Молекулярная биология и хронология основных открытий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Билет №1

1. Определение предмета молекулярная биология

Термин «молекулярная биология» принадлежит нобелевскому лауреату Фрэнсису Крику, которому «надоело в ответ на вопрос о его профессии объявлять себя смесью кристаллографа, биохимика, биофизика и генетика».

После атомной бомбежки Хиросимы и Нагасаки в 1945 г. началось бегство ученых из физики, а в 1947 г. нобелевский лауреат физик Эрвин Шредингер написал книгу «Что такое жизнь с точки зрения физика?», которая привлекла в биологию многих физиков и математиков.

Определение понятия

Молекулярная биология - это наука о механизмах хранения, воспроизведения, передачи и реализации генетической информации, о структуре и функциях нерегулярных биополимеров - нуклеиновых кислот и белков. молекулярная биология открытие хронология

Начав с изучения биологических процессов на молекулярно-атомном уровне, молекулярная биология перешла к сложным надмолекулярным клеточным структурам, а в настоящее время успешно решает проблемы генетики, физиологии, эволюции и экологии.

Основные этапы развития молекулярной биологии

1. Первый романтический период 1935-1944 гг.

Макс Дельбрюк и Сальвадор Лурия занимались изучением репродукции фагов и вирусов, представляющих собой комплексы нуклеиновых кислот с белками.

В 1940 г. Джордж Бидл и Эдуард Татум сформулировали гипотезу - "Один ген -один фермент". Однако, что такое ген в физико-химическом плане тогда еще не знали.

2. Второй романтический период 1944-1953гг.

Была доказана генетическая роль ДНК. В 1953 г. появилась модель двойной спирали ДНК, за которую ее создатели Джеймс Уотсон, Френсис Крик и Морис Уилкинс были удостоены Нобелевской премии.

3. Догматический период 1953-1962 гг.

Сформулирована центральная догма молекулярной биологии:

Перенос генетической информации идет в направлении ДНК > РНК > белок.

В 1962 г. был расшифрован генетический код.

4. Академический период с 1962 г. по настоящее время, в котором с 1974 года выделяют генно-инженерный подпериод.

Ocновныe открытия

1944 г. Доказательство генетической роли ДНК. Освальд Эйвери, Колин Мак-Леод, Маклин Мак-Карти.

1953 г. Установление структуры ДНК. Джеймс Уотсон, Френсис Крик.

1961 г. Открытие генетической регуляции синтеза ферментов. Андре Львов, Франсуа Жакоб, Жак Моно.

1962 г. Расшифровка генетического кода. Маршалл Нирнберг, Генрих Маттеи, Северо Очоа.

1967 г. Синтез invitro биологически активной ДНК. Артур Корнберг (неформальный лидер молекулярной биологии).

1970 г. Химический синтез гена. Гобинд Корана.

1970 г. Открытие фермента обратной транскриптазы и явления обратной транскрипции. Говард Темин, ДэвидБалтимор, Ренато Дульбеко.

1974 г. Открытие рестриктаз. Гамильтон Смит, Даниэль Натанс, Вернер Арбер.

1978 г. Открытие сплайсинга. Филипп Шарп.

1982 г. Открытие автосплайсинга. ТомасЧек.

2. Доказательства генетической роли нуклеиновых кислот

1. 1928 г. Опыты Фредерика Гриффита.

Гриффит работал с пневмококками - бактериями, вызывающими пневмонию. Он брал два штамма пневмококков: капсульный и бескапсульный. Капсульный - патогенный (вирулентный), при инфицировании таким штаммом мыши погибают, бескапсульный - непатогенный. При введении мышам смеси убитых нагреванием (и, следовательно, потерявших вирулентность) капсульных пневмококков и живых бескапсульных невирулентных бактерий, животные погибали в результате размножения капсульных вирулентных форм. Обнаруженное явление Гриффит интерпретировал как трансформацию.

Определение:

Трансформация - это приобретение одним организмом некоторых признаков другого организма за счет захвата части его генетической информации.

В 1944 г. этот эксперимент был повторен Освальдом Эйвери, Колином Мак-Леодом и Маклином Мак-Карти в варианте смешивания бескапсульных пневмококков с взятыми от капсульных белками, полисахаридами или ДНК. В результате этого эксперимента была выявлена природа трансформирующего фактора.

Трансформирующими фактором оказалась ДНК.

2. 1952 г. Эксперимент Альфреда Херши и Марты Чейз. Фаги (бактериофаги) - это вирусы, размножающиеся в бактериях. Е. coli - кишечная палочка (эубактерия).

Суть опыта: фаги, у которых белковая оболочка была мечена радиоактивной серой (S³⁵), а ДНК - радиоактивным фосфором (Р³²), инкубировали с бактериями. Затем бактерии отмывали.

В смывных водах не обнаруживали Р³², а в бактериях - S³⁵. Следовательно, внутрь попала только ДНК. Через несколько минут из бактерии выходили десятки полноценных фагов, содержащих и белковую оболочку, и ДНК.

Отсюда следовал однозначный вывод о том, что именно ДНК выполняет генетическую функцию - несет информацию как о создании новых копий ДНК, тик и о синтезе фаговых белков.

3. 1957 г. Опыты Френкеля - Конрата.

