आणविक जीव विज्ञान
एक विज्ञान जो अपने कार्य के रूप में जीवन की घटनाओं की प्रकृति के ज्ञान को आणविक स्तर तक पहुंचने वाले स्तर पर जैविक वस्तुओं और प्रणालियों का अध्ययन करके निर्धारित करता है, और कुछ मामलों में इस सीमा तक भी पहुंच जाता है। अंतिम लक्ष्य यह पता लगाना है कि कैसे और किस हद तक जीवन की विशिष्ट अभिव्यक्तियाँ, जैसे आनुवंशिकता, अपनी तरह का प्रजनन, प्रोटीन जैवसंश्लेषण, उत्तेजना, वृद्धि और विकास, सूचना का भंडारण और संचरण, ऊर्जा रूपांतरण, गतिशीलता, आदि। जैविक रूप से महत्वपूर्ण पदार्थों के अणुओं की संरचना, गुणों और परस्पर क्रिया के कारण, मुख्य रूप से उच्च आणविक भार बायोपॉलिमर के दो मुख्य वर्ग (बायोपॉलिमर देखें) -
प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड। एम.बी. की एक विशिष्ट विशेषता। - निर्जीव वस्तुओं या जीवन की सबसे आदिम अभिव्यक्तियों में निहित जीवन की घटनाओं का अध्ययन। ये सेलुलर स्तर और नीचे से जैविक संरचनाएं हैं: उप-कोशिकीय अंग, जैसे पृथक कोशिका नाभिक, माइटोकॉन्ड्रिया, राइबोसोम, गुणसूत्र, कोशिका झिल्ली; आगे - सिस्टम जो जीवित और निर्जीव प्रकृति की सीमा पर खड़े होते हैं - बैक्टीरियोफेज सहित वायरस, और जीवित पदार्थ के सबसे महत्वपूर्ण घटकों के अणुओं के साथ समाप्त होते हैं - न्यूक्लिक एसिड और प्रोटीन।
एम. बी. - प्राकृतिक विज्ञान का एक नया क्षेत्र, अनुसंधान के लंबे समय से स्थापित क्षेत्रों से निकटता से जुड़ा हुआ है, जो जैव रसायन (बायोकेमिस्ट्री देखें), बायोफिजिक्स (बायोफिजिक्स देखें), और बायोऑर्गेनिक केमिस्ट्री (बायोऑर्गेनिक केमिस्ट्री देखें) द्वारा कवर किया गया है। उपयोग की जाने वाली विधियों और उपयोग किए गए दृष्टिकोणों की मौलिक प्रकृति को ध्यान में रखते हुए ही यहां भेद संभव है। जिस नींव पर एम। बी। विकसित किया गया था, ऐसे विज्ञान द्वारा आनुवंशिकी, जैव रसायन, प्राथमिक प्रक्रियाओं के शरीर विज्ञान, आदि के रूप में रखा गया था। इसके विकास की उत्पत्ति के अनुसार, एम। बी। आणविक आनुवंशिकी के साथ अटूट रूप से जुड़ा हुआ है (आणविक आनुवंशिकी देखें) ,
जो अब भी एम.बी. का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बना हुआ है, हालांकि यह पहले से ही एक स्वतंत्र अनुशासन में काफी हद तक बन चुका है। एम. का अलगाव जैव रसायन से निम्नलिखित विचारों से तय होता है। जैव रसायन के कार्य मुख्य रूप से कुछ जैविक कार्यों और प्रक्रियाओं में कुछ रासायनिक पदार्थों की भागीदारी और उनके परिवर्तनों की प्रकृति को स्पष्ट करने तक सीमित हैं; प्रमुख महत्व प्रतिक्रियाशीलता और मुख्य विशेषताओं के बारे में जानकारी से संबंधित है रासायनिक संरचनासामान्य रासायनिक सूत्र द्वारा व्यक्त किया गया। इस प्रकार, संक्षेप में, मुख्य-संयोजक रासायनिक बंधनों को शामिल करने वाले परिवर्तनों पर ध्यान केंद्रित किया जाता है। इस बीच, जैसा कि एल. पॉलिंग ने जोर दिया था ,
वी जैविक प्रणालीआह और महत्वपूर्ण गतिविधि की अभिव्यक्तियाँ, मुख्य महत्व एक अणु के भीतर अभिनय करने वाले मुख्य वैलेंस बॉन्ड को नहीं, बल्कि विभिन्न प्रकार के बॉन्ड को सौंपा जाना चाहिए जो इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन (इलेक्ट्रोस्टैटिक, वैन डेर वाल्स, हाइड्रोजन बॉन्ड, आदि) का कारण बनते हैं। जैव रासायनिक अनुसंधान का अंतिम परिणाम रासायनिक समीकरणों की एक या दूसरी प्रणाली के रूप में प्रस्तुत किया जा सकता है, आमतौर पर एक विमान पर उनकी छवि से पूरी तरह से समाप्त हो जाता है, यानी दो आयामों में। एम.बी. की एक विशिष्ट विशेषता। इसकी त्रि-आयामीता है। एम. का सार। एम. पेरुट्ज़ इसे आणविक संरचना के संदर्भ में जैविक कार्यों की व्याख्या में देखते हैं। हम कह सकते हैं कि यदि पहले, जैविक वस्तुओं का अध्ययन करते समय, "क्या" प्रश्न का उत्तर देना आवश्यक था, अर्थात कौन से पदार्थ मौजूद हैं, और प्रश्न "कहाँ" - किन ऊतकों और अंगों में, तो एम। बी। प्रश्न "कैसे" का उत्तर प्राप्त करने के लिए अपना कार्य निर्धारित करता है, अणु की संपूर्ण संरचना की भूमिका और भागीदारी का सार सीखता है, और "क्यों" और "क्यों" प्रश्नों को स्पष्ट करता है, एक तरफ, अणु के गुणों (फिर से, मुख्य रूप से प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड) और इसके द्वारा किए जाने वाले कार्यों और दूसरी ओर, महत्वपूर्ण गतिविधि की अभिव्यक्तियों के सामान्य परिसर में ऐसे व्यक्तिगत कार्यों की भूमिका के बीच संबंध। मैक्रोमोलेक्यूल की सामान्य संरचना, उनके स्थानिक संबंधों में परमाणुओं और उनके समूहों की पारस्परिक व्यवस्था द्वारा निर्णायक भूमिका निभाई जाती है। यह व्यक्तिगत, व्यक्तिगत, घटकों और समग्र रूप से अणु के सामान्य विन्यास दोनों पर लागू होता है। यह कड़ाई से निर्धारित वॉल्यूमेट्रिक संरचना के उद्भव के परिणामस्वरूप है कि बायोपॉलिमर अणु उन गुणों को प्राप्त करते हैं जिनके कारण वे जैविक कार्यों के भौतिक आधार के रूप में सेवा करने में सक्षम होते हैं। जीवित चीजों के अध्ययन के लिए दृष्टिकोण का यह सिद्धांत एम। बी की सबसे विशिष्ट, विशिष्ट विशेषता है। इतिहास संदर्भ। I.P. Pavlov ने आणविक स्तर पर जैविक समस्याओं पर अनुसंधान के अत्यधिक महत्व का पूर्वाभास किया ,
जिन्होंने जीवन के विज्ञान में अंतिम चरण के बारे में बात की - एक जीवित अणु का शरीर विज्ञान। बहुत शब्द "एम। बी। " पहली बार अंग्रेजी में इस्तेमाल किया गया था। आणविक संरचना और कोलेजन, रक्त फाइब्रिन या मांसपेशी सिकुड़ा प्रोटीन जैसे फाइब्रिलर (रेशेदार) प्रोटीन के भौतिक और जैविक गुणों के बीच संबंधों के स्पष्टीकरण से संबंधित अध्ययन के लिए वैज्ञानिक डब्ल्यू। एस्टबरी। शब्द "एम। बी। " 50 के दशक की शुरुआत से स्टील। 20 वीं सदी एम. का उदय। एक स्थापित विज्ञान के रूप में, यह 1953 को संदर्भित करने के लिए प्रथागत है, जब कैम्ब्रिज (ग्रेट ब्रिटेन) में जे। वाटसन और एफ। क्रिक ने डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड (डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड देखें) (डीएनए) की त्रि-आयामी संरचना की खोज की थी। इससे इस बारे में बात करना संभव हो गया कि इस संरचना का विवरण वंशानुगत जानकारी के भौतिक वाहक के रूप में डीएनए के जैविक कार्यों को कैसे निर्धारित करता है। सिद्धांत रूप में, डीएनए की यह भूमिका अमेरिकी आनुवंशिकीविद् ओटी एवरी और उनके सहयोगियों (आणविक आनुवंशिकी देखें) के काम के परिणामस्वरूप कुछ समय पहले (1944) ज्ञात हुई, लेकिन यह ज्ञात नहीं था कि यह कार्य किस हद तक आणविक पर निर्भर करता है डीएनए की संरचना। यह तभी संभव हुआ जब डब्ल्यूएल ब्रैग (देखें ब्रैग-वोल्फ स्थिति), जे. बर्नाल और अन्य की प्रयोगशालाओं में एक्स-रे संरचनात्मक विश्लेषण के नए सिद्धांतों को विकसित किया गया, जिन्होंने इस पद्धति के आवेदन को स्थानिक संरचना के विस्तृत ज्ञान के लिए प्रदान किया। प्रोटीन मैक्रोमोलेक्यूल्स और न्यूक्लिक एसिड। आणविक संगठन के स्तर। 1957 में जे. केंड्रू ने मायोग्लोबिन की त्रि-आयामी संरचना की स्थापना की ,
और बाद के वर्षों में यह हीमोग्लोबिन के संबंध में एम. पेरुट्ज़ द्वारा किया गया था। मैक्रोमोलेक्यूल्स के स्थानिक संगठन के विभिन्न स्तरों की अवधारणाएं तैयार की गईं। प्राथमिक संरचना परिणामी बहुलक अणु की श्रृंखला में व्यक्तिगत इकाइयों (मोनोमर्स) का अनुक्रम है। प्रोटीन के लिए, मोनोमर्स अमीनो एसिड होते हैं ,
न्यूक्लिक एसिड के लिए - न्यूक्लियोटाइड। हाइड्रोजन बांड की घटना के परिणामस्वरूप एक रैखिक, फिलामेंटस बायोपॉलिमर अणु, एक निश्चित तरीके से अंतरिक्ष में फिट होने की क्षमता रखता है, उदाहरण के लिए, प्रोटीन के मामले में, जैसा कि एल। पॉलिंग ने दिखाया, एक सर्पिल का आकार प्राप्त करते हैं . इसे द्वितीयक संरचना कहा जाता है। एक तृतीयक संरचना को तब कहा जाता है जब एक द्वितीयक संरचना वाला अणु त्रि-आयामी अंतरिक्ष को भरते हुए एक या दूसरे तरीके से आगे बढ़ता है। अंत में, त्रि-आयामी संरचना वाले अणु बातचीत कर सकते हैं, नियमित रूप से एक दूसरे के सापेक्ष अंतरिक्ष में स्थित होते हैं और एक चतुर्धातुक संरचना के रूप में नामित होते हैं; इसके व्यक्तिगत घटकों को आमतौर पर सबयूनिट कहा जाता है। एक त्रि-आयामी आणविक संरचना एक अणु के जैविक कार्यों को कैसे निर्धारित करती है, इसका सबसे स्पष्ट उदाहरण डीएनए है। इसमें एक डबल हेलिक्स की संरचना होती है: परस्पर विपरीत दिशा (एंटीपैरेलल) में चलने वाले दो धागे एक दूसरे के चारों ओर मुड़ जाते हैं, जो कि आधारों की पारस्परिक रूप से पूरक व्यवस्था के साथ एक डबल हेलिक्स बनाते हैं, अर्थात एक श्रृंखला के एक निश्चित आधार के विपरीत होता है। हमेशा ऐसा आधार जो हाइड्रोजन बांड के गठन को सर्वोत्तम रूप से प्रदान करता है: एडाइन (ए) थाइमिन (टी), गुआनिन (जी) के साथ एक जोड़ी बनाता है - साइटोसिन (सी) के साथ। यह संरचना डीएनए के सबसे महत्वपूर्ण जैविक कार्यों के लिए इष्टतम स्थिति बनाती है: आनुवंशिक जानकारी के इस प्रवाह की गुणात्मक अपरिवर्तनीयता को बनाए रखते हुए कोशिका विभाजन की प्रक्रिया में वंशानुगत जानकारी का मात्रात्मक गुणन। कोशिका विभाजन के दौरान, डीएनए के दोहरे हेलिक्स की किस्में, जो एक टेम्पलेट या टेम्पलेट के रूप में कार्य करती हैं, क्षतिग्रस्त हो जाती हैं और एंजाइमों की क्रिया के तहत उनमें से प्रत्येक पर एक पूरक नए स्ट्रैंड का संश्लेषण होता है। इसके परिणामस्वरूप, दो बेटी अणु, पूरी तरह से इसके समान, एक मां के डीएनए अणु से प्राप्त होते हैं (देखें सेल, मिटोसिस)।
