МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, изучает явления жизни на уровне макромолекул (главным образом белков и нуклеиновых кислот) в бесклеточных структурах (рибосомы и др.), в вирусах, а также в клетках. Цель МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ б.-установление роли и механизма функционирования этих макромолекул на основе знания их структуры и свойств.

Исторически МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯб. сформировалась в ходе развития направлений биохимии, изучающих биополимеры. В то время как биохимия исследует главным образом обмен веществ и биоэнергетику, МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯб. уделяет главное внимание изучению способа хранения наследств. информации, механизма ее передачи дочерним клеткам и реализации этой информации. МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ6.-пограничная наука, возникшая на границе биохимии, биоорганической химии, биофизики, органическое химии, цитологии и генетики. Формальной датой возникновения МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯб. считают 1953, когда Дж. Уотсон и Ф. Крик установили структуру ДНК и высказали подтвердившееся позже предположение о механизме ее репликации (удвоении), лежащем в основе наследственности. Таким образом были увязаны функции этого биополимера (тот факт, что ДНК-фактор наследствен нести, установлен в 1944 О. Эйвери) с его химический структурой и свойствами. Важное значение для становления МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ б. как науки имели также работы по изучению мол. основ мышечного сокращения (В. А. Энгельгардт и МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ Любимова, с 1939).

По истокам своего развития МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ б. неразрывно связана с м о л е к у л я р н о й г е н е т и к о й (наука, изучающая струкислотурно-функцион. организацию генетич. аппарата клеток и механизма реализации наследств. информации), которая продолжает составлять важную часть МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ б., хотя и сформировалась уже в значительной мере в самостоят. дисциплину. Именно в этой области были достигнуты результаты, которые способствовали развитию МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯб. и восприятию ее принципов.

Для понимания закономерностей строения нуклеиновых кислот и их поведения в клетке важнейшее значение имеет принцип комплементарности пуриновых и пиримидиновых оснований, установленный в 1953 Уотсоном и Криком. Признание значения пространств. отношений нашло свое выражение также в представлении о комплементарности поверхностей макромолекул и мол. комплексов, что является необходимым условием проявления слабых сил - невалентных взаимодействие (водородные связи, ван-дер-ваальсовы взаимодействие и др.), действующих лишь на коротких расстояниях и создающих морфологич. разнообразие биологическое структур, их функцион. подвижность. Невалентные взаимодействие обусловливают образование фермент-субстратных комплексов, самосборку биологическое структур, например рибосом, и др.

Важное достижение МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ б.-раскрытие на мол. уровне механизма мутаций. Главную роль в нем играют выпадения, вставки и перемещения отрезков ДНК, замены пары нуклео-тидов в функционально значимых отрезках генома. Определена важная роль мутаций в эволюции организмов (в СССР инициатором исследований мол. основ эволюции был А. Н. Белозерский). Раскрыты мол. основы таких генетич. процессов у прокариот (бактерии и синезеленые водоросли) и эукариот (все организмы, за исключением прокариот), как рекомбинация генетическая - обмен участками хромосом, приводящий к появлению бактерий (вирусов) с новым сочетанием генов. Достигнуты значительной успехи в изучении строения клеточного ядра, в том числе хромосом эукариот. Усовершенствование методов культивирования и гибридизации животных клеток способствовало развитию генетики со-матич. клеток (клеток тела). Была развита идея о репликоне (элементарная генетич. структура, способная к репликации как единое целое), объясняющая важные аспекты регуляции репликации (Ф. Жакоб и С. Бреннер, 1963). Значит. успех МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯб.-первый химический синтез гена, который осуществил в 1968 X. Корана. Данные о химический природе и тонком строении генов способствовали разработке методов их выделения (впервые осуществлено в 1969 Дж. Беквитом).