Френкель-Конрат работал с вирусом табачной мозаики (ВТМ). В этом вирусе содержится РНК, а не ДНК. Было известно, что разные штаммы вируса вызывают разную картину поражения листьев табака. После смены белковой оболочки "переодетые" вирусы вызывали картину поражения, характерную для того штамма, чья РНК была покрыта чужим белком.

Следовательно, не только ДНК, но и РНК может служить носителем генетической информации.

На сегодняшний день существуют сотни тысяч доказательств генетической роли нуклеиновых кислот. Приведенные три являются классическими.

3. Хронология открытий, подготовивших создание Уотсоном и Криком модели двойной спирали ДНК

1869 г. Обнаружен нуклеин. Современное название -хроматин. Фридрих Мишер - швейцарский врач.

1889 г. Нуклеин разделен на нуклеиновую кислоту и белок. Появился термин "нуклеиновая кислота". Рихард Альтман.

1900 г. Все азотистые основания были описаны химиками.

1909 г. В нуклеиновых кислотах обнаружены фосфорная кислота и рибоза. Левин

1930 г. Найдена дезоксирибоза. Левин.

1938 г. Рентгеноструктурный анализ показал, что расстояние между нуклеотидами в ДНК 3,4 А. При этом азотистые основания уложены стопками. Уильям Астбюри, Флорин Белл.

1947 г. С помощью прямого и обратного титрования установлено, что в ДНК есть водородные связи между группами N-H и С=О. Гулланд

1953 г. С помощью кислотного гидролиза ДНК с последующей хроматографией и количественным анализом установлены закономерности:

А/Т=1;

Г/Ц=1;

(Г+Ц)/ (А+Т)=К

- коэффициент специфичности, постоянен для каждого вида. Эрвин Чаргафф.

Правила Чаргаффа. В ДНК всегда

А/Т=1; Г/Ц=1; (Г+Ц)/(А+Т)=К

-коэффициент специфичности, постоянен для каждого биологического вида.

4. Нуклеозид (nucleoside) [лат. nucleus -- ядро] -- органическое соединение, состоящее из азотистого (пуринового или пиримидинового) основания и связанного с ним гликозидной связью пятичленного углевода (рибозы или дезоксирибозы); в зависимости от вида углевода различают, соответственно, рибо-и дезоксирибонуклеозиды. Названия Н. производят от входящего в его молекулу основания: в случае аденина -- аденозин, гуанина -- гуанозин, урацила -- уридин, цитозина -- цитидин, тимина -- тимидин;

НУКЛЕОТИДЫ, природные соединения, из которых, как из звеньев, построены цепочки нуклеиновых кислот; входят также в состав важнейших коферментов (органические соединения небелковой природы - компонент некоторых ферментов) и других биологически активных веществ, служат в клетках переносчиками энергии.

Молекула каждого нуклеотида (мононуклеотида) состоит из трёх химически различных частей. Во-первых, это пятиуглеродный сахар (пентоза) - рибоза (в этом случае нуклеотиды называются рибонуклеотидами и входят в состав рибонуклеиновых кислот, или РНК) или дезоксирибоза (нуклеотиды называются дезоксирибонуклеотидами и входят в состав дезоксирибонуклеиновых кислот, или ДНК). Во-вторых, это пуриновое или пиримидиновое азотистое основание. Связанное с углеродным атомом сахара, оно образует соединение, называемое нуклеозидом. И наконец, один, два или три остатка фосфорной кислоты, присоединённые эфирными связями к углероду сахара, образуют молекулу нуклеотида. Азотистые основания нуклеотидов ДНК - это пурины аденин и гуанин и пиримидины цитозин и тимин. Нуклеотиды РНК содержат те же основания, что и ДНК, но тимин в них заменён близким по химическому строению урацилом.

Азотистые основания и, соответственно, включающие их нуклеотиды в биологической литературе принято обозначать начальными буквами (латинскими или русскими) их названий: аденин - А(А), гуанин - G(Г), цитозин - С(Ц), тимин - Т(Т), урацил - U(У). Соединение двух нуклеотидов называется динуклеотидом, нескольких - олинонуклеотидом, множества - полинуклеотидом, или нуклеиновой кислотой.

Кроме того что нуклеотиды образуют цепи ДНК и РНК, они являются коферментами, а нуклеотиды, несущие три остатка фосфорной кислоты (нуклеозидтрифосфаты), - источниками химической энергии, заключённой в фосфатных связях. Чрезвычайно велика во всех процессах жизнедеятельности роль такого универсального переносчика энергии, как аденозинтрифосат (АТФ).

Особую группу составляют циклические нуклеотиды, опосредующие действие гормонов при регуляции обмена веществ в клетках.

Полинуклеотид (polynucleotide) [греч. poly -- много, лат. nucleus -- ядро и греч. eidos -- вид] -- полимерное органическое соединение, образованное остатками мононуклеотидов. П., составленный из рибонуклеотидных звеньев, называют рибонуклеиновой кислотой (РНК), из дезоксирибонуклеотидных мономеров -- дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК). В. П. сахар одного нуклеотида связан в 3'-положении посредством фосфатной группы с сахаром соседнего нуклеотида в 5'-положении. При обозначении полинуклеотидов указывают сокращенные названия нуклеозидных звеньев в направлении 5'?3', т. е. слева направо.

Размещено на Allbest.ru