Слайд 1Введение в молекулярную биологию
Слайд 21. Понятие «молекулярная биология».
2. Предмет, задачи и методы
МБ.
3. Масштабы объектов МБ.
4. Успехи и перспективы развития МБ.
Слайд 31. Понятие «молекулярная биология».
Слайд 4МБ возникла во второй половине 20 века. Впервые термин «молекулярная
биология» употребил Уоррен Уивер – знаменитый руководитель отдела естественных наук
Рокфеллеровского фонда, оказавший поддержку многим из числа исследователей, работавших в этой области.
Слайд 5Определяющее значение для рождения МБ имела разработка тонких физических и
химических методов анализа структуры и функций молекул, свойственных всем живым
системам и прежде всего клетке как элементарной и универсальной составляющей всех организмов. Стимулом для развития МБ стали успехи, а главное – нерешенные проблемы биохимии, цитологии и генетики. Эти науки создали почву для МБ.
Слайд 6Молекулярная биология – это наука, занимающаяся изучением жизни на атомно-молекулярном
уровне.
Молекулярная биология – это раздел науки, изучающий функционирование живых организмов
сквозь призму химической структуры входящих в их состав молекул и атомов.
Слайд 7Молекулярная биология – это наука об особенностях строения и свойств
молекул, которые обеспечивают существование биологической формы движения материи.
Молекулярная биология
– наука, изучающая форму, агрегацию и пространственное расположение молекул и внутримолекулярных групп тех основных компонентов, которые образуют клеточную систему как единое целое.
Слайд 8Отличительной чертой МБ является исследование структуры макромолекул и ее связи
с функцией.
Слайд 92. Предмет, задачи и методы МБ.
Слайд 10 Предметом м/б является изучение важнейших высокомолекулярных веществ живой природы
– белков и нуклеиновых кислот, их структуры и функций, а
также их синтеза в клетке.
Слайд 11М/б занимается изучением различных форм важнейших биологических макромолекул и эволюции
этих форм. Она изучает главным образом структуру нуклеиновых кислот, белков,
других макромолекул, а также структуру важнейших клеточных компонентов – хромосом, рибосом, мембран, мышечных волокон – на атомно-молекулярном уровне с целью выяснения механизма их функционирования.
Слайд 12Задачи молекулярной биологии:
выяснение структуры макромолекул;
выяснение влияния структуры биологической макромолекулы на
ее функции;
изучение основных принципов и механизмов клеточной саморегуляции;
расшифровка структуры геномов;
Слайд 13создание банков генов;
изучение молекулярных основ эволюции, дифференцировки, биоразнообразия, развития и
старения, канцерогенеза, иммунитета и др.;
создание методов диагностики и лечения
генетических болезней, вирусных заболеваний;
Слайд 14создание новых биотехнологий производства пищевых продуктов и разнообразных биологически активных
соединений (гормонов, антигормонов, релизинг-факторов, энергоносителей и др.) и т.д.
Слайд 15Методы молекулярной биологии
метод меченых атомов;
ультрацентрифугирование;
электрофорез;
различные разновидности хроматографических методов исследования;
Слайд 16разнообразные оптические методы;
рентгеноструктурный анализ;
микроскопия и др.
Слайд 17Эти методы позволили проникнуть в самые глубокие недра клетки и
открыть новые факты при изучении таких основных жизненных явлений, как
размножение, рост, развитие, наследственность и изменчивость.
Слайд 19Отношение размеров живых организмов к размерам атомов может быть порядка
1011. Самый крупный живой организм (например, дерево) достигает 30 м
в своем наибольшем измерении, в то время как диаметр атома углерода составляет примерно 0,3 нм (т.е. 0,3·10-9 м). Чтобы перекрыть весь этот диапазон, потребовались различные уровни организации: организм в целом, ткани, отдельные клетки, внутриклеточные (субклеточные) органеллы, макромолекулы и, наконец, составляющие их атомы.
Слайд 21Живые организмы по типу составляющих их клеток можно разделить на
эукариот и прокариот. У эукариот ДНК генома окружена ядерной оболочкой,
т.е. эукариотические клетки имеют ядро, в то время как у прокариот отчетливо выраженное ядро отсутствует.
Слайд 32Многоклеточные организмы представляют собой организованную совокупность клеток. Основные группы таких
организмов – это растения, животные, грибы и некоторые колониальные виды
бактерий и сине-зеленых водорослей. В многоклеточных колониях прокариот все клетки одинаковы, тогда как в эукариотических организмах клетки различаются по форме и функциям, т.е. дифференцированы. Размеры самого организма могут варьировать (от 50 мкм до 30 и более метров), однако размеры составляющих их клеток близки друг к другу: их средний диаметр заключен в пределах от 10 до 50 мкм.