Исследование механизма биосинтеза белка позволило установить так называемой центральное постулат, характеризующий движение генетич. информации: ДНК—> матричная рибонуклеи-новая кислота (мРНК) —> белок (существование мРНК впервые предсказано Белозерским 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 организме белков и нуклеиновых кислот осуществляется по типу матричного синтеза, для которого необходима матрица, или "шаблон",-исходная полимерная молекула, которая предопределяет последовательность нуклеотидов (аминокислот) в синтезируемой копии (гипотеза о таком механизме синтеза биополимеров сформулирована в 1928 Н. К. Кольцовым). Такими матрицами являются ДНК при репликации и транскрипции (синтез мРНК на матрице ДНК), а также мРНК при трансляции (синтезе белка на матрице мРНК). Важное значение имело открытие обратной транскрипции, т.е. синтеза ДНК на матрице РНК, которое происходит у онкогенных РНК-содержащих вирусов с помощью спец. фермента - обратной транскриптазы (X. Темин и Д. Балтимор, 1970). Открытие генетического кода (его концепция сформулирована А. Даунсом и Г. Гамовым в 1952-54, а расшифровка осуществлена МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ Ниренбергом,

X. Маттеи, С. Очоа и Кораной в 1961-65) позволило установить соотношение последовательности нуклеотидов в нуклеиновых кислотах с последовательностью аминокислот в белках. Регуляция синтеза белка наиболее изучена на уровне транскрипции. Для объяснения механизма регуляции важное значение имеет концепция оперона (совокупность связанных между собой генов и прилегающих к ним регуляторных участков), разработанная Жакобом и Ж. Моно в 1959, открытие белков-репрессоров (подавляют транскрипцию гена; см. Регуляторные белки), аллостерич. регуляции (изменение скорости транскрипции в зависимости от активности ферментов, участвующих в этом процессе) и регуляции по принципу обратной связи (см. также Регуляторы ферментов).

К сер. 60-х гг. 20 в. утвердилось представление об универсальности основные черт строения и функции гена как сложной линейной структуры ДНК, который в результате транскрипции и последующей трансляции определяет первичную структуру по-липептидной цепи.

М.б. рассматривает также ряд др. вопросов фундаментального и прикладного характера. Большой интерес и значение имеют исследования репараций (исправлений) повреждений генома, причиненных коротковолновой радиацией, мутагенами и др. Большую самостоят. область составляют исследования механизма действия ферментов, основанные на представлениях о трехмерной структуре белков и роли слабых межмол. взаимодействий. Выяснены многие дета-ли строения и развития вирусов, в особенности бактериофагов (вирусов бактерий). Изучение гемоглобинов у лиц, страдающих серповидно-клеточной анемией и др. гемогло-бинопатиями, положило начало изучению структурной основы "молекулярных болезней" - врожденных ошибок метаболизма.

Важная область МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯб.-генетическая инженерия, разрабатывающая методы конструирования наследств. структур в виде молекул рекомбинантных ДНК. Применение методов генетич. инженерии позволило в короткие сроки выделить многочисленные гены и установить в них последовательность нуклеотидов. Таким образом были обнаружены мигрирующие генетические элементы (впервые предсказаны Б. Мак-Клинток в кон. 40-х гг. 20 в.), установлена мол. природа вариабельности молекул антител, открыта прерывистость в структуре эукариотич. генов и установлены новые принципы регуляции их активности. На базе генетич. инженерии стала активно развиваться биотехнология, связанная с производством пептидов и белков, таких, как человеческие гормон роста, инсулин, интерфероны и др. Целенаправленное изменение структуры генов и их регуляторных областей и введение таких генов в бактериальные, животные и растит. клетки позволило создавать трансгенные организмы, способные вырабатывать новые белки (белковая инженерия) и придавать новые свойства этим организмам.

Для проведения исследований в МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ б. широко используют физических-химический методы и биологическое эксперименты. Применяют различные виды хроматографии, ультрацентрифугирование, рентгено-структурный анализ, электронную микроскопию, ЭПР, ЯМР и изотопные индикаторы, используют также син-хротронное (магнитно-тормозное) излучение, дифракцию нейтронов, мёссбауэровскую спектроскопию и лазерную технику. В экспериментах широко применяют модельные системы "ин витро" и мутагены.

Важное практическое значение МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ б. играет в развитии с. х-ва (направленное и контролируемое изменение наследств. аппарата животных и растений для получения высокопродуктивных пород и сортов), микробиологическое промышлености (см., например, Микробиологический синтез), в развитии теоретич. основ различные разделов медицины. Актуальные проблемы МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯб.-исследование мол. механизмов злокачественного роста клеток, поиск способов предупреждения наследств. заболеваний, познание механизмов памяти, дальнейшее изучение механизмов действия ферментов, гормонов, лек. и токсич. веществ.

Химическая энциклопедия. Том 3 >> К списку статей