इसी तरह, हीमोग्लोबिन के मामले में, यह पता चला कि इसका जैविक कार्य - फेफड़ों में ऑक्सीजन को उलटने की क्षमता और फिर इसे ऊतकों को देने की क्षमता - हीमोग्लोबिन की त्रि-आयामी संरचना की ख़ासियत और इसके परिवर्तनों से निकटता से संबंधित है। इसमें निहित अपनी शारीरिक भूमिका निभाने की प्रक्रिया। ओ 2 के बंधन और पृथक्करण के दौरान, हीमोग्लोबिन अणु की संरचना में स्थानिक परिवर्तन होते हैं, जिससे ऑक्सीजन के लिए इसमें निहित लौह परमाणुओं की आत्मीयता में परिवर्तन होता है। मात्रा में परिवर्तन के समान हीमोग्लोबिन अणु के आकार में परिवर्तन छातीश्वास, हीमोग्लोबिन को "आणविक फेफड़े" कहने की अनुमति है। में से एक सबसे महत्वपूर्ण विशेषताएंजीवित वस्तुएं - जीवन की सभी अभिव्यक्तियों को बारीक रूप से नियंत्रित करने की उनकी क्षमता। एम.बी. का एक प्रमुख योगदान। वी वैज्ञानिक खोजएक नए, पहले अज्ञात नियामक तंत्र का प्रकटीकरण माना जाना चाहिए, जिसे एलोस्टेरिक प्रभाव के रूप में नामित किया गया है। यह कम करने के लिए पदार्थों की क्षमता में निहित है आणविक वजन- तथाकथित। लिगैंड्स - मैक्रोमोलेक्यूल्स के विशिष्ट जैविक कार्यों को संशोधित करने के लिए, मुख्य रूप से उत्प्रेरक रूप से अभिनय करने वाले प्रोटीन - एंजाइम, हीमोग्लोबिन, रिसेप्टर प्रोटीन जो जैविक झिल्ली के निर्माण में शामिल होते हैं (जैविक झिल्ली देखें), सिनैप्टिक ट्रांसमिशन में (सिनेप्स देखें), आदि। तीन जैविक धाराएँ।एम. के अभ्यावेदन के आलोक में। जीवन की घटनाओं की समग्रता को तीन धाराओं के संयोजन के परिणाम के रूप में माना जा सकता है: पदार्थ की धारा, जो चयापचय की घटनाओं में अपनी अभिव्यक्ति पाती है, यानी, आत्मसात और प्रसार; ऊर्जा का प्रवाह, जो जीवन की सभी अभिव्यक्तियों के लिए प्रेरक शक्ति है; और सूचना का प्रवाह जो न केवल प्रत्येक जीव के विकास और अस्तित्व की प्रक्रियाओं की पूरी विविधता में व्याप्त है, बल्कि क्रमिक पीढ़ियों की एक सतत श्रृंखला भी है। यह सूक्ष्म जीव विज्ञान के विकास द्वारा जीवित दुनिया के सिद्धांत में पेश की गई जानकारी के प्रवाह का ठीक विचार है जो उस पर अपनी विशिष्ट, अनूठी छाप छोड़ता है। आणविक जीव विज्ञान में प्रमुख प्रगति।एम. बी. के प्रभाव की तीव्रता, दायरा और गहराई। जीवित प्रकृति के अध्ययन की मूलभूत समस्याओं को समझने में प्रगति की तुलना ठीक ही की जाती है, उदाहरण के लिए, परमाणु भौतिकी के विकास पर क्वांटम सिद्धांत के प्रभाव से। दो आंतरिक रूप से संबंधित स्थितियों ने इस क्रांतिकारी प्रभाव को परिभाषित किया। एक ओर, रासायनिक और भौतिक प्रयोगों के प्रकार के निकट, सरलतम परिस्थितियों में महत्वपूर्ण गतिविधि की सबसे महत्वपूर्ण अभिव्यक्तियों का अध्ययन करने की संभावना की खोज द्वारा एक निर्णायक भूमिका निभाई गई थी। दूसरी ओर, इस परिस्थिति के परिणामस्वरूप, जैविक समस्याओं के विकास में सटीक विज्ञान के प्रतिनिधियों की एक महत्वपूर्ण संख्या - भौतिकविदों, रसायनज्ञों, क्रिस्टलोग्राफरों और फिर गणितज्ञों की तेजी से भागीदारी हुई। अपनी समग्रता में, इन परिस्थितियों ने चिकित्सा विज्ञान के विकास की असामान्य रूप से तेज गति, केवल दो दशकों में प्राप्त की गई सफलताओं की संख्या और महत्व को निर्धारित किया। यहां इन उपलब्धियों की पूरी सूची से बहुत दूर है: डीएनए के जैविक कार्य की संरचना और तंत्र का खुलासा, सभी प्रकार के आरएनए और राइबोसोम (राइबोसोम देखें) ,
आनुवंशिक कोड का प्रकटीकरण (आनुवंशिक कोड देखें) ;
रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन खोलना (ट्रांसक्रिप्शन देखें) ,
अर्थात्, आरएनए टेम्पलेट पर डीएनए संश्लेषण; श्वसन वर्णक के कामकाज के तंत्र का अध्ययन; त्रि-आयामी संरचना की खोज और एंजाइमों की क्रिया में इसकी कार्यात्मक भूमिका (एंजाइम देखें) ,
मैट्रिक्स संश्लेषण और प्रोटीन जैवसंश्लेषण के तंत्र का सिद्धांत; वायरस की संरचना का प्रकटीकरण (वायरस देखें) और उनकी प्रतिकृति के तंत्र, प्राथमिक और, आंशिक रूप से, एंटीबॉडी की स्थानिक संरचना; व्यक्तिगत जीन का अलगाव ,
एक जीन के रासायनिक और फिर जैविक (एंजाइमी) संश्लेषण, एक मानव सहित, कोशिका के बाहर (इन विट्रो में); मानव कोशिकाओं सहित एक जीव से दूसरे जीव में जीन का स्थानांतरण; व्यक्तिगत प्रोटीन, मुख्य रूप से एंजाइम, साथ ही न्यूक्लिक एसिड की बढ़ती संख्या की रासायनिक संरचना का तेजी से आगे बढ़ना; बढ़ती जटिलता की कुछ जैविक वस्तुओं के "स्व-असेंबली" की घटना का पता लगाना, न्यूक्लिक एसिड अणुओं से शुरू होकर और बहु-घटक एंजाइम, वायरस, राइबोसोम, आदि पर आगे बढ़ना; जैविक कार्यों और प्रक्रियाओं के नियमन के एलोस्टेरिक और अन्य बुनियादी सिद्धांतों की व्याख्या। न्यूनीकरण और एकीकरण। एम. बी. जीवित वस्तुओं के अध्ययन की दिशा में अंतिम चरण है, जिसे "रिडक्शनिज्म" के रूप में नामित किया गया है, अर्थात, अणुओं के स्तर पर होने वाली घटनाओं के लिए जटिल महत्वपूर्ण कार्यों को कम करने की इच्छा और इसलिए भौतिकी और रसायन विज्ञान के तरीकों से अध्ययन के लिए सुलभ है। . एम.बी. द्वारा हासिल किया गया। सफलताएँ इस दृष्टिकोण की प्रभावशीलता को प्रमाणित करती हैं। साथ ही, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि एक कोशिका, ऊतक, अंग और पूरे जीव में प्राकृतिक परिस्थितियों में, हम जटिलता की बढ़ती डिग्री की प्रणालियों से निपट रहे हैं। इस तरह के सिस्टम निचले स्तर के घटकों से उनके प्राकृतिक एकीकरण के माध्यम से अखंडता में बनते हैं, एक संरचनात्मक और कार्यात्मक संगठन प्राप्त करते हैं और नए गुण रखते हैं। इसलिए, जैसा कि आणविक और आसन्न स्तरों पर प्रकटीकरण के लिए उपलब्ध पैटर्न के बारे में ज्ञान अधिक विस्तृत हो जाता है, एम.बी. से पहले। जीवन की घटनाओं के अध्ययन में आगे के विकास की एक पंक्ति के रूप में एकीकरण के तंत्र को समझने के कार्य उत्पन्न होते हैं। यहां प्रारंभिक बिंदु इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन की ताकतों का अध्ययन है - हाइड्रोजन बांड, वैन डेर वाल्स, इलेक्ट्रोस्टैटिक बल, आदि। उनकी समग्रता और स्थानिक व्यवस्था से, वे "एकीकृत जानकारी" के रूप में नामित किया जा सकता है। इसे पहले से उल्लिखित सूचना प्रवाह के मुख्य भागों में से एक माना जाना चाहिए। एम. बी. के क्षेत्र में। एकीकरण के उदाहरण उनके घटक भागों के मिश्रण से जटिल संरचनाओं के स्व-संयोजन की घटना है। इसमें शामिल हैं, उदाहरण के लिए, उनके सबयूनिट्स से मल्टीकंपोनेंट प्रोटीन का निर्माण, उनके घटक भागों से वायरस का निर्माण - प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड, उनके प्रोटीन और न्यूक्लिक घटकों के अलग होने के बाद राइबोसोम की मूल संरचना की बहाली, आदि। इन घटनाओं का अध्ययन सीधे बायोपॉलिमर अणुओं की "मान्यता" की मुख्य घटना के ज्ञान से संबंधित है। बिंदु यह पता लगाना है कि अमीनो एसिड के कौन से संयोजन - प्रोटीन या न्यूक्लियोटाइड अणुओं में - न्यूक्लिक एसिड में एक दूसरे के साथ एक कड़ाई से विशिष्ट, पूर्व निर्धारित संरचना और संरचना के परिसरों के गठन के साथ व्यक्तिगत अणुओं के जुड़ाव की प्रक्रियाओं के दौरान बातचीत करते हैं। इनमें उनके उप-इकाइयों से जटिल प्रोटीन के निर्माण की प्रक्रियाएं शामिल हैं; इसके अलावा, न्यूक्लिक एसिड अणुओं के बीच चयनात्मक बातचीत, उदाहरण के लिए, परिवहन और टेम्पलेट (इस मामले में, आनुवंशिक कोड के प्रकटीकरण ने हमारी जानकारी का काफी विस्तार किया है); अंत में, यह कई प्रकार की संरचनाओं (उदाहरण के लिए, राइबोसोम, वायरस, गुणसूत्र) का निर्माण होता है, जिसमें प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड दोनों शामिल होते हैं। संबंधित नियमितताओं का प्रकटीकरण, इन अंतःक्रियाओं में अंतर्निहित "भाषा" का बोध, चिकित्सा विज्ञान के सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्रों में से एक है, जो अभी भी इसके विकास की प्रतीक्षा कर रहा है। इस क्षेत्र को पूरे जीवमंडल के लिए मूलभूत समस्याओं में से एक माना जाता है। आणविक जीव विज्ञान की समस्याएं।