История молекулярной биологии
-
История молекулярной биологии
- Молекулярная биология возникла в 1930-х годах как объединение биохимии, генетики, микробиологии, вирусологии и физики.
- Физики и химики заинтересовались молекулярной биологией, чтобы понять жизнь на фундаментальном уровне.
-
Основные направления молекулярной биологии
- Молекулярная биология изучает макромолекулы: нуклеиновые кислоты (ДНК) и белки.
- Цель — понять структуру, функции и взаимосвязи между этими макромолекулами.
-
Ранние проявления молекулярной биологии
- В 1938 году Уоррен Уивер предложил термин «молекулярная биология».
- В 1940 году Джордж Бидл и Эдвард Татум показали взаимосвязь между генами и белками.
- В 1944 году Освальд Эйвери доказал, что гены состоят из ДНК.
- В 1952 году Альфред Херши и Марта Чейз подтвердили, что генетический материал бактериофага состоит из ДНК.
- В 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик открыли двойную спиральную структуру ДНК.
-
Основные открытия
- В 1961 году Франсуа Жакоб и Жак Моно показали, что продукты генов регулируют экспрессию других генов.
- В 1965 году была определена взаимосвязь между информацией в ДНК и структурой белков.
- В 2023 году ученые подтвердили участие Розалинд Франклин в открытии ДНК.
-
Исследование молекулярного господства
- Молекулярная революция — кульминация длительного процесса, начавшегося с микроскопических наблюдений.
- Успехи достигнуты благодаря новым технологиям: дифракции рентгеновских лучей, электронной микроскопии, ультрацентрифугирования и электрофореза.
-
Столкновение биохимии и генетики
- Биохимия изучает структуру и функции молекул живых организмов.
- Генетика изучает законы наследственности и механизмы действия генов.
- Молекулярные биологи определили структуру и взаимоотношения между генами и белками.
-
Выбор моделей для изучения
- Бактерии и их вирус бактериофаг выбраны как модели для изучения фундаментальных механизмов жизнедеятельности.
- Макс Дельбрюк создал группу «Фаг» для изучения бактериофага Т4.
-
Основные достижения
- В 1961 году Сидни Бреннер и другие показали триплетный код генетического кода белков.
- Генетический код определяет последовательность аминокислот в белках.
-
Изучение фага Т4
- В 1962-1964 годах исследовали функцию генов фага Т4.
- Открытие янтарных и температурных мутантов способствовало пониманию функций белков.
- Понимание репликации, репарации и рекомбинации ДНК.
- Выяснение роли кодонов.
-
Географическая панорама развития биологии
- США и Великобритания лидировали в генетике и биохимии.
- Германия не смогла сыграть ключевую роль из-за эмиграции ученых.
- Молекулярная биология стала международной наукой.
-
История биохимии ДНК
- Первое выделение ДНК в 19 веке.
- Фридрих Мишер открыл нуклеин в 1869 году.
- Феб Левен идентифицировал компоненты ДНК в 1919 году.
- Торбьерн Касперссон и Эйнар Хаммерстен показали, что ДНК — полимер.
-
Хромосомы и наследуемые признаки
- Николай Кольцов предположил, что наследственные признаки передаются через ДНК.
- Макс Дельбрюк и другие показали, что хромосомы могут быть изменены рентгеновскими лучами.
- Уильям Эстбери получил первые рентгенограммы ДНК в 1937 году.
-
Открытие структуры ДНК
- В 1950-х годах три группы ученых работали над структурой ДНК.
- Морис Уилкинс и Розалинд Франклин получили дифракционные картины.
- Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон построили физические модели.
-
Спиральная структура
- Лайнус Полинг предположил спиральную структуру белков.
- Уотсон и Крик продолжили моделирование, используя данные Розалинд Франклин.
- В 1953 году Уотсон и Крик предложили модель структуры ДНК.
-
Комплементарные нуклеотиды
- Эрвин Чаргафф заметил, что пропорции нуклеотидов варьируются.
- Уотсон и Крик использовали данные Чаргаффа и Розалинд Франклин для создания модели.
- Модель была принята после проверки Розалинд Франклин.
-
«Центральная догма»
- Модель Уотсона и Крика вызвала большой интерес.
- В 1962 году Уотсон, Крик и Уилкинс получили Нобелевскую премию за открытие структуры ДНК.
-
Центральная догма молекулярной биологии
- Крик сформулировал «гипотезу последовательности» в 1957 году
- Эксперимент Мезельсона-Шталя подтвердил механизм репликации в 1958 году
-
Идентификация мРНК
- Бреннер, Мезельсон и Джейкоб идентифицировали мРНК в 1961 году
- Крик и его коллеги показали, что генетический код основан на кодонах
-
История третичной структуры РНК
- Ранние работы сосредоточены на выделении нативных полимеров РНК
- В 1955 году Грюнберг-Манаго описала фермент полинуклеотидфосфорилазу
- В конце 1950-х и начале 1960-х годов исследовались различные свойства РНК
-
Кристаллическая структура тРНКАФЕ
- В 1965 году Холли и соавт. очистили и секвенировали первую молекулу тРНК
- В 1971 году Ким и др. создали кристаллы тРНКАФЕ дрожжей
- В 1973 году Ким и соавт. составили карту молекулы тРНК
-
Возрождение структурной биологии РНК
- В течение 20 лет после tRNAPHE структура РНК не продвинулась
- Идентификация рибозимов и их структурное изучение
- В 1994 году Маккей и соавт. опубликовали структуру комплекса рибозим-ингибитор РНК-ДНК
- В 1997 году Дудна опубликовала структуру доменов P4-P6 интрона группы I Tetrahymena
-
Современная эпоха структурной биологии РНК
- Возрождение структурной биологии РНК в середине 1990-х годов
- Множество важных вкладов в область с момента публикации конструкций hammerhead и P4-6
-
История биохимии белка
- Белки были выделены в XVIII веке Антуаном Фуркруа.
- В XIX веке Герхардус Йоханнес Малдер провел элементный анализ белков и предложил гипотезу о едином основном веществе белков.
- В 1902 году Франц Хофмайстер и Эмиль Фишер предложили теорию о линейной структуре белков.
-
Очистка и измерение массы белков
- Минимальная молекулярная масса белков составляла около 9 кДа.
- Теодор Сведберг доказал, что белки представляют собой макромолекулы.
- Гилберт Смитсон Адэр и Фредерик М. Ричардс показали, что некоторые белки являются нековалентными ассоциациями.
-
Сворачивание белков и первые структурные модели
- В 1910 году Харриет Чик и К. J. Мартин показали, что денатурация белка обратима.
- В 1929 году Сянь Ву предложил гипотезу о конформационном изменении при денатурации.
- В начале 1960-х годов Крис Анфинсен подтвердил термодинамическую гипотезу сворачивания белка.
-
Физические взаимодействия и стабилизация структур
- Дороти Ринч и Ирвинг Ленгмюр предложили гипотезу о гидрофобных взаимодействиях.
- Лайнус Полинг отстаивал идею о водородных связях.
- Уолтер Каузман и Кай Линдерстром-Ланг внесли вклад в понимание гидрофобных взаимодействий.
-
Методы исследования структуры белков
- В 1950-х годах были разработаны спектроскопические методы исследования структуры белка.
- В 1960-х годах рентгеновская кристаллография и ЯМР-анализ позволили получить структуры белков с атомным разрешением.
- По состоянию на 2019 год банк данных о белках содержит более 150 000 структур с атомарным разрешением.