Молекулалық биология

ДНҚ құрылымы

Молекулалық биология — тіршілік құбылыстарының молекулалық негіздері туралы ғылым; генетика, биохимия және биофизика ғылымдарымен тығыз байланысты. Медицина (вирусология, иммунология, онкология, т.б.), ауыл шаруашылығы (жануарлар мен өсімдіктердің тұқым қуалау қасиеттерін белгілі бағытта қадағалай отырып зерттеу) және биотехнология (гендік инженерия, клеткалық инженерия) салаларының теориялық негізі. Негізгі мақсаты – биологиялық ірі молекулалар (ақуыздар, нуклеин қышқылдары) құрылымын барлық деңгейде зерттеу.

Молекулалық биологияның даму тарихы

Молекулалық биология тарихи түрде биохимияның бір саласы ретінде пайда болды. 1953 жылы ағылшын ғалымы Фрэнсис Крик және америкалық биолог Джеймс Уотсон ДНҚ-ның макромолекуласының құрылымының кеңістіктік моделін жасауы — молекулалық биология ғылымының өз алдына жеке ғылым болып қалыптасуына негіз болды.

1928 жылы Фредерик Гриффит алғаш рет ыстықтан өлген патогендік бактериялардың сығындысы қауіпті емес бактерияларға патогенділік белгісін бере алатынын көрсетті. Бактериялардың трансформациясы зерттеуі одан әрі ақуыз емес, нуклеин қышқылы болып шыққан патогендік агентті тазартуға әкелді. Нуклеин қышқылының өзі қауіпті емес, ол тек микроорганизмнің патогенділігі мен басқа қасиеттерін анықтайтын гендерді тасымалдайды.

ХХ ғасырдың 50-ші жылдарында бактериялардың қарапайым жыныстық процесі бар екендігі көрсетілді, олар хромосомадан тыс гендер ДНҚ, плазмидалар алмасуға қабілетті. Плазмидалардың ашылуы, трансформация сияқты, молекулалық биологияда кең таралған плазмидтік технология негізін қалады. Әдістеме үшін тағы бір маңызды жаңалық ХХ ғасырдың басында бактериялық вирустардың, бактериофагтың табылуы болды. Фагтар генетикалық материалды бір бактериялық жасушадан екіншісіне тасымалдай алады. Бактериялардың фагтармен ластануы бактериялық РНҚ құрамының өзгеруіне әкеледі. Егер фагтар болмаса, РНҚ-ның нуклеотидтік құрамы бактерияның ДНҚ-сына ұқсас болса, онда РНҚ инфекциядан кейін бактериофагтың ДНҚ-сына ұқсас болады. Осылайша, РНҚ құрылымы ДНҚ құрылымымен анықталатыны анықталды. Өз кезегінде жасушалардағы ақуыз синтезінің жылдамдығы РНҚ-ақуыз кешендерінің санына байланысты. Осылайша тұжырымдалды "молекулалық биологияның орталық догмасы:" ДНҚ ↔ РНҚ → ақуыз.

Молекулалық биологияның одан әрі дамуы оның әдістемесінің дамуымен қатар жүрді, атап айтқанда ДНҚ нуклеотидтер тізбегі (У. Гилберт және Ф. Сенгер, химия бойынша Нобель сыйлығы 1980 ж.) анықтау әдісін ойлап тапты, сонымен қатар гендердің құрылымы мен қызметін зерттеу саласындағы жаңа тұжырымдар (генетика тарихын қараңыз). ХХІ ғасырдың басында адамның бүкіл ДНҚ-ның бастапқы құрылымы және медицина, ауыл шаруашылығы және ғылыми зерттеулер үшін ең маңызды бірқатар басқа организмдер туралы мәліметтер алынды, бұл биологияда бірнеше жаңа бағыттардың пайда болуына әкелді: геномика, биоинформатика және т.б.

Зерттеушілер молекулалық биологияға тән әдістерді қолданған кезде, олар әдетте генетика және биохимия әдістерімен біріктіріледі. Молекулалық биологияның көп бөлігі сандық сипатқа ие және жақында биоинформатика және есептеу биологиясы сияқты информатика әдістерін қолдану арқылы айтарлықтай жұмыс жасалды.

Қазақстанда молекулалық биологияның даму тарихы

Қазақстанда молекулалық биология саласындағы ғылыми зерттеулер XX ғасырдың 50-жылдарының аяғында Қазақстан Ғылым Академиясының Ботаника институтында басталды. Академик М.Айтхожинның басшылығымен рибосомалардың құрылымы зерттеліп, соның нәтижесінде рибосомалар мен рибонуклеопротеидтердің (мысалы, вирустар) құрылымында айтарлықтай айырмашылықтар бар екені анықталды. Бұл жаңалық – жануарлар клеткасының цитоплазмасында информосома түрінде болатын ақпараттық РНҚ бар екенін көрсетті. Молекулалық биология саласындағы зерттеулер, әсіресе, Қазақстан Ғылым Академиясының молекулалық биология және биохимия институты ашылғаннан кейін (1983) дами түсті. Өсімдік клеткасындағы информосомалар, яғни, бос цитоплазмалық, полисомды-байланысқан және ядролы ақуыздардың (РНҚ-ны қоса) және төменгі молекулалы РНҚ-ның физика-химиялық қасиеттері зерттеліп, олардың өсімдік эмбриогенезі мен дамуы кезінде ақуыз биосинтезі мен биогенезін реттеуге қатысатыны анықталды. Соның нәтижесінде функционалды белсенді әркелкі (гетерогалды) будан рибосомалары құрастырылды. Бұрын белгісіз болып келген өсімдік клеткаларындағы (қалыпты және стресс жағдайында) зат алмасу процесінің маңызды бөліктеріндегі (азотты, көмір сулы, фенолды) ферментті кешендердің реттелу механизмі ашылды. Бұл техникалық және астық дақылдарының бағалы шаруашылық белгілерін қалыптастыру бағытының ғылыми негізін салуға мүмкіндік берді. Азот алмасу кезіндегі маңызды ферменті – НАДФ-ГДГ-ны (никотинамидадениндинуклеотидфосфат-глютаматдегидрогенез) активациялаудың жаңа жолы анықталды. Қазақстан өсімдіктерінен жасалынған биологиялық активті заттардың биотехнологиясы жетілдірілді. Қазір республикада молекулалық биология саласы бойынша: геномды құрастыру, экспрессиясы және оның реттелуі, клетканың маңызды полимерлері белок пен нуклеин қышқылының құрылымы мен қызметі, өсімдіктердің гендік инженериясы, молекулалық иммунология мәселелері зерттелуде.

Сілтемелер

• Генетика және молекулалық биология кафедрасы Мұрағатталған 13 қазанның 2011 жылы.
• Молекулалық биология жаңалықтары
• Молекулалық генетика