एम. बी. के संकेतित महत्वपूर्ण कार्यों के साथ-साथ। ("मान्यता", आत्म-विधानसभा और एकीकरण के पैटर्न का संज्ञान) निकट भविष्य के लिए वैज्ञानिक खोज की एक तत्काल दिशा उन तरीकों का विकास है जो संरचना को समझना संभव बनाते हैं, और फिर त्रि-आयामी, स्थानिक संगठन उच्च आणविक भार न्यूक्लिक एसिड। इस समय, यह डीएनए की त्रि-आयामी संरचना (डबल हेलिक्स) की सामान्य योजना के संबंध में हासिल किया गया है, लेकिन इसकी प्राथमिक संरचना के सटीक ज्ञान के बिना। विश्लेषणात्मक तरीकों के विकास में तेजी से प्रगति आने वाले वर्षों में इन लक्ष्यों की उपलब्धि के लिए आत्मविश्वास से प्रतीक्षा करना संभव बनाती है। यहाँ, निश्चित रूप से, मुख्य योगदान संबंधित विज्ञानों के प्रतिनिधियों, मुख्य रूप से भौतिकी और रसायन विज्ञान से आते हैं। सभी सबसे महत्वपूर्ण तरीके, जिनके उपयोग ने एमबी के उद्भव और सफलता को सुनिश्चित किया, भौतिकविदों (अल्ट्रासेंट्रीफ्यूजेशन, एक्स-रे संरचनात्मक विश्लेषण, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, परमाणु चुंबकीय अनुनाद, आदि) द्वारा प्रस्तावित और विकसित किए गए थे। लगभग सभी नए भौतिक प्रयोगात्मक दृष्टिकोण (उदाहरण के लिए, कंप्यूटर, सिंक्रोट्रॉन, या ब्रेम्सस्ट्रालंग, विकिरण, लेजर प्रौद्योगिकी, आदि का उपयोग) चिकित्सा विज्ञान की समस्याओं के गहन अध्ययन के लिए नई संभावनाएं खोलते हैं। सबसे महत्वपूर्ण व्यावहारिक कार्यों में, जिसका उत्तर एम। बी से अपेक्षित है, सबसे पहले घातक विकास के आणविक आधार की समस्या है, फिर - रोकथाम के तरीके, और शायद, वंशानुगत बीमारियों पर काबू पाने के लिए - "आणविक रोग "(देखें। आणविक रोग)। जैविक उत्प्रेरण के आणविक आधार, यानी एंजाइमों की क्रिया का बहुत महत्व होगा। एम. बी. की सबसे महत्वपूर्ण आधुनिक दिशाओं में से। हार्मोन की क्रिया के आणविक तंत्र को समझने की इच्छा शामिल होनी चाहिए (हार्मोन देखें) ,
विषाक्त और औषधीय पदार्थ, साथ ही आणविक संरचना और जैविक झिल्ली जैसे सेलुलर संरचनाओं के कामकाज के विवरण को स्पष्ट करने के लिए, जो पदार्थों के प्रवेश और परिवहन की प्रक्रियाओं के नियमन में शामिल हैं। एम. बी. के अधिक दूर के लक्ष्य। - तंत्रिका प्रक्रियाओं, स्मृति तंत्र (मेमोरी देखें) आदि की प्रकृति का संज्ञान। एम. बी के महत्वपूर्ण उभरते वर्गों में से एक। - तथाकथित। जनन विज्ञानं अभियांत्रिकी, जो अपने कार्य के रूप में जीवित जीवों के आनुवंशिक तंत्र (जीनोम) के उद्देश्यपूर्ण संचालन को निर्धारित करता है, जो रोगाणुओं और निचले (एककोशिकीय) से शुरू होता है और मनुष्यों के साथ समाप्त होता है (बाद के मामले में, मुख्य रूप से वंशानुगत रोगों के कट्टरपंथी उपचार के उद्देश्य से ( वंशानुगत रोग देखें) और आनुवंशिक दोषों का सुधार)। में अधिक व्यापक हस्तक्षेप आनुवंशिक आधारमानव भाषण कम या ज्यादा दूर के भविष्य में ही जा सकता है, क्योंकि इस मामले में तकनीकी और मौलिक प्रकृति दोनों की गंभीर बाधाएं हैं। रोगाणुओं, पौधों और संभवतः कृषि के संबंध में। जानवरों के लिए, ऐसी संभावनाएं बहुत आशाजनक हैं (उदाहरण के लिए, खेती वाले पौधों की किस्मों को प्राप्त करना जिनके पास हवा से नाइट्रोजन को ठीक करने के लिए एक उपकरण है और उर्वरकों की आवश्यकता नहीं है)। वे पहले से हासिल की गई सफलताओं पर निर्माण करते हैं: जीन को अलग करना और संश्लेषित करना, जीन को एक जीव से दूसरे जीव में स्थानांतरित करना, का उपयोग करना लोकप्रिय फसलेंआर्थिक या चिकित्सा महत्वपूर्ण पदार्थों के उत्पादक के रूप में कोशिकाएं। आणविक जीव विज्ञान में अनुसंधान का संगठन। तेजी से विकासएम. बी. बड़ी संख्या में विशिष्ट अनुसंधान केंद्रों का उदय हुआ। इनकी संख्या तेजी से बढ़ रही है। सबसे बड़ा: ग्रेट ब्रिटेन में - कैम्ब्रिज में आणविक जीवविज्ञान की प्रयोगशाला, लंदन में रॉयल इंस्टीट्यूट; फ्रांस में - पेरिस, मार्सिले, स्ट्रासबर्ग, पाश्चर संस्थान में आणविक जीव विज्ञान संस्थान; संयुक्त राज्य अमेरिका में - एम। बी के विभाग। बोस्टन (हार्वर्ड विश्वविद्यालय, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी), सैन फ्रांसिस्को (बर्कले), लॉस एंजिल्स (कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी), न्यूयॉर्क (रॉकफेलर यूनिवर्सिटी), बेथेस्डा में स्वास्थ्य संस्थान, आदि में विश्वविद्यालयों और संस्थानों में; जर्मनी में - मैक्स प्लैंक संस्थान, गोटिंगेन और म्यूनिख में विश्वविद्यालय; स्वीडन में - स्टॉकहोम में करोलिंस्का संस्थान; जर्मन लोकतांत्रिक गणराज्य में - बर्लिन में केंद्रीय आणविक जीवविज्ञान संस्थान, जेना और हाले में संस्थान; हंगरी में - Szeged में जैविक केंद्र। यूएसएसआर में, एम. बी. का पहला विशेष संस्थान। 1957 में मास्को में यूएसएसआर के विज्ञान अकादमी की प्रणाली में बनाया गया था (देखें।
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फिर मास्को में यूएसएसआर के एकेडमी ऑफ साइंसेज के बायोऑर्गेनिक केमिस्ट्री संस्थान, पुश्चिनो में प्रोटीन संस्थान, परमाणु ऊर्जा संस्थान (मास्को) में जैविक विभाग, एम। बी। नोवोसिबिर्स्क में विज्ञान अकादमी की साइबेरियाई शाखा के संस्थानों में, मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के बायोऑर्गेनिक केमिस्ट्री की इंटरफैकल्टी प्रयोगशाला, कीव में यूक्रेनी एसएसआर के विज्ञान अकादमी के आणविक जीवविज्ञान और आनुवंशिकी के क्षेत्र (तब संस्थान); एम.बी. पर महत्वपूर्ण कार्य यूएसएसआर एकेडमी ऑफ साइंसेज और अन्य विभागों के कई विभागों और प्रयोगशालाओं में लेनिनग्राद में मैक्रोमोलेक्युलर कंपाउंड्स संस्थान में आयोजित किया जाता है। व्यक्तिगत अनुसंधान केंद्रों के साथ-साथ व्यापक पैमाने के संगठन उभरे हैं। पश्चिमी यूरोप में, यूरोपीय संगठन एम. बी. (EMBO), जिसमें 10 से अधिक देश भाग लेते हैं। यूएसएसआर में, आणविक जीव विज्ञान संस्थान में, आणविक जीव विज्ञान के लिए एक वैज्ञानिक परिषद 1966 में बनाई गई थी, जो ज्ञान के इस क्षेत्र में एक समन्वय और आयोजन केंद्र है। उन्होंने चिकित्सा विज्ञान के सबसे महत्वपूर्ण वर्गों पर मोनोग्राफ की एक विस्तृत श्रृंखला प्रकाशित की है, नियमित रूप से चिकित्सा विज्ञान पर "शीतकालीन स्कूल" आयोजित करते हैं, चिकित्सा विज्ञान की सामयिक समस्याओं पर सम्मेलन और संगोष्ठी आयोजित करते हैं। भविष्य में, एम. बी. पर वैज्ञानिक सलाह। यूएसएसआर के चिकित्सा विज्ञान अकादमी और कई गणतंत्र विज्ञान अकादमियों में बनाए गए थे। 1966 से "आणविक जीवविज्ञान" पत्रिका प्रकाशित हुई है (प्रति वर्ष 6 अंक)। यूएसएसआर में अपेक्षाकृत कम समय में, चिकित्सा विज्ञान के क्षेत्र में शोधकर्ताओं की एक महत्वपूर्ण टुकड़ी बढ़ी है; ये पुरानी पीढ़ी के वैज्ञानिक हैं जिन्होंने आंशिक रूप से अन्य क्षेत्रों से अपनी रुचियां बदल ली हैं; मुख्य रूप से, वे कई युवा शोधकर्ता हैं। एम.बी. के गठन और विकास में सक्रिय भाग लेने वाले प्रमुख वैज्ञानिकों में से। यूएसएसआर में, ए.ए. बेव, ए.एन. बेलोज़र्स्की, ए.ई. ब्रौनशेटिन, यू.ए. ओविचिनिकोव, ए.एस. एम. की नई उपलब्धियां। और आणविक आनुवंशिकी को CPSU की केंद्रीय समिति और USSR के मंत्रिपरिषद (मई 1974) के डिक्री द्वारा बढ़ावा दिया जाएगा "आणविक जीव विज्ञान और आणविक आनुवंशिकी के विकास में तेजी लाने के उपायों और राष्ट्रीय में उनकी उपलब्धियों के उपयोग पर अर्थव्यवस्था।" लिट।:वैगनर आर।, मिशेल जी।, जेनेटिक्स और चयापचय, ट्रांस। अंग्रेजी से।, एम।, 1958; सेंट-ग्योर्गी और ए।, बायोएनेर्जी, ट्रांस। अंग्रेजी से।, एम।, 1960; Anfinsen K., मॉलिक्यूलर फ़ाउंडेशन ऑफ़ इवोल्यूशन, ट्रांस। अंग्रेजी से।, एम।, 1962; स्टेनली डब्ल्यू।, वैलेंस ई।, वायरस और जीवन की प्रकृति, ट्रांस। अंग्रेजी से।, एम।, 1963; आणविक आनुवंशिकी, ट्रांस। साथ। अंग्रेजी, भाग 1, एम।, 1964; Volkenshtein M.V., अणु और जीवन। आणविक बायोफिज़िक्स का परिचय, एम।, 1965; एफ गौरोविट्ज, रसायन विज्ञान और प्रोटीन के कार्य, ट्रांस। अंग्रेजी से, एम।, 1965; ब्रेस्लर एसई, आणविक जीव विज्ञान का परिचय, तीसरा संस्करण, एम। - एल।, 1973; इनग्राम वी।, मैक्रोमोलेक्यूल्स का बायोसिंथेसिस, ट्रांस। अंग्रेजी से, एम।, 1966; एंगेलगार्ड वीए, आणविक जीव विज्ञान, पुस्तक में: यूएसएसआर में जीव विज्ञान का विकास, एम।, 1967; आण्विक जीवविज्ञान का परिचय, ट्रांस। अंग्रेजी से।, एम।, 1967; वाटसन जे., मॉलिक्यूलर बायोलॉजी ऑफ़ द जीन, ट्रांस. अंग्रेजी से।, एम।, 1967; फ़िनियन जे।, जैविक अवसंरचना, ट्रांस। अंग्रेजी से।, एम।, 1970; जे. बेंडल, मांसपेशियां, अणु और गति, ट्रांस. अंग्रेजी से।, एम।, 1970; इचास एम।, जैविक कोड, ट्रांस। अंग्रेजी से, एम।, 1971; वायरस का आणविक जीव विज्ञान, एम।, 1971; प्रोटीन जैवसंश्लेषण के आणविक आधार, एम।, 1971; बर्नहार्ड एस।, एंजाइमों की संरचना और कार्य, ट्रांस। अंग्रेजी से, एम।, 1971; स्पिरिन ए.एस., गैवरिलोवा एल.पी., राइबोसोमा, दूसरा संस्करण।, एम।, 1971; Frenkel-Konrat H., रसायन विज्ञान और विषाणुओं का जीव विज्ञान, ट्रांस। अंग्रेजी से, एम।, 1972; स्मिथ के।, हैनवॉल्ट एफ।, आणविक फोटोबायोलॉजी। निष्क्रियता और बहाली की प्रक्रियाएं, ट्रांस। अंग्रेजी से, एम।, 1972; हैरिस जी।, मानव जैव रासायनिक आनुवंशिकी के बुनियादी सिद्धांत, ट्रांस। अंग्रेजी से।, एम।, 1973। वी.ए.एंगेलहार्ड्ट। महान सोवियत विश्वकोश। - एम।: सोवियत विश्वकोश.
