превышают 1 нм.
Эксперим. исследование мол. движений проводят с помощью ЯМР, ЭПР, оптич. спектроскопии (люминеадентной, ИК, комбинац. рассеяния), методов диэлектрич. и мех. релаксаций, рассеяния нейтронов, рентгеновских лучей и др.; для интерпретации результатов привлекают модельные представления о мол. структуре изучаемого объекта и динамике молекул. Из теоретнч. методов в первую очередь используют моделирование мол. структур на ЭВМ-численные эксперименты (часто иаз. также машинными иди вычислительными экспериментами). Такое моделирование основано на определенных физ.
гипотезах относительно характера движения частиц в системе, их взаимод. н т.п.! оио позволяет провести детальный анализ динамич, св-в разл. Мол. систем, зависимость этих ав-в от т-ры и др. термодннамич, параметров и влияния динамики молекул на макроакопнч. св-ва в-ва. Одно нз существ. достоинств численных экспериментов — возможность проверить исходные фнэ. гипотезы и вычислит. Методики, оставаясь в рамках самих этих экспериментов. Совр. ЭВМ позволяют проводить численные эксперименты для системс относительно небольшим числом )У частиц (как правило, Аг = !0~-1О ). Поэтому для моделнрованиа нзотропных макроскопич, систем часто полагают, что все пространство заполнено тождеств.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
