Основы молекулярной биологии Лекция 1 Молекулярная биология

Основы молекулярной биологии Лекция 1

Молекулярная биология История термина

Впервые употребил термин «молекулярная биология» Уоррен Уивер в 1938 г. «…в тех пограничных областях, физика и химия пересекаются с биологией, постепенно возникает новый раздел науки – молекулярная биология…» l

Молекулярная биология – это…нелегальная биохимия… (Эрвин Чаргафф)

Закрепился термин "молекулярная биология" благодаря Фрэнсису Крику, которому надоело в ответ на вопрос о его профессии объявлять себя смесью кристаллографа, биохимика, биофизика и генетика. Френсис Крик

Mолекулярная биология - это наука о механизмах хранения, воспроизведения, передачи и реализации генетической информации, о структуре и функциях нерегулярных биополимеров - нуклеиновых кислот и белков

Доказательства генетической роли нуклеиновых кислот опыты Фредерика Гриффита 1928 г.

опыты Ф. Гриффита 1928 г. Пневмококки (Streptococcus pneumoniae) - бактерии, pneumoniae вызывающие пневмонию. 1. Капсульный S-штамм – патогенный (вирулентный), при инфицировании им мыши погибают. 2. Бескапсульный R-штамм- непатогенный. Суть опыта: При введении смеси убитых нагреванием (т. е. , потерявших вирулентность) капсульных пневмококков S-штамма и живых бескапсульных R-штамма, мыши погибали в результате размножения капсульных вирулентных форм S-штамма.

Опыты Гриффита После заражения пневмококками капсульного патогенного (вирулентного) штамма мыши погибают. Капсульные пневмококки размножаются.

Опыты Гриффита При инфицировании пневмококками бескапсульного непатогенного штамма животные не погибают. Бескапсульные пневмококки не размножаются.

Опыты Гриффита После заражения пневмококками капсульного патогенного (вирулентного) штамма, предварительно убитыми нагреванием, мыши не погибают. Пневмококки не размножаются.

Опыты Гриффита При введении мышам одновременно бескапсульных невирулентных пневмококков и капсульных, убитых нагреванием, животные погибают. Капсульные пневмококки размножаются.

Опыты Гриффита Обнаруженное явление Гриффит назвал трансформацией. Трансформация – это приобретение одним организмом некоторых признаков другого организма за счет захвата его части.

Основные этапы развития молекулярной биологии 1. Романтический период (1935 -1953 гг. ) 1935 г. Макс Дельбрюк и Сальвадор Лурия – изучение репродукции фагов и вирусов, представляющих собой комплексы нукле. Сальвадор Лурия иновых кислот с белками Макс Дельбрюк

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. Эдуард Татум Джордж Бидл

Освальд Эйвери 1944 г. Освальд Эйвери, Колин Мак-Леод, Маклин Мак-Карти доказали роль ДНК в хранении генетической информации. Колин Маклеод

В 1944 г. эксперимент Гриффита был повторен Освальд Эйвери, Колин Мак-Леодом и Маклин Мак-Карти Они смешивали бескапсульных пневмококков с взятыми от капсульных белками, полисахаридами или ДНК. В результате этого эксперимента была выявлена природа трансформирующего фактора. Трансформирующим фактором оказалась ДНК.

Эксперимент Альфреда Херши и Марты Чейз. 1952 г. Марта Чейз (1927– 2003) и Альфред Херши (1908– 1997)

Бактериофаг T 2 – один из наиболее изученных фагов кишечной палочки (Escherichia coli)

Эксперимент Альфреда Херши и Марты Чейз. 1952 г. Суть опыта: Фаги, у которых белковая оболочка была мечена радиоактивной серой (S 35), а ДНК радиоактивным фосфором (Р 32), инкубировали с бактериями. Затем бактерии отмывали. В смывных водах не обнаруживали Р 32, а в бактериях - S 35 Следовательно, внутрь попала только ДНК. Через несколько минут из бактерии выходили десятки полноценных фагов, содержащих и белковую оболочку, и ДНК.

Эксперимент Альфреда Херши и Марты Чейз. Фаги, у которых белковая оболочка была мечена радиоактивной серой (S 35), а ДНК - радиоактивным фосфором (Р 32), инкубировали с бактериями.

Эксперимент Альфреда Херши и Марты Чейз. Бактерии отмывали. В смывных водах не обнаруживали Р 32, а в бактериях - S 35. В то же время большая часть Р 32 оказалась внутри бактериальных клеток, а вся S 35 - в окружающей среде.

Эксперимент Альфреда Херши и Марты Чейз. Следовательно, внутрь попала только ДНК. Через несколько минут из бактерии выходили десятки полноценных фагов, содержащих немеченую белковую оболочку, и ДНК, меченую Р 32.

Эксперимент Альфреда Херши и Марты Чейз. Отсюда следовал однозначный вывод о том, что именно ДНК выполняет генетическую функцию - несет информацию, как о создании новых копий ДНК, так и о синтезе фаговых белков.