1969-1978
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हम कह सकते हैं कि आणविक जीव विज्ञान निर्जीव संरचनाओं या प्रणालियों पर जीवन की अभिव्यक्तियों का अध्ययन करता है जिसमें महत्वपूर्ण गतिविधि के प्राथमिक संकेत होते हैं (जो व्यक्तिगत जैविक मैक्रोमोलेक्यूल्स, उनके कॉम्प्लेक्स या ऑर्गेनेल हो सकते हैं), यह अध्ययन करते हुए कि जीवित पदार्थ की विशेषता वाली प्रमुख प्रक्रियाएं रासायनिक बातचीत के माध्यम से कैसे महसूस की जाती हैं। और परिवर्तन।
विज्ञान के एक स्वतंत्र क्षेत्र में जैव रसायन से आणविक जीव विज्ञान का पृथक्करण इस तथ्य से तय होता है कि इसका मुख्य कार्य विभिन्न प्रक्रियाओं में भाग लेने वाले जैविक मैक्रोमोलेक्यूल्स की संरचना और गुणों का अध्ययन करना और उनकी बातचीत के तंत्र को स्पष्ट करना है। दूसरी ओर, बायोकैमिस्ट्री, महत्वपूर्ण गतिविधि की वास्तविक प्रक्रियाओं, एक जीवित जीव में उनके पाठ्यक्रम को नियंत्रित करने वाले कानूनों और इन प्रक्रियाओं के साथ अणुओं के परिवर्तनों के अध्ययन से संबंधित है। अंततः, आणविक जीव विज्ञान इस प्रश्न का उत्तर देने का प्रयास करता है कि यह या वह प्रक्रिया क्यों होती है, जबकि जैव रसायन इस प्रश्न का उत्तर देता है कि रसायन विज्ञान के दृष्टिकोण से, विचाराधीन प्रक्रिया कहाँ और कैसे होती है।
कहानी
पिछली शताब्दी के 30 के दशक में जैव रसायन की एक अलग शाखा के रूप में आणविक जीव विज्ञान का निर्माण शुरू हुआ। यह तब था जब जीवन की घटना की गहरी समझ के लिए, जीवित जीवों में वंशानुगत जानकारी के भंडारण और संचरण की प्रक्रियाओं के आणविक स्तर पर लक्षित अध्ययन की आवश्यकता उत्पन्न हुई। तब आणविक जीव विज्ञान के कार्य को न्यूक्लिक एसिड और प्रोटीन की संरचना, गुणों और परस्पर क्रिया के अध्ययन में परिभाषित किया गया था। "आणविक जीव विज्ञान" शब्द का प्रयोग पहली बार अंग्रेजी वैज्ञानिक विलियम एस्टबरी द्वारा आणविक संरचना और कोलेजन, रक्त फाइब्रिन या मांसपेशी सिकुड़ा प्रोटीन जैसे फाइब्रिलर प्रोटीन के भौतिक और जैविक गुणों के बीच संबंधों पर शोध के संदर्भ में किया गया था।
आणविक जीव विज्ञान के शुरुआती दिनों में, आरएनए को पौधों और कवक का एक घटक माना जाता था, और डीएनए को पशु कोशिकाओं का एक विशिष्ट घटक माना जाता था। यह साबित करने वाले पहले शोधकर्ता आंद्रेई निकोलाइविच बेलोज़र्स्की थे, जिन्होंने 1935 में मटर डीएनए को अलग किया था। इस खोज ने इस तथ्य को स्थापित किया कि डीएनए एक सार्वभौमिक न्यूक्लिक एसिड है जो पौधे और पशु कोशिकाओं में पाया जाता है।
जॉर्ज बीडल और एडवर्ड टैटम द्वारा जीन और प्रोटीन के बीच प्रत्यक्ष कारण संबंध की स्थापना एक बड़ी उपलब्धि थी। अपने प्रयोगों में, उन्होंने कोशिकाओं को न्यूरोस्पोर्स ( न्यूरोस्पोराअक्षम्य) रेजेन विकिरण, जो उत्परिवर्तन का कारण बना। प्राप्त परिणामों से पता चला कि इससे विशिष्ट एंजाइमों के गुणों में परिवर्तन हुआ।
1940 में, अल्बर्ट क्लाउड ने पशु कोशिकाओं के साइटोप्लाज्म से साइटोप्लाज्मिक आरएनए युक्त कणिकाओं को अलग किया, जो माइटोकॉन्ड्रिया से छोटे थे। उन्होंने उन्हें सूक्ष्मदर्शी कहा। इसके बाद, पृथक कणों की संरचना और गुणों का अध्ययन करते समय, प्रोटीन जैवसंश्लेषण की प्रक्रिया में उनकी मौलिक भूमिका स्थापित की गई। 1958 में, इन कणों को समर्पित पहली संगोष्ठी में, इन कणों को राइबोसोम कहने का निर्णय लिया गया था।
आणविक जीव विज्ञान के विकास में एक और महत्वपूर्ण कदम 1944 में ओसवाल्ड एवरी, कॉलिन मैकलियोड और मैकलीन मैकार्थी द्वारा प्रकाशित प्रयोगात्मक डेटा था, जिसने दिखाया कि डीएनए बैक्टीरिया के परिवर्तन का कारण है। आनुवंशिक जानकारी के संचरण में डीएनए की भूमिका का यह पहला प्रायोगिक प्रमाण था, जिसने जीन की प्रोटीन प्रकृति के पहले के विचार को खारिज कर दिया।
1950 के दशक की शुरुआत में, फ्रेडरिक सेंगर ने दिखाया कि एक प्रोटीन श्रृंखला अमीनो एसिड अवशेषों का एक अनूठा क्रम है। 1950 के दशक के उत्तरार्ध में, मैक्स पेरुट्ज़ और जॉन केंड्रू ने पहले प्रोटीन की स्थानिक संरचना को समझ लिया। पहले से ही 2000 में, सैकड़ों हजारों प्राकृतिक अमीनो एसिड अनुक्रम और प्रोटीन की हजारों स्थानिक संरचनाएं ज्ञात थीं।
लगभग उसी समय, इरविन चारगफ के शोध ने उन्हें डीएनए में नाइट्रोजनस आधारों के अनुपात का वर्णन करने वाले नियम बनाने की अनुमति दी (नियम कहते हैं कि डीएनए में प्रजातियों के अंतर की परवाह किए बिना, ग्वानिन की मात्रा साइटोसिन की मात्रा के बराबर है, और की मात्रा एडेनिन टेमिन की मात्रा के बराबर है), जिसने आणविक जीव विज्ञान में सबसे बड़ी सफलता और सामान्य रूप से जीव विज्ञान में सबसे बड़ी खोजों में से एक बनाने में मदद की।
यह घटना 1953 में हुई, जब जेम्स वॉटसन और फ्रांसिस क्रिक, रोजालिंड फ्रैंकलिन और मौरिस विल्किंस के कार्यों पर आधारित थे। एक्स-रे संरचनात्मक विश्लेषणडीएनए ने डीएनए अणु की डबल-स्ट्रैंडेड संरचना की स्थापना की। इस खोज ने वंशानुगत जानकारी के वाहक की खुद को पुन: पेश करने और ऐसी जानकारी के संचरण के तंत्र को समझने की क्षमता के बारे में मौलिक प्रश्न का उत्तर देना संभव बना दिया। उन्हीं वैज्ञानिकों ने नाइट्रोजनस क्षारों की पूरकता का सिद्धांत तैयार किया, जो सुपरमॉलेक्यूलर संरचनाओं के निर्माण के तंत्र को समझने के लिए महत्वपूर्ण है। यह सिद्धांत, जो अब सभी आणविक परिसरों का वर्णन करने के लिए उपयोग किया जाता है, कमजोर (गैर-वैलेंट) इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन की घटना के लिए स्थितियों का वर्णन और भविष्यवाणी करना संभव बनाता है, जो माध्यमिक, तृतीयक आदि के गठन की संभावना को निर्धारित करता है। मैक्रोमोलेक्यूल्स की संरचना, सुपरमॉलेक्यूलर बायोलॉजिकल सिस्टम की स्व-संयोजन, जो आणविक संरचनाओं की इतनी विस्तृत विविधता और उनके कार्यात्मक सेट को निर्धारित करती है। फिर, 1953 में, वैज्ञानिक पत्रिका जर्नल ऑफ मॉलिक्यूलर बायोलॉजी की स्थापना की गई। इसका नेतृत्व जॉन केंड्रू ने किया था, जिनके वैज्ञानिक हितों का क्षेत्र गोलाकार प्रोटीन की संरचना का अध्ययन था (1962 मैक्स पेरुट्ज़ के सहयोग से नोबेल पुरस्कार)। इसी तरह की रूसी भाषा की पत्रिका जिसे मॉलिक्यूलर बायोलॉजी कहा जाता है, की स्थापना 1966 में वीए एंगेलहार्ड्ट द्वारा यूएसएसआर में की गई थी।
1958 में, फ्रांसिस क्रिक ने तथाकथित तैयार किया। आणविक जीव विज्ञान की केंद्रीय हठधर्मिता: योजना के अनुसार डीएनए से आरएनए के माध्यम से आनुवंशिक जानकारी के प्रवाह की अपरिवर्तनीयता की अवधारणा डीएनए → डीएनए (प्रतिकृति, डीएनए की एक प्रति बनाना), डीएनए → आरएनए (प्रतिलेखन, जीन की प्रतिलिपि बनाना) , आरएनए → प्रोटीन (प्रोटीन की संरचना के बारे में जानकारी का अनुवाद, डिकोडिंग)। 1970 में इस हठधर्मिता को संचित ज्ञान को ध्यान में रखते हुए कुछ हद तक सही किया गया था, क्योंकि हॉवर्ड टेमिन और डेविड बाल्टीमोर द्वारा स्वतंत्र रूप से रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन की घटना की खोज की गई थी: एक एंजाइम की खोज की गई थी - रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन, जो रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन के कार्यान्वयन के लिए जिम्मेदार है - गठन एकल-असहाय आरएनए टेम्पलेट पर डबल-असहाय डीएनए का, जो ऑन्कोजेनिक वायरस में होता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि न्यूक्लिक एसिड से प्रोटीन तक आनुवंशिक जानकारी के प्रवाह की सख्त आवश्यकता अभी भी आणविक जीव विज्ञान का आधार बनी हुई है।
1957 में, अलेक्जेंडर सर्गेइविच स्पिरिन ने आंद्रेई निकोलाइविच बेलोज़र्स्की के साथ मिलकर दिखाया कि, विभिन्न जीवों से डीएनए की न्यूक्लियोटाइड संरचना में महत्वपूर्ण अंतर के साथ, कुल आरएनए की संरचना समान है। इन आंकड़ों के आधार पर, वे सनसनीखेज निष्कर्ष पर पहुंचे कि एक कोशिका का कुल आरएनए डीएनए से प्रोटीन तक आनुवंशिक जानकारी के वाहक के रूप में कार्य नहीं कर सकता है, क्योंकि यह इसकी संरचना में इसके अनुरूप नहीं है। उसी समय, उन्होंने देखा कि आरएनए का एक मामूली अंश है, जो पूरी तरह से डीएनए से इसकी न्यूक्लियोटाइड संरचना से मेल खाता है और जो डीएनए से प्रोटीन तक आनुवंशिक जानकारी का सही वाहक हो सकता है। नतीजतन, उन्होंने अपेक्षाकृत छोटे आरएनए अणुओं के अस्तित्व की भविष्यवाणी की, जो डीएनए के अलग-अलग वर्गों के संरचनात्मक रूप से एनालॉग हैं और डीएनए में निहित आनुवंशिक जानकारी को राइबोसोम में स्थानांतरित करने में मध्यस्थ के रूप में कार्य करते हैं, जहां इस जानकारी का उपयोग करके प्रोटीन अणुओं को संश्लेषित किया जाता है। 1961 में (एक तरफ एस। ब्रेनर, एफ। जैकब, एम। मेसेलसन और एफ। ग्रोस, फ्रांकोइस जैकब और जैक्स मोनोड ऐसे अणुओं के अस्तित्व की प्रायोगिक पुष्टि प्राप्त करने वाले पहले व्यक्ति थे - सूचनात्मक (मैट्रिक्स) आरएनए। फिर वे डीएनए की कार्यात्मक इकाइयों की अवधारणा और मॉडल विकसित किया - एक ऑपेरॉन, जिससे यह स्पष्ट करना संभव हो गया कि प्रोकैरियोट्स में जीन अभिव्यक्ति का विनियमन कैसे किया जाता है। प्रोटीन जैवसंश्लेषण के तंत्र और संरचनात्मक संगठन और संचालन के सिद्धांतों का अध्ययन आणविक मशीनों की - राइबोसोम - ने आनुवंशिक जानकारी की गति का वर्णन करते हुए एक अभिधारणा तैयार करना संभव बनाया, जिसे आणविक जीव विज्ञान की केंद्रीय हठधर्मिता कहा जाता है: डीएनए - mRNA - प्रोटीन।