Слайд 38 Одноклеточные организмы могут быть как эукариотами, так и прокариотами.
Принадлежащая к эукариотам одноклеточная амеба (диаметр 100 мкм) в несколько
раз крупнее большинства эукариотических клеток (10-50 мкм) многоклеточных растений и животных. Среди прокариот известны как чрезвычайно большие, так и очень маленькие клетки.
Слайд 39Клетка может быть определена как минимальная единица жизни, способная к
самовоспроизведению. Все клетки содержат множество структурных единиц меньшего размера, называемых
органеллами, которые выполняют специфические функции. Эти органеллы окружены со всех сторон жидкой цитоплазмой, а сама клетка отграничена от окружающей среды липидно-белковой оболочкой, которая называется клеточной мембраной.
Слайд 40Органеллы – это находящиеся в клетке структуры, которые выполняют те
или иные специфические функции. Они содержат разные наборы биологических молекул
и служат для разделения клетки на области. Размеры органелл варьируют от 20 нм до 10 мкм. Наиболее крупные органеллы, такие, как ядра, митохондрии и хлоропласты, обнаружены пока только в клетках эукариот (их диаметр 1-10 мкм). Более мелкие органеллы, такие, как рибосомы обнаружены в клетках как эукариот, так и прокариот (d≈20 нм).
Слайд 41Гены заключают в себе информацию, определяющую структуру и функцию клетки.
Все гены состоят из ДНК, и каждая клетка может содержать
многие тысячи генов. Последние присутствуют там не в виде отдельных фрагментов молекулы ДНК, а входят в состав более крупных структурных единиц, называемых хромосомами. Эти хромосомы копируются (реплицируются) в процессе деления клетки, и новые, дочерние, клетки получают точную копию набора родительских генов. Таким способом все особенности клетки передаются, или наследуются, из поколения к поколению.
Слайд 44Вирусы можно считать просто некой совокупностью макромолекул. Диаметр вирусной частицы
составляет от 20 до 300 нм. Таким образом, вирусы значительно
меньше самых мелких клеток и не способны к самовоспроизведению без содействия синтезирующего аппарата клетки-хозяина. Вирусы можно также условно отнести к одному из двух типов на основе принадлежности клетки-хозяина к прокариотам или эукариотам.
Слайд 45Макромолекулы – белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды – представляют собой
гигантские молекулы, размеры которых варьируют от 3 до 300 нм.
Малые
молекулы, как правило, имеют диаметр от 0,5 до 1 нм. Особенно важную роль в биологии играют три класса малых молекул – аминокислоты, нуклеотиды и моносахариды. Они служат «кирпичиками», из которых строятся полимерные биологические макромолекулы.
Слайд 46Атомы углерода, кислорода, азота и водорода, из которых в основном
и состоят биологические молекулы, имеют диаметр менее 0,4 нм. В
каждом атоме есть ядро, состоящее из протонов (искл. – водород) и нейтронов; вокруг ядра, на разных расстояниях от него, вращаются электроны, причем расстояние до ядра однозначно задается энергией электрона. Поведение малых молекул определяется свойствами тех атомов, из которых они состоят.
Слайд 474. Успехи и перспективы развития МБ.
Слайд 48В области м/б достигнуты большие успехи и открылись грандиозные перспективы,
т.к. все функциональные и физико-химические процессы практически разыгрываются в молекулярных
структурах клетки и на молекулярном уровне.
Слайд 49Особое влияние на развитие общей биологии оказали следующие достижения м/б:
установление
строгого соответствия между последовательностью аминокислот в полипептидной цепи и конформацией
белковой молекулы, с одной стороны, и определенными биологическими свойствами – с другой;
выявление активных групп различных ферментов;
создание в 1953 г. молекулярной модели ДНК (Уотсон и Крик);
формирование современных представлений о стереохимии макромолекул;
Слайд 50вскрыта химическая природа многих вирусов и механизмов вирусной инфекции;
расшифрованы основные
этапы биосинтеза белка;
раскрыта сущность генетического кода, основанного на молекулярной структуре
ДНК;
тем самым химически и физически конкретизирована природа мутаций – основы эволюции и изменчивости живого мира и др.
Слайд 51Успехи м/б способствуют выяснению проблем генетики (через молекулярную генетику), биохимии
и патологии (обнаружение болезней, обусловленных молекулярными нарушениями).
Экспериментальные данные по м/б
и их интерпретация в смысле понимания различных биологических явлений имеют большое философское значение. Именно на основании исследований на молекулярном уровне материализовались наши представления о таких жизненных явлениях как наследственность и изменчивость, а также о специфических синтезах важнейших биополимеров – белков и нуклеиновых кислот.