Опыты Френкеля-Конрада 1957 г. ФРЭНКЕЛЬ-КОНРАД Хейнц 1910 - 1999

Опыты Френкеля-Конрада 1957 г. Суть опыта: Френкель-Конрат работал с вирусом табачной мозаики (ВТМ). ВТМ В вирусе ВТМ содержится РНК, а не ДНК. 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.

Опыты Френкеля-Конрада РНК покрыта белковой облочкой. Вирус можно "разобрать" и "собрать" снова, но уже так, что РНК вируса одного штамма будет окружена белковой оболочкой вируса другого штамма.

Опыты Френкеля-Конрада После смены белковой оболочки "переодетые" вирусы вызывали картину поражения, характерную для того штамма, чья РНК была покрыта чужим белком (на рисунке - штамм 1).

Опыты Френкеля-Конрада Не только ДНК, но и РНК может служить носителем генетической информации.

1953 г. Морис Уилкинс Джеймс Уотсон, Френсис Крик и Морис Уилкинс Розалинда Франклин удостоены Нобелевской премии за создание модели двойной спирали ДНК

"Эта структура имеет новые свойства, представляющие значительный биологический интерес", - с такого заявления начинается статья, опубликованная в журнале Nature 25 апреля 1953 г. Ее авторы Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик предложили модель структуры ДНК - двойную спираль, которая произвела настоящую революцию в молекулярной биологии и генетике.

Хронология открытий, подготовивших создание Уотсоном и Криком модели ДНК 1868 г. Обнаружен нуклеин. Современное название - хроматин. Фридрих Мишер 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. Пол Левин 1930 г. Найдена дезоксирибоза. Пол Левин 1938 г. Рентгеноструктурный анализ показал, что расстояние между нуклеотидами в ДНК 3, 4 Å. 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 C=O. 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

Основные этапы развития молекулярной биологии 2. Догматический период (1953 -1962 гг. ) Сформулирована центральная догма молекулярной биологии: Перенос генетической информации идет в направлении ДНК РНК белок.

В 1961 г. Сеймур Бензер и Френсис Крик экспериментально доказали триплетность кода и его компактность. 1961 г. Андре Львов, Франсуа Жакоб, Жак Моно открыли генетические механизмы регуляции синтеза ферментов. В 1962 г. Маршалл Нирнберг, Генрих Маттеи, Северо Очоа расшифровали генетический код.

Основные этапы развития молекулярной биологии 3. Академический период с 1962 г. по настоящее время 1967 г. Артур Корнберг (неформальный лидер молекулярной биологии) осуществил синтез in vitro биологически активной ДНК. 1970 г. Гобинд Корана провел химический синтез гена. 1970 г. Говард Темин, Дэвид Балтимор, Ренато Дульбеко открыли фермент обратную транскриптазу и явления обратной транскрипции 1971 г. Пол Берг сконструировал р. ДНК 1972 г. Хар Гобинд Корана синтезировал полноразмерный ген т. РНК 1973 г. Стэнли Коуэн и Герберт Бойер разработали технологию рекомбинантных ДНК. 1974 г. Гамильтон Смит, Даниэль Натанс, Вернер Арбер открыли бактериальные рестриктазы. 1978 г. Филипп Шарп открыл и описал процесс сплайсинга РНК. 1982 г. Томас Чек открыл явление автосплайсинга.

Нобелевская премия по химии за 2006 год За открытие механима транскрипции у эукариот. Роджер Корнберг

Нобелевская премия по физиологии и медицине за 2006 год За исследования в области генетики. Открытие феномена РНКинтерференции. Эндрю Файр и Крейг Мелло

Нобелевская премия по физиологии и медицине 2007 г. Марио Капекки, Оливер Смитис и сэр Мартин Эванс «открытие принципов введения специфических генных модификаций в организм мышей посредством эмбриональных стволовых клеток» , то есть за изобретение метода нокаута генов.

Нобелевская премия по химии 2008 г Осаму Симомура, Роджер Тсиен, Мартин Чалфи «За открытие и развитие зеленого флуоресцентного белка (GFP)» . Осаму Симомура Мартин Чалфи Роджер Тсиен

Нобелевская премия по физиологии и медицине 2009 г. Элизабет Блэкберн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак «за открытие того, как теломеры и фермент теломераза защищают хромосомы» .

Нобелевская премия по химии 2009 г Векатраман Рамакришнан, Томас Стайц, Ада Йонат "за исследования структуры и функции рибосомы"

Нобелевская премия по химии 2012 г Роберт Левковиц, Браян Кобилке "за исследования в сфере клеток и восприятия человека, а именно рецепторов, сопряженных с G-белками, являющихся «посредниками» в передаче различных внутриклеточных сигналов. "

Нобелевская премия по физиологии и медицине 2012 г. Синъя Яманака и Джон Гердон «за работы по стволовым клеткам и клонированию животных» .