1961 में और अगले कुछ वर्षों में, हेनरिक मटई और मार्शल निरेनबर्ग, और फिर हर कोराना और रॉबर्ट होली, आनुवंशिक कोड को समझने के लिए कई कार्य किए गए, जिसके परिणामस्वरूप डीएनए की संरचना और के बीच एक सीधा संबंध स्थापित हुआ। संश्लेषित प्रोटीन और प्रोटीन में अमीनो एसिड के सेट का निर्धारण करने वाले न्यूक्लियोटाइड का क्रम। साथ ही, आनुवंशिक कोड की सार्वभौमिकता पर डेटा प्राप्त किया गया था। खोजों को चिह्नित किया गया है नोबेल पुरुस्कार 1968 वर्ष।
आरएनए के कार्यों के बारे में आधुनिक विचारों के विकास के लिए, 1958 में आंद्रेई निकोलाइविच बेलोज़र्स्की, चार्ल्स ब्रेनर और सह-लेखकों और शाऊल स्पीगेलमैन के साथ मिलकर अलेक्जेंडर सर्गेइविच स्पिरिन के काम के परिणामों के अनुसार गैर-कोडिंग आरएनए की खोज 1961 में निर्णायक था। इस प्रकार का आरएनए सेलुलर आरएनए का बड़ा हिस्सा बनाता है। राइबोसोमल आरएनए मुख्य रूप से नॉनकोडिंग होते हैं।
पशु कोशिकाओं की खेती और संकरण के तरीकों को गंभीरता से विकसित किया गया है। 1963 में, फ्रांकोइस जैकब और सिडनी ब्रेनर ने एक प्रतिकृति की अवधारणा तैयार की - स्वाभाविक रूप से प्रतिकृति जीन का एक क्रम जो जीन प्रतिकृति के नियमन के महत्वपूर्ण पहलुओं की व्याख्या करता है।
1967 में, एएस स्पिरिन की प्रयोगशाला में, यह पहली बार प्रदर्शित किया गया था कि कॉम्पैक्ट रूप से मुड़े हुए आरएनए का आकार राइबोसोमल कण की आकृति विज्ञान को निर्धारित करता है।
1968 में, एक महत्वपूर्ण मौलिक खोज की गई थी। ओकाज़ाकी ने प्रतिकृति प्रक्रिया के अध्ययन के दौरान लैगिंग स्ट्रैंड के डीएनए अंशों की खोज की, ओकाज़ाकी टुकड़ों द्वारा इसके नाम पर, डीएनए प्रतिकृति के तंत्र को स्पष्ट किया।
1970 में, स्वतंत्र रूप से हॉवर्ड टेमिन और डेविड बाल्टीमोर ने एक महत्वपूर्ण खोज की: एक एंजाइम की खोज की गई - रिवर्टेज, जो रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन के कार्यान्वयन के लिए जिम्मेदार है - एकल-फंसे आरएनए टेम्पलेट पर डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए का गठन, जो ऑन्कोजेनिक में होता है। आरएनए युक्त वायरस।
आणविक जीव विज्ञान में एक अन्य महत्वपूर्ण उपलब्धि आणविक स्तर पर उत्परिवर्तन के तंत्र की व्याख्या थी। अध्ययनों की एक श्रृंखला के परिणामस्वरूप, मुख्य प्रकार के उत्परिवर्तन स्थापित किए गए: दोहराव, व्युत्क्रम, विलोपन, अनुवाद और स्थानान्तरण। इसने जीन प्रक्रियाओं के दृष्टिकोण से विकासवादी परिवर्तनों पर विचार करना संभव बना दिया, जिससे आणविक घड़ियों के सिद्धांत को विकसित करना संभव हो गया, जिसका उपयोग फ़ाइलोजेनी में किया जाता है।
70 के दशक की शुरुआत तक, जीवित जीवों में न्यूक्लिक एसिड और प्रोटीन के कामकाज के बुनियादी सिद्धांत तैयार किए गए थे। यह पाया गया कि शरीर में प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड मैट्रिक्स तंत्र के अनुसार संश्लेषित होते हैं, मैट्रिक्स अणु में अमीनो एसिड (एक प्रोटीन में) या न्यूक्लियोटाइड (एक न्यूक्लिक एसिड में) के अनुक्रम के बारे में एन्क्रिप्टेड जानकारी होती है। प्रतिकृति (डीएनए का दोहराव) या प्रतिलेखन (एमआरएनए का संश्लेषण) के दौरान, ऐसा टेम्पलेट डीएनए है, अनुवाद के दौरान (प्रोटीन संश्लेषण) या रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन - एमआरएनए।
इस प्रकार, आणविक जीव विज्ञान के अनुप्रयुक्त क्षेत्रों, विशेष रूप से, आनुवंशिक इंजीनियरिंग के विकास के लिए सैद्धांतिक पूर्वापेक्षाएँ बनाई गईं। 1972 में पॉल बर्ग, हर्बर्ट बोअर और स्टेनली कोहेन ने आणविक क्लोनिंग तकनीक विकसित की। फिर उन्होंने सबसे पहले एक परखनली में पुनः संयोजक डीएनए प्राप्त किया। इन उत्कृष्ट प्रयोगों ने जेनेटिक इंजीनियरिंग की नींव रखी और इस वर्ष को इस वैज्ञानिक क्षेत्र की जन्म तिथि माना जाता है।
1977 में, फ्रेडरिक सेंगर और स्वतंत्र रूप से एलन मैक्सम और वाल्टर गिल्बर्ट ने डीएनए की प्राथमिक संरचना (अनुक्रमण) को निर्धारित करने के लिए विभिन्न तरीके विकसित किए। सेंगर विधि, तथाकथित श्रृंखला समाप्ति विधि, आधुनिक अनुक्रमण पद्धति का आधार है। अनुक्रमण का सिद्धांत लेबल किए गए आधारों के उपयोग पर आधारित है जो चक्रीय अनुक्रमण प्रतिक्रिया में टर्मिनेटर के रूप में कार्य करते हैं। जल्दी से विश्लेषण करने की क्षमता के कारण यह विधि व्यापक हो गई है।
1976 - फ्रेडरिक। सेंगर ने 5375 बीपी की लंबाई के साथ फेज 174 डीएनए के न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम की व्याख्या की।
1981 - सिकल सेल रोग डीएनए परीक्षण से निदान होने वाला पहला आनुवंशिक रोग बना।
1982-1983 टी. चेक और एस. ऑल्टमैन की अमेरिकी प्रयोगशालाओं में आरएनए के उत्प्रेरक कार्य की खोज ने प्रोटीन की विशिष्ट भूमिका की मौजूदा समझ को बदल दिया। उत्प्रेरक प्रोटीन - एंजाइम के साथ सादृश्य द्वारा, उत्प्रेरक आरएनए को राइबोजाइम कहा जाता था।
1987 केरी मुलेज़ ने पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन की खोज की, जिसकी बदौलत आगे के काम के लिए समाधान में डीएनए अणुओं की संख्या को कृत्रिम रूप से बढ़ाना संभव है। आज यह आणविक जीव विज्ञान की सबसे महत्वपूर्ण विधियों में से एक है, जिसका उपयोग वंशानुगत और वायरल रोगों के अध्ययन में, जीन के अध्ययन में और व्यक्तित्व और संबंधों की आनुवंशिक पहचान आदि में किया जाता है।
1990 में, वैज्ञानिकों के तीन समूहों ने एक साथ एक विधि प्रकाशित की जिसने प्रयोगशाला में सिंथेटिक कार्यात्मक रूप से सक्रिय आरएनए (कृत्रिम राइबोजाइम या अणु जो विभिन्न लिगैंड्स - एप्टामर्स के साथ बातचीत करते हैं) को जल्दी से प्राप्त करना संभव बना दिया। इस विधि को "इन विट्रो इवोल्यूशन" कहा जाता है। और उसके तुरंत बाद, 1991-1993 में, ए.बी. की प्रयोगशाला में। चेतवेरिन ने प्रयोगात्मक रूप से ठोस मीडिया पर उपनिवेशों के रूप में आरएनए अणुओं के अस्तित्व, वृद्धि और प्रवर्धन की संभावना का प्रदर्शन किया।
1998 में, लगभग एक साथ, क्रेग मेलो और एंड्रयू फायर ने बैक्टीरिया और फूलों के साथ जीन प्रयोगों में पहले देखे गए तंत्र का वर्णन किया आरएनए हस्तक्षेपजिसमें एक छोटे से डबल-स्ट्रैंडेड आरएनए अणु के परिणामस्वरूप जीन अभिव्यक्ति का विशिष्ट दमन होता है।
आरएनए हस्तक्षेप तंत्र की खोज बहुत महत्वपूर्ण है व्यवहारिक महत्वआधुनिक आणविक जीव विज्ञान के लिए। इस घटना का व्यापक रूप से वैज्ञानिक प्रयोगों में "बंद करने" के लिए एक उपकरण के रूप में उपयोग किया जाता है, जो कि व्यक्तिगत जीन की अभिव्यक्ति को दबाने के लिए है। विशेष रुचि यह तथ्य है कि यह विधि अध्ययन के तहत जीन की गतिविधि के प्रतिवर्ती (अस्थायी) दमन की अनुमति देती है। वायरल, नियोप्लास्टिक, अपक्षयी और चयापचय रोगों के उपचार के लिए इस घटना का उपयोग करने की संभावना पर अनुसंधान चल रहा है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि 2002 में पोलियोमाइलाइटिस वायरस के म्यूटेंट की खोज की गई थी जो आरएनए हस्तक्षेप से बच सकते हैं, इसलिए इस घटना के आधार पर वास्तव में प्रभावी उपचार विकसित करने के लिए अधिक श्रमसाध्य कार्य की आवश्यकता है।
1999-2001 में, कई शोध समूहों ने 5.5 से 2.4 एंगस्ट्रॉम के संकल्प के साथ जीवाणु राइबोसोम की संरचना का निर्धारण किया।
चीज़
जीवित प्रकृति के ज्ञान में आणविक जीव विज्ञान की उपलब्धियों को कम करना मुश्किल है। एक सफल शोध अवधारणा के लिए बड़ी सफलता हासिल की गई थी: जटिल जैविक प्रक्रियाओं को व्यक्तिगत आणविक प्रणालियों के दृष्टिकोण से माना जाता है, जो सटीक भौतिक-रासायनिक अनुसंधान विधियों के उपयोग की अनुमति देता है। इसने संबंधित क्षेत्रों से विज्ञान के इस क्षेत्र में कई महान दिमागों को भी आकर्षित किया: रसायन शास्त्र, भौतिकी, कोशिका विज्ञान, वायरोलॉजी, जिसका इस क्षेत्र में वैज्ञानिक ज्ञान के विकास के पैमाने और गति पर भी लाभकारी प्रभाव पड़ा। डीएनए की संरचना का निर्धारण, आनुवंशिक कोड का डिकोडिंग, जीनोम के कृत्रिम निर्देशित संशोधन जैसी महत्वपूर्ण खोजों ने जीवों के विकास की प्रक्रियाओं की बारीकियों को बहुत गहराई से समझना और कई महत्वपूर्ण मौलिक और अनुप्रयुक्त वैज्ञानिक को सफलतापूर्वक हल करना संभव बना दिया। , चिकित्सा और सामाजिक कार्य, जो बहुत पहले नहीं अघुलनशील माने जाते थे।
