МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ
наука, ставящая
своей задачей познание природы явлений жизнедеятельности путём изучения
биол. объектов и систем на уровне, приближающемся к молекулярному, а в
ряде случаев и достигающем этого предела. Конечной целью при этом является
выяснение того, каким образом и в какой мере характерные проявления жизни,
такие, как наследственность, воспроизведение себе подобного, биосинтез
белков, возбудимость, рост и развитие, хранение и передача информации,
превращения энергии, подвижность и т. д., обусловлены структурой, свойствами
и взаимодействием молекул биологически важных веществ, в первую очередь
двух главных классов высокомолекулярных биополимеров - белков и
нуклеиновых к-т. Отличит, черта М. б. - изучение явлений жизни на неживых
объектах или таких, к-рым присущи самые примитивные проявления жизни. Таковыми
являются биол. образования от клеточного уровня и ниже: субклеточные орга-неллы,
такие, как изолированные клеточные ядра, митохондрии, рибосомы, хромосомы,
клеточные мембраны; далее - системы, стоящие на границе живой и неживой
природы, - вирусы, в т. ч. и бактериофаги, и кончая молекулами важнейших
компонентов живой материи - нуклеиновых кислот и белков.
М. б.- новая область естествознания, тесно
связанная с давно сложившимися направлениями исследований, которые охватываются
биохимией,
биофизикой и биоорганической химией. Разграничение здесь возможно
лишь на основе учёта применяемых методов и по принципиальному характеру
используемых подходов.
Фундамент, на к-ром развивалась М. б.,
закладывался такими науками, как генетика, биохимия, физиология элементарных
процессов и т. д. По истокам своего развития М. б. неразрывно связана с
молекулярной
генетикой, к-рая продолжает составлять важную часть М. б., хотя и сформировалась
уже в значит, мере в самостоят, дисциплину. Вычленение М. б. из биохимии
продиктовано след, соображениями. Задачи биохимии в основном ограничиваются
констатацией участия тех или иных химич. веществ при определённых биологич.
функциях и процессах и выяснением характера их превращений; ведущее значение
принадлежит сведениям о реакционной способности и об осн. чертах химич.
строения, выражаемого обычной химич. формулой. Т. о., по существу, внимание
сосредоточено на превращениях, затрагивающих главновалентные химич. связи.
Между тем, как было подчёркнуто Л. Полингом,
в биологич. системах
и проявлениях жизнедеятельности осн. значение должно быть отведено не главно-валентным
связям, действующим в пределах одной молекулы, а разнообразным типам связей,
обусловливающих межмолекулярные взаимодействия (электростатическим, ван-дер-ваальсовым,
водородным связям и др.).
Конечный результат биохим. исследования
может быть представлен в виде той или иной системы химич. уравнений, обычно
полностью исчерпываемой их изображением на плоскости, т. е. в двух измерениях.
Отличит, чертой М. б. является её трёхмерность. Сущность М. б. усматривается
М. Перуцем в том, чтобы истолковать биологические функции в понятиях
молекулярной структуры. Можно сказать, что если прежде при изучении биологич.
объектов необходимо было ответить на вопрос "что", т. е. какие вещества
присутствуют, и на вопрос "где"-в каких тканях и органах, то М. б. ставит
своей задачей получить ответы на вопрос "как", познав сущность роли и участия
всей структуры молекулы, и на вопросы "почему" и "зачем", выяснив, с одной
стороны, связи между свойствами молекулы (опять-таки в первую очередь белков
и нуклеиновых к-т) и осуществляемыми ею функциями и, с другой стороны,
роль таких отд. функций в общем комплексе проявлений жизнедеятельности.
Решающую роль приобретают взаимное расположение
атомов и их группировок в общей структуре макромолекулы, их пространственные
взаимоотношения. Это касается как отдельных, индивидуальных, компонентов,
так и общей конфигурации молекулы в целом. Именно в результате возникновения
строго детерминированной объёмной структуры молекулы биополимеров приобретают
те свойства, в силу к-рых они оказываются способными служить материальной
основой биологич. функций. Такой принцип подхода к изучению живого составляет
наиболее характерную, типическую черту М. б.
Историческая справка. Огромное значение
исследований биологич. проблем на молекулярном уровне предвидел И. П. Павлов,
говоривший
о последней ступени в науке о жизни - физиологии живой молекулы. Самый
термин "М. б." был впервые употреблён англ, учёным У. Аст-бери в приложении
к исследованиям, касавшимся выяснения зависимостей между молекулярной структурой
и фи-зич. и биологич. свойствами фибрилляр-ных (волокнистых) белков, таких,
как коллаген, фибрин крови или сократительные белки мышц. Широко применять
термин "М. б." стали с нач. 50-х гг. 20 в.
Возникновение М. б. как сформировавшейся
науки принято относить к 1953, когда Дж. Уотсоном и Ф. Криком
в
Кембридже (Великобритания) была раскрыта трёхмерная структура дезоксирибонук-леиновой
кислоты (ДНК). Это позволило говорить о том, каким образом детали данной
структуры определяют биологич. функции ДНК в качестве материального носителя
наследственной информации. В принципе, об этой роли ДНК стало известно
неск. раньше (1944) в результате работ амер. генетика О. Т. Эйвери с сотрудниками
(см. Молекулярная генетика), но не было известно, в какой мере данная
функция зависит от молекулярного строения ДНК. Это стало возможным лишь
после того, как в лабораториях У. Л. Брэгга, Дж. Бернала и
др. были разработаны новые принципы рентгеноструктурного анализа, обеспечившие
применение этого метода для детального познания пространств, строения макромолекул
белков и нуклеиновых кислот.
Уровни молекулярной организации. В
1957 Дж. Кендрю установил трёхмерную структуру миоглобина, а
в последующие годы это было сделано М. Перуцем в отношении гемоглобина.
Были
сформулированы представления о различных уровнях пространств, организации
макромолекул. Первичная структура - это последовательность отд. звеньев
(мономеров) в цепи образующейся молекулы полимера. Для белков мономерами
являются аминокислоты, для нуклеиновых кислот -нуклеотиды.
Линейная,
нитевидная молекула биополимера в результате возникновения водородных связей
обладает способностью определённым образом укладываться в пространстве,
напр, в случае белков, как показал Л. Полинг, приобретать форму спирали.
Это обозначается как вторичная структура. О третичной структуре говорят,
когда молекула, обладающая вторичной структурой, складывается далее тем
или иным образом, заполняя трёхмерное пространство. Наконец, молекулы,
обладающие трёхмерной структурой, могут вступать во взаимодействие, закономерно
располагаясь в пространстве относительно друг друга и образуя то, что обозначается
как четвертичная структур а; её отдельные компоненты обычно наз. субъединицами.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я