आणविक जीव विज्ञान के अध्ययन का विषय मुख्य रूप से प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड और आणविक परिसरों (आणविक मशीन) पर आधारित है और जिन प्रक्रियाओं में वे शामिल हैं।
न्यूक्लिक एसिड रैखिक पॉलिमर होते हैं जिनमें न्यूक्लियोटाइड इकाइयां होती हैं (पांच-सदस्यीय चीनी के यौगिक पांचवीं अंगूठी परमाणु पर फॉस्फेट समूह के साथ और चार नाइट्रोजनस बेस में से एक) फॉस्फेट समूहों के एस्टर बंधन से जुड़े होते हैं। इस प्रकार, न्यूक्लिक एसिड एक पेंटोस फॉस्फेट बहुलक है जिसमें नाइट्रोजनस बेस साइड प्रतिस्थापन के रूप में होते हैं। रासायनिक संरचनाआरएनए श्रृंखला डीएनए से इस मायने में भिन्न होती है कि पहले में पांच-सदस्यीय राइबोज कार्बोहाइड्रेट चक्र होता है, जबकि दूसरे में एक डीहाइड्रॉक्सिलेटेड राइबोज व्युत्पन्न - डीऑक्सीराइबोज होता है। साथ ही, स्थानिक रूप से, ये अणु नाटकीय रूप से भिन्न होते हैं, क्योंकि आरएनए एक लचीला एकल-असहाय अणु है, जबकि डीएनए एक डबल-असहाय अणु है।
प्रोटीन रैखिक बहुलक होते हैं, जो पेप्टाइड बॉन्ड द्वारा परस्पर जुड़े अल्फा-एमिनो एसिड की श्रृंखला होते हैं, इसलिए उनका दूसरा नाम - पॉलीपेप्टाइड्स होता है। प्राकृतिक प्रोटीन की संरचना में कई अलग-अलग अमीनो एसिड इकाइयाँ शामिल हैं - मनुष्यों में 20 तक -, जो इन अणुओं के कार्यात्मक गुणों की एक विस्तृत विविधता को निर्धारित करती है। ये या वे प्रोटीन शरीर में लगभग हर प्रक्रिया में भाग लेते हैं और कई कार्य करते हैं: वे एक सेलुलर की भूमिका निभाते हैं निर्माण सामग्री, पदार्थों और आयनों का परिवहन प्रदान करते हैं, रासायनिक प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं - यह सूची बहुत लंबी है। प्रोटीन संगठन के विभिन्न स्तरों (द्वितीयक और तृतीयक संरचनाओं) और आणविक परिसरों के स्थिर आणविक अनुरूपता बनाते हैं, जो आगे उनकी कार्यक्षमता का विस्तार करते हैं। इन अणुओं में एक जटिल स्थानिक गोलाकार संरचना के गठन के कारण किसी भी कार्य को करने के लिए उच्च विशिष्टता हो सकती है। प्रोटीन की एक विस्तृत विविधता इस प्रकार के अणु में वैज्ञानिकों की निरंतर रुचि प्रदान करती है।
आणविक जीव विज्ञान के विषय की आधुनिक समझ एक सामान्यीकरण पर आधारित है जिसे पहली बार 1958 में फ्रांसिस क्रिक द्वारा आणविक जीव विज्ञान के केंद्रीय सिद्धांत के रूप में सामने रखा गया था। इसका सार यह दावा था कि जीवित जीवों में अनुवांशिक जानकारी कार्यान्वयन के कड़ाई से परिभाषित चरणों के माध्यम से जाती है: डीएनए से डीएनए में डीएनए से आरएनए तक, और फिर आरएनए से प्रोटीन में प्रतिलिपि बनाना, और रिवर्स संक्रमण संभव नहीं है। यह कथन केवल आंशिक रूप से सत्य था, इसलिए, बाद में खोजे गए नए डेटा को ध्यान में रखते हुए केंद्रीय हठधर्मिता को ठीक किया गया था।
पर इस पलआनुवंशिक जानकारी के तीन प्रकार के अस्तित्व के कार्यान्वयन के विभिन्न अनुक्रमों का प्रतिनिधित्व करते हुए आनुवंशिक सामग्री की प्राप्ति के कई तरीके हैं: डीएनए, आरएनए और प्रोटीन। कार्यान्वयन के नौ संभावित तरीकों में, तीन समूहों को प्रतिष्ठित किया जाता है: ये तीन सामान्य परिवर्तन (सामान्य) हैं, जो आम तौर पर अधिकांश जीवित जीवों में होते हैं; कुछ वायरस या विशेष प्रयोगशाला स्थितियों में किए गए तीन विशेष परिवर्तन (विशेष); तीन अज्ञात परिवर्तन, जिनका कार्यान्वयन असंभव माना जाता है।
सामान्य परिवर्तनों में आनुवंशिक कोड को लागू करने के निम्नलिखित तरीके शामिल हैं: डीएनए → डीएनए (प्रतिकृति), डीएनए → आरएनए (प्रतिलेखन), आरएनए → प्रोटीन (अनुवाद)।
माता-पिता को वंशानुगत लक्षणों के हस्तांतरण के लिए, वंशजों को एक पूर्ण डीएनए अणु स्थानांतरित करना आवश्यक है। वह प्रक्रिया जिसके द्वारा मूल डीएनए की एक सटीक प्रतिलिपि को संश्लेषित किया जा सकता है, और इसलिए, आनुवंशिक सामग्री को स्थानांतरित किया जा सकता है, प्रतिकृति कहलाती है। यह विशेष प्रोटीन द्वारा किया जाता है जो अणु को खोलते हैं (इसके खंड को सीधा करते हैं), डबल हेलिक्स को खोलते हैं और डीएनए पोलीमरेज़ का उपयोग करके, मूल डीएनए अणु की एक सटीक प्रतिलिपि बनाते हैं।
किसी कोशिका की महत्वपूर्ण गतिविधि सुनिश्चित करने के लिए, उसे डीएनए डबल हेलिक्स में अंतर्निहित आनुवंशिक कोड को लगातार देखना चाहिए। हालांकि, यह अणु निरंतर प्रोटीन संश्लेषण के लिए आनुवंशिक सामग्री के प्रत्यक्ष स्रोत के रूप में उपयोग करने के लिए बहुत बड़ा और बोझिल है। इसलिए, डीएनए में एम्बेडेड जानकारी के कार्यान्वयन के दौरान, एक मध्यस्थ चरण होता है: एमआरएनए का संश्लेषण, जो एक निश्चित प्रोटीन को एन्कोड करने वाले डीएनए के एक निश्चित टुकड़े के पूरक एक छोटा एकल-फंसे अणु है। प्रतिलेखन प्रक्रिया आरएनए पोलीमरेज़ और प्रतिलेखन कारकों द्वारा मध्यस्थता की जाती है। परिणामस्वरूप अणु को आसानी से राइबोसोम तक पहुंचाया जा सकता है, प्रोटीन संश्लेषण के लिए जिम्मेदार कोशिका का हिस्सा।
आरएनए के राइबोसोम में प्रवेश करने के बाद, आनुवंशिक जानकारी के कार्यान्वयन का अंतिम चरण शुरू होता है। इस मामले में, राइबोसोम एमआरएनए से आनुवंशिक कोड को कोडन नामक ट्रिपल में पढ़ता है और प्राप्त जानकारी के आधार पर संबंधित प्रोटीन को संश्लेषित करता है।
विशेष परिवर्तनों के दौरान, आरएनए → आरएनए (प्रतिकृति), आरएनए → डीएनए (रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन), डीएनए → प्रोटीन (लाइव ट्रांसलेशन) योजना के अनुसार आनुवंशिक कोड का एहसास होता है। इस प्रकार की प्रतिकृति कई वायरस में महसूस की जाती है, जहां यह एंजाइम आरएनए-निर्भर आरएनए पोलीमरेज़ द्वारा किया जाता है। इसी तरह के एंजाइम यूकेरियोटिक कोशिकाओं में पाए जाते हैं, जहां वे आरएनए साइलेंसिंग की प्रक्रिया से जुड़े होते हैं। रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन रेट्रोवायरस में पाया जाता है, जहां यह रिवर्स ट्रांसक्रिपटेस एंजाइम की क्रिया द्वारा किया जाता है, और कुछ मामलों में यूकेरियोटिक कोशिकाओं में, उदाहरण के लिए, टेलोमेरिक संश्लेषण के दौरान। लाइव प्रसारण केवल कृत्रिम परिस्थितियों में सेल के बाहर एक पृथक प्रणाली में किया जाता है।
प्रोटीन से प्रोटीन, आरएनए या डीएनए में आनुवंशिक जानकारी के तीन संभावित संक्रमणों में से कोई भी असंभव माना जाता है। प्रोटीन पर प्रियन के प्रभाव का मामला, जिसके परिणामस्वरूप एक समान प्रियन बनता है, को सशर्त रूप से आनुवंशिक सूचना प्रोटीन → प्रोटीन के कार्यान्वयन के प्रकार के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। हालांकि, औपचारिक रूप से ऐसा नहीं है, क्योंकि यह प्रोटीन में अमीनो एसिड अनुक्रम को प्रभावित नहीं करता है।
"केंद्रीय हठधर्मिता" शब्द की उत्पत्ति का इतिहास उत्सुक है। चूंकि सामान्य मामले में हठधर्मिता शब्द का अर्थ एक ऐसा बयान है जो संदेह के अधीन नहीं है, और इस शब्द का एक स्पष्ट धार्मिक अर्थ है, वैज्ञानिक तथ्य के विवरण के रूप में इसकी पसंद पूरी तरह से वैध नहीं है। खुद फ्रांसिस क्रिक के मुताबिक, यह उनकी गलती थी। वह प्रस्तावित सिद्धांत को और अधिक महत्वपूर्ण बनाना चाहते थे, इसे अन्य सिद्धांतों और परिकल्पनाओं की पृष्ठभूमि के खिलाफ उजागर करना चाहते थे; उन्होंने इस राजसी शब्द का उपयोग करने का फैसला क्यों किया, उनकी राय में, शब्द का सही अर्थ नहीं समझा। हालाँकि, यह नाम अटक गया।
आणविक जीव विज्ञान आज
आणविक जीव विज्ञान के तेजी से विकास, समाज की ओर से इस क्षेत्र में प्रगति में निरंतर रुचि और अनुसंधान के उद्देश्य महत्व के कारण दुनिया भर में आणविक जीव विज्ञान के बड़े अनुसंधान केंद्रों का उदय हुआ है। सबसे बड़े में, निम्नलिखित का उल्लेख किया जाना चाहिए: कैम्ब्रिज में आणविक जीव विज्ञान की प्रयोगशाला, लंदन में रॉयल इंस्टीट्यूट - यूके में; पेरिस, मार्सिले और स्ट्रासबर्ग में आणविक जीव विज्ञान संस्थान, फ्रांस में पाश्चर संस्थान; आणविक जीव विज्ञान विभाग विदेश महाविद्यालयऔर मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी, बर्कले विश्वविद्यालय, कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी, रॉकफेलर यूनिवर्सिटी, संयुक्त राज्य अमेरिका में बेथेस्डा इंस्टीट्यूट ऑफ पब्लिक हेल्थ; मैक्स प्लैंक संस्थान, गोटिंगेन और म्यूनिख में विश्वविद्यालय, बर्लिन में सेंट्रल इंस्टीट्यूट फॉर मॉलिक्यूलर बायोलॉजी, जर्मनी में जेना और हाले में संस्थान; स्वीडन में स्टॉकहोम में करोलिंस्का संस्थान।
रूस में, इस क्षेत्र में प्रमुख केंद्र आणविक जीवविज्ञान संस्थान हैं। एंगेलहार्ड्ट आरएएस, इंस्टीट्यूट ऑफ मॉलिक्यूलर जेनेटिक्स आरएएस, इंस्टीट्यूट ऑफ जीन बायोलॉजी आरएएस, इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिकल एंड केमिकल बायोलॉजी का नाम वी.ए. ए.एन. बेलोज़र्स्की मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी एमवी लोमोनोसोव जैव रसायन संस्थान। A.N.Bach RAS और Pushchino में प्रोटीन RAS संस्थान।
आज, आणविक जीवविज्ञानी के हित के क्षेत्र में मौलिक वैज्ञानिक मुद्दों की एक विस्तृत श्रृंखला है। प्रमुख भूमिका अभी भी न्यूक्लिक एसिड और प्रोटीन जैवसंश्लेषण की संरचना के अध्ययन, विभिन्न इंट्रासेल्युलर संरचनाओं और सेल सतहों की संरचना और कार्यों के अध्ययन द्वारा निभाई जाती है। इसके अलावा अनुसंधान के महत्वपूर्ण क्षेत्रों में संकेतों के स्वागत और संचरण के तंत्र का अध्ययन, कोशिका के अंदर यौगिकों के परिवहन के आणविक तंत्र के साथ-साथ कोशिका से बाहरी वातावरण तक और इसके विपरीत भी हैं। अनुप्रयुक्त आणविक जीव विज्ञान के क्षेत्र में वैज्ञानिक अनुसंधान की मुख्य दिशाओं में से एक सबसे अधिक प्राथमिकता ट्यूमर के उद्भव और विकास की समस्या है। इसके अलावा, आणविक जीव विज्ञान के खंड द्वारा अध्ययन किया गया एक बहुत महत्वपूर्ण क्षेत्र - आणविक आनुवंशिकी - वंशानुगत बीमारियों और वायरल रोगों की घटना के आणविक आधार का अध्ययन है, उदाहरण के लिए, एड्स, साथ ही साथ उनकी रोकथाम के तरीकों का विकास और , संभवतः, जीन स्तर पर उपचार। फोरेंसिक चिकित्सा में आणविक जीवविज्ञानी की खोजों और विकास ने व्यापक आवेदन पाया है। व्यक्तिगत पहचान के क्षेत्र में एक वास्तविक क्रांति 80 के दशक में रूस, संयुक्त राज्य अमेरिका और ग्रेट ब्रिटेन के वैज्ञानिकों द्वारा "जीनोमिक फिंगरप्रिंटिंग" की विधि के विकास और परिचय के लिए धन्यवाद - डीएनए द्वारा पहचान की गई थी। इस क्षेत्र में अनुसंधान आज भी जारी है, आधुनिक तरीके एक अरबवें प्रतिशत की त्रुटि की संभावना के साथ पहचान की अनुमति देते हैं। पहले से ही, आनुवंशिक पासपोर्ट के मसौदे का एक सक्रिय विकास चल रहा है, जो अपेक्षित रूप से अपराध दर को काफी कम करेगा।
क्रियाविधि
आज, आणविक जीव विज्ञान में वैज्ञानिकों के सामने सबसे उन्नत और सबसे जटिल समस्याओं को हल करने के तरीकों का एक व्यापक शस्त्रागार है।
आणविक जीव विज्ञान में सबसे आम तरीकों में से एक जेल वैद्युतकणसंचलन है, जो आकार या आवेश द्वारा मैक्रोमोलेक्यूल्स के मिश्रण को अलग करने की समस्या को हल करता है। लगभग हमेशा, जेल में मैक्रोमोलेक्यूल्स के अलग होने के बाद, ब्लॉटिंग का उपयोग किया जाता है, एक विधि जो मैक्रोमोलेक्यूल्स को जेल (सोरशन) से झिल्ली की सतह पर स्थानांतरित करने की अनुमति देती है, ताकि उनके साथ आगे के काम की सुविधा के लिए, विशेष रूप से संकरण में। हाइब्रिडाइजेशन - एक अलग प्रकृति के दो स्ट्रैंड से हाइब्रिड डीएनए का निर्माण - एक ऐसी विधि है जो मौलिक शोध में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। यह निर्धारित करने के लिए प्रयोग किया जाता है पूरकविभिन्न डीएनए (डीएनए) में खंड विभिन्न प्रकार), इसकी मदद से नए जीन की खोज की जाती है, इसकी मदद से आरएनए हस्तक्षेप की खोज की गई, और इसके सिद्धांत ने जीनोमिक फिंगरप्रिंटिंग का आधार बनाया।
आणविक जैविक अनुसंधान के आधुनिक अभ्यास में अनुक्रमण विधि द्वारा एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई जाती है - प्रोटीन में न्यूक्लिक एसिड और अमीनो एसिड में न्यूक्लियोटाइड के अनुक्रम का निर्धारण।
पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पीसीआर) पद्धति के बिना आधुनिक आणविक जीव विज्ञान की कल्पना नहीं की जा सकती है। इस पद्धति के लिए धन्यवाद, एक निश्चित डीएनए अनुक्रम की प्रतियों की संख्या (प्रवर्धन) में वृद्धि एक अणु से इसके साथ आगे के काम के लिए पर्याप्त मात्रा में पदार्थ प्राप्त करने के लिए की जाती है। एक समान परिणाम आणविक क्लोनिंग तकनीक द्वारा प्राप्त किया जाता है, जिसमें आवश्यक न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम बैक्टीरिया (जीवित प्रणालियों) के डीएनए में डाला जाता है, जिसके बाद बैक्टीरिया का प्रजनन वांछित परिणाम की ओर जाता है। यह दृष्टिकोण तकनीकी रूप से बहुत अधिक जटिल है, लेकिन यह एक साथ अध्ययन के तहत न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम की अभिव्यक्ति का परिणाम प्राप्त करने की अनुमति देता है।
इसके अलावा आणविक जैविक अनुसंधान में, अल्ट्रासेंट्रीफ्यूजेशन विधियों (मैक्रोमोलेक्यूल्स (बड़ी मात्रा में), कोशिकाओं, ऑर्गेनेल के पृथक्करण के लिए), इलेक्ट्रॉन और फ्लोरोसेंस माइक्रोस्कोपी, स्पेक्ट्रोफोटोमेट्रिक विधियों, एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण, ऑटोरैडियोग्राफी, आदि का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
रसायन विज्ञान, भौतिकी, जीव विज्ञान और सूचना विज्ञान के क्षेत्र में तकनीकी प्रगति और वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए धन्यवाद, आधुनिक उपकरण अलग-अलग जीनों और प्रक्रियाओं को अलग करना, अध्ययन करना और संशोधित करना संभव बनाता है जिसमें वे शामिल हैं।
आणविक जीव विज्ञान / एम मैंɛ प्रतिजेʊ मैंr / जीव विज्ञान की एक शाखा है जो विभिन्न कोशिका प्रणालियों में जैव-अणुओं के बीच जैविक गतिविधि के आणविक आधार से संबंधित है, जिसमें डीएनए, आरएनए, प्रोटीन और उनके जैवसंश्लेषण के साथ-साथ इन इंटरैक्शन के विनियमन के बीच बातचीत शामिल है। में नामांकन प्रकृति 1961 में, एस्टबरी ने आणविक जीव विज्ञान का वर्णन किया:
एक दृष्टिकोण के रूप में इतनी तकनीक नहीं, तथाकथित के दृष्टिकोण से एक दृष्टिकोण बुनियादी विज्ञानसंबंधित आणविक योजना के लिए शास्त्रीय जीव विज्ञान के बड़े पैमाने पर अभिव्यक्तियों की खोज के प्रमुख विचार के साथ। यह संबंधित है, विशेष रूप से, के साथ फार्मजैविक अणु और [...] मुख्य रूप से त्रि-आयामी और संरचनात्मक - जिसका अर्थ यह नहीं है कि यह केवल आकारिकी का परिशोधन है। उसे एक ही समय में उत्पत्ति और कार्य का पता लगाना चाहिए।
अन्य जैविक विज्ञानों से संबंध
आणविक जीव विज्ञान के क्षेत्र में शोधकर्ता आणविक जीव विज्ञान के विशिष्ट तरीकों का उपयोग करते हैं, लेकिन अधिक से अधिक उन्हें आनुवंशिकी और जैव रसायन से विधियों और विचारों के साथ जोड़ते हैं। इन विषयों के बीच कोई निश्चित रेखा नहीं है। यह निम्नलिखित आरेख में दिखाया गया है, जो क्षेत्रों के बीच एक संभावित प्रकार के संबंध को दर्शाता है:
- जीव रसायन जीवों में होने वाली रसायनों और महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं का अध्ययन है। बायोकेमिस्ट्स को बायोमोलेक्यूल्स की भूमिका, कार्य और संरचना पर ध्यान केंद्रित करना मुश्किल लगता है। जैविक प्रक्रियाओं के पीछे रसायन विज्ञान का अध्ययन और जैविक रूप से सक्रिय अणुओं का संश्लेषण जैव रसायन के उदाहरण हैं।
- आनुवंशिकी प्रभाव का अध्ययन है आनुवंशिक अंतरजीवों में। यह अक्सर एक सामान्य घटक (जैसे एक जीन) की अनुपस्थिति से अनुमान लगाया जा सकता है। "म्यूटेंट" का अध्ययन - ऐसे जीव जिनमें तथाकथित "जंगली प्रकार" या सामान्य फेनोटाइप के संबंध में एक या अधिक कार्यात्मक घटक होते हैं। जेनेटिक इंटरैक्शन (एपिस्टेसिस) अक्सर ऐसे "नॉकआउट" अध्ययनों की सरल व्याख्याओं को भ्रमित करते हैं।
- आणविक जीव विज्ञान प्रतिकृति, प्रतिलेखन, अनुवाद और सेल फ़ंक्शन की प्रक्रियाओं के आणविक आधार का अध्ययन है। आणविक जीव विज्ञान की केंद्रीय हठधर्मिता, जहां आनुवंशिक सामग्री को आरएनए में स्थानांतरित किया जाता है और फिर प्रोटीन में अनुवाद किया जाता है, इसके अतिसरलीकरण के बावजूद, अभी भी अच्छा प्रदान करता है प्रस्थान बिंदूक्षेत्र को समझने के लिए। आरएनए के लिए उभरती नई भूमिकाओं के आलोक में तस्वीर को फिर से परिभाषित किया गया है।
आणविक जीव विज्ञान के तरीके
आणविक क्लोनिंग
प्रोटीन कार्य का अध्ययन करने के लिए सबसे बुनियादी आणविक जीव विज्ञान तकनीकों में से एक आणविक क्लोनिंग है। इस तकनीक में, रुचि के प्रोटीन को एन्कोडिंग करने वाले डीएनए को पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पीसीआर) और / या प्रतिबंध एंजाइमों द्वारा एक प्लास्मिड (एक्सप्रेशन वेक्टर) में क्लोन किया जाता है। वेक्टर में 3 . है विशिष्ट सुविधाएं: प्रतिकृति की उत्पत्ति, एक बहु क्लोनिंग साइट (एमसीएस), और चयन योग्य मार्कर, आमतौर पर एंटीबायोटिक प्रतिरोधी। अपस्ट्रीम मल्टीपल क्लोनिंग साइट प्रमोटर क्षेत्र और ट्रांसक्रिप्शनल दीक्षा साइट हैं जो क्लोन जीन की अभिव्यक्ति को विनियमित करते हैं। इस प्लास्मिड को बैक्टीरिया या पशु कोशिकाओं में डाला जा सकता है। जीवाणु कोशिकाओं में डीएनए की शुरूआत नग्न डीएनए अपटेक, सेल-सेल संपर्कों का उपयोग करके संयुग्मन, या वायरल वेक्टर का उपयोग करके ट्रांसडक्शन द्वारा की जा सकती है। यूकेरियोटिक कोशिकाओं में डीएनए की शुरूआत, जैसे कि पशु कोशिकाओं, भौतिक या रासायनिक तरीकों से, अभिकर्मक कहा जाता है। कई अलग-अलग ट्रांसफेक्शन विधियां उपलब्ध हैं, जैसे कैल्शियम फॉस्फेट ट्रांसफेक्शन, इलेक्ट्रोपोरेशन, माइक्रोइंजेक्शन और लिपोसोमल ट्रांसफेक्शन। प्लास्मिड को जीनोम में एकीकृत किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप स्थिर अभिकर्मक होता है, या यह जीनोम से स्वतंत्र रह सकता है, जिसे क्षणिक अभिकर्मक कहा जाता है।
रुचि के डीएनए एन्कोडिंग प्रोटीन अब कोशिका के अंदर हैं, और प्रोटीन अब व्यक्त किए जा सकते हैं। विविध प्रणालियां जैसे कि इंड्यूसिबल प्रमोटर और विशिष्ट सेलुलर सिग्नलिंग कारक जो प्रोटीन की रुचि को व्यक्त करने में मदद करते हैं ऊंची स्तरों... फिर बैक्टीरिया या यूकेरियोटिक कोशिका से बड़ी मात्रा में प्रोटीन प्राप्त किया जा सकता है। विभिन्न स्थितियों में एंजाइमी गतिविधि के लिए एक प्रोटीन का परीक्षण किया जा सकता है, प्रोटीन को क्रिस्टलीकृत किया जा सकता है ताकि इसकी तृतीयक संरचना का अध्ययन किया जा सके, या, दवा उद्योग में, प्रोटीन के खिलाफ नई दवाओं की गतिविधि का अध्ययन किया जा सके।
पोलीमरेज श्रृंखला अभिक्रिया
मैक्रोमोलेक्यूल ब्लॉटिंग एंड रिसर्च
मामले उत्तरी , पश्चिमतथा ओरिएंटलब्लॉटिंग मूल रूप से आण्विक जीवविज्ञान से मिलता है जो एक मजाक है जो इस शब्द पर खेला जाता है सदर्ननेटब्लॉटेड डीएनए संकरण के लिए एडविन सदर्न द्वारा वर्णित प्रक्रिया का पालन करते हुए। पेट्रीसिया थॉमस, आरएनए ब्लॉटिंग के विकासकर्ता, जिसे बाद में के रूप में जाना जाने लगा उत्तर - सोख्ता, वास्तव में उस शब्द का प्रयोग न करें।
दक्षिणी सोख्ता
इसके आविष्कारक, जीवविज्ञानी एडविन साउथ के नाम पर, दक्षिणी धब्बा एक डीएनए नमूने में एक विशिष्ट डीएनए अनुक्रम की उपस्थिति की जांच करने की एक विधि है। प्रतिबंध एंजाइम (प्रतिबंध एंजाइम) पाचन से पहले या बाद में डीएनए नमूने जेल वैद्युतकणसंचलन द्वारा अलग किए गए थे और फिर केशिका क्रिया का उपयोग करके धब्बा द्वारा झिल्ली में स्थानांतरित कर दिए गए थे। झिल्ली को तब एक लेबल डीएनए जांच के संपर्क में लाया जाता है जिसका आधार अनुक्रम ब्याज के डीएनए पर पूरक होता है। डीएनए नमूनों से विशिष्ट डीएनए अनुक्रमों का पता लगाने के लिए पीसीआर जैसी अन्य विधियों की क्षमता के कारण वैज्ञानिक प्रयोगशाला में दक्षिणी सोख्ता का कम व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इन धब्बों का उपयोग अभी भी कुछ अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है, हालांकि, जैसे ट्रांसजेनिक चूहों में एक ट्रांसजीन प्रतिलिपि संख्या को मापना या नॉकआउट भ्रूण स्टेम सेल लाइनों की जीन इंजीनियरिंग में।
उत्तरी सोख्ता
उत्तरी धब्बा चार्ट
पूर्व सोख्ता
आणविक जीव विज्ञान से उत्पन्न होने वाले नैदानिक अनुसंधान और चिकित्सा उपचार आंशिक रूप से जीन थेरेपी द्वारा कवर किए जाते हैं। चिकित्सा में आणविक जीव विज्ञान या आणविक कोशिका जीव विज्ञान दृष्टिकोण के अनुप्रयोग को अब आणविक चिकित्सा कहा जाता है। आणविक जीव विज्ञान भी कोशिकाओं के विभिन्न भागों के गठन, क्रियाओं और नियमों को समझने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जिसका उपयोग नई दवाओं को प्रभावी ढंग से लक्षित करने, रोग का निदान करने और कोशिका शरीर क्रिया विज्ञान को समझने के लिए किया जा सकता है।
अग्रिम पठन
- कोहेन, एसएन, चांग, एनकेडी, बॉयर, एच. एंड हेलिंग, आरबी जैविक रूप से कार्यात्मक जीवाणु प्लास्मिड का निर्माण कृत्रिम परिवेशीय .
एक आणविक जीवविज्ञानी एक चिकित्सा शोधकर्ता है जिसका मिशन खतरनाक बीमारियों से मानवता को बचाने के लिए कम नहीं है। ऐसे रोगों में, उदाहरण के लिए, ऑन्कोलॉजी, जो आज दुनिया में मृत्यु के मुख्य कारणों में से एक बन गया है, नेता से थोड़ा ही पीछे है - हृदवाहिनी रोग... ऑन्कोलॉजी के शीघ्र निदान के नए तरीके, कैंसर की रोकथाम और उपचार आधुनिक चिकित्सा का एक प्राथमिक कार्य है। ऑन्कोलॉजी के क्षेत्र में आणविक जीवविज्ञानी शरीर में शीघ्र निदान या लक्षित दवा वितरण के लिए एंटीबॉडी और पुनः संयोजक (आनुवंशिक रूप से इंजीनियर) प्रोटीन विकसित करते हैं। इस क्षेत्र के विशेषज्ञ सबसे अधिक उपयोग करते हैं आधुनिक उपलब्धियांअनुसंधान और नैदानिक गतिविधियों में उनके आगे उपयोग के उद्देश्य से नए जीवों और कार्बनिक पदार्थों के निर्माण के लिए विज्ञान और प्रौद्योगिकी। आणविक जीवविज्ञानी द्वारा उपयोग की जाने वाली विधियों में क्लोनिंग, ट्रांसफेक्शन, संक्रमण, पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन, जीन अनुक्रमण और अन्य शामिल हैं। रूस में आणविक जीवविज्ञानी में रुचि रखने वाली कंपनियों में से एक प्राइमबायोमेड एलएलसी है। संगठन कैंसर के निदान के लिए एंटीबॉडी अभिकर्मकों के उत्पादन में लगा हुआ है। इस तरह के एंटीबॉडी का उपयोग मुख्य रूप से ट्यूमर के प्रकार, इसकी उत्पत्ति और घातकता, यानी मेटास्टेसाइज करने की क्षमता (शरीर के अन्य भागों में फैलने) को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। जांच किए गए ऊतक के पतले वर्गों पर एंटीबॉडी लगाए जाते हैं, जिसके बाद वे कोशिकाओं में बंधते हैं कुछ प्रोटीन- मार्कर जो ट्यूमर कोशिकाओं में मौजूद होते हैं, लेकिन स्वस्थ कोशिकाओं में अनुपस्थित होते हैं और इसके विपरीत। अध्ययन के परिणामों के आधार पर आगे का उपचार निर्धारित किया गया है। प्राइमबायोमेड के ग्राहकों में न केवल चिकित्सा, बल्कि वैज्ञानिक संस्थान भी हैं, क्योंकि एंटीबॉडी का उपयोग अनुसंधान समस्याओं को हल करने के लिए भी किया जा सकता है। ऐसे मामलों में, विशिष्ट एंटीबॉडी का उत्पादन किया जा सकता है जो एक विशेष आदेश पर एक विशिष्ट कार्य के लिए अध्ययन के तहत प्रोटीन को बांध सकता है। कंपनी के शोध का एक और आशाजनक क्षेत्र शरीर में दवाओं का लक्षित (लक्षित) वितरण है। इस मामले में, एंटीबॉडी का उपयोग परिवहन के रूप में किया जाता है: उनकी मदद से, दवाओं को सीधे प्रभावित अंगों तक पहुंचाया जाता है। इस प्रकार, उपचार अधिक प्रभावी हो जाता है और शरीर के लिए कम नकारात्मक परिणाम होते हैं, उदाहरण के लिए, कीमोथेरेपी, जो न केवल कैंसर कोशिकाओं को प्रभावित करती है, बल्कि अन्य कोशिकाओं को भी प्रभावित करती है। आने वाले दशकों में आणविक जीवविज्ञानी के पेशे की मांग अधिक से अधिक होने की उम्मीद है: किसी व्यक्ति की औसत जीवन प्रत्याशा में वृद्धि के साथ, ऑन्कोलॉजिकल रोगों की संख्या में वृद्धि होगी। प्रारंभिक निदानआणविक जीवविज्ञानी द्वारा प्राप्त पदार्थों का उपयोग करके ट्यूमर और उपचार के नवीन तरीके बड़ी संख्या में लोगों के जीवन को बचाएंगे और इसकी गुणवत्ता में सुधार करेंगे।
बुनियादी व्यावसायिक शिक्षा
प्रतिशत श्रम बाजार में शिक्षा के एक निश्चित स्तर के विशेषज्ञों के वितरण को दर्शाता है। पेशे में महारत हासिल करने के लिए प्रमुख विशेषज्ञताओं को हरे रंग में चिह्नित किया गया है।
योग्यता और कौशल
- अभिकर्मकों, नमूनों को संभालने की क्षमता, आपको छोटी वस्तुओं के साथ काम करने में सक्षम होना चाहिए
- बड़ी मात्रा में जानकारी के साथ काम करने का कौशल
- अपने हाथों से काम करने की क्षमता
रुचियां और प्राथमिकताएं
- कुछ नया सीखने की ललक
- मल्टीटास्किंग मोड में काम करने की क्षमता (आपको एक ही समय में कई प्रतिक्रियाओं और प्रक्रियाओं की प्रगति की निगरानी करने की आवश्यकता है)
- शुद्धता
- जिम्मेदारी (आप "कल के लिए" काम नहीं छोड़ सकते, क्योंकि नमूने क्षतिग्रस्त हो सकते हैं)
- परिशुद्धता
- कठोर परिश्रम
- दिमागीपन (आपको सूक्ष्म प्रक्रियाओं की निगरानी करने की आवश्यकता है)
व्यक्तियों में पेशा
मारिया शितोवा
डारिया समोइलोवा
एलेक्सी ग्रेचेव
ऑन्कोलॉजी के क्षेत्र में आणविक जीव विज्ञान एक आशाजनक पेशेवर दिशा है, क्योंकि कैंसर के खिलाफ लड़ाई विश्व चिकित्सा के प्राथमिक कार्यों में से एक है।
विज्ञान, जैव प्रौद्योगिकी और नवीन उद्यमों के सक्रिय विकास के कारण कई क्षेत्रों में आणविक जीवविज्ञानी की मांग है। आज, विशेषज्ञों की एक छोटी कमी है, विशेष रूप से उनकी विशेषता में एक निश्चित अनुभव वाले। अब तक, काफी बड़ी संख्या में स्नातक विदेश में काम करने जाते हैं। अब रूस में जैव प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में प्रभावी कार्य के अवसर उभरने लगे हैं, लेकिन बड़े पैमाने पर बात करना जल्दबाजी होगी।
एक आणविक जीवविज्ञानी के काम में एक विशेषज्ञ की सक्रिय भागीदारी शामिल है वैज्ञानिक गतिविधियाँ, जो कैरियर में उन्नति के लिए एक तंत्र बन जाता है। पेशे में विकास वैज्ञानिक परियोजनाओं और सम्मेलनों में भागीदारी के माध्यम से संभव है, संभवतः ज्ञान के संबंधित क्षेत्रों के विकास के माध्यम से। भविष्य में एक वरिष्ठ शोधकर्ता के माध्यम से एक प्रमुख शोधकर्ता, प्रोफेसर और / या एक विभाग / प्रयोगशाला के प्रमुख के लिए एक जूनियर शोधकर्ता से शैक्षणिक विकास के लिए भी संभव है।
