молекулярная биология

молекуля́рная биология

Раздел биологии, изучающий структуры и процессы, свойственные живым организмам, на уровне молекул. Молекулярная биология стремится объяснить важнейшие явления жизнедеятельности (наследственность, изменчивость, рост, развитие, движение, обмен веществ и энергии, чувствительность, иммунитет и др.) строением, свойствами и взаимодействием входящих в состав организмов химических веществ. В любом организме в каждый момент его существования проходит огромное число биохимических реакций, в которых участвуют молекулы большие и малые, простые и сложные, органические и неорганические. Все эти реакции строго упорядочены и, в зависимости от условий и потребностей организма, подвергаются настройке и регулировке. Решающая роль в организации этих процессов принадлежит двум классам больших молекул – белкам и нуклеиновым кислотам. Эти биополимеры и служат главным объектом исследования в молекулярной биологии.

С самого начала молекулярная биология развивалась как научная область, родственная прежде всего биохимии и биофизике, а также генетике, микробиологии, вирусологии. В 30—40-е гг. 20 в. для установления пространственной структуры важнейших белков стали применять рентгеноструктурный анализ, сыгравший впоследствии решающую роль и в установлении строения ДНК. Внедрение в эти годы в биологию методов и идей физики и химии заложило основы для развития «молекулярного» направления. Во многом его будущие успехи предопределил интерес физиков и химиков к проблеме наследственности. В 1944 г. вышла книга одного из создателей квантовой механики Э. Шрёдингера «Что такое жизнь? С точки зрения физика», содержавшая краткое изложение основ генетики. Многими представителями точных наук эта работа была воспринята как призыв сосредоточить усилия на решении загадки «вещества наследственности».

Через 9 лет Дж. Уотсон и Ф. Крик решили эту задачу. Ко времени выхода в свет их статьи (апрель 1953 г.), в которой предлагалась модель молекулы ДНК (т.н. двойная спираль), принято относить рождение молекулярной биологии. Модель Уотсона—Крика ярко выражала главную направленность новой науки: биологические функции макромолекулы можно было объяснить её структурой (см. дезоксирибонуклеиновые кислоты). При этом молекулярный уровень (двухцепочные ДНК) логично увязывался с субклеточным (репликация хромосом), клеточным (митоз, мейоз) и организменным (наследование признаков).

Близкий подход встречался и в более ранних работах. Ещё в 1927 г. Н.К. Кольцов высказал гипотезу о «наследственных молекулах», способных воспроизводиться путём матричного синтеза, а В.А. Энгельгардту в 1939 г. удалось связать строение мышечных белков с их ролью в мышечном сокращении. Однако только после «двойной спирали» началось бурное развитие молекулярной биологии, ставшей лидером естествознания. Помимо многочисленных конкретных достижений (расшифровка генетического кода, раскрытие механизмов биосинтеза белка, пространственной структуры ферментов и других белков, строения и роли в клеточных процессах биологических мембран и т.д.), молекулярная биология выявила некоторые общие принципы, на основе которых осуществляются самые различные биологические процессы. Так, комплементарность взаимодействующих молекул (их взаимодополняемость, взаимное соответствие как «ключа и замка»), приводящая к образованию нековалентных химических связей между ними, лежит в основе процессов, требующих биологической специфичности (избирательности, «узнавания»), начиная от синтеза ДНК и белков и кончая образованием комплексов между ферментом и субстратом, антителом и антигеном, самосборкой вирусных частиц и цитоскелета. Точно так же принцип матричного синтеза используется клетками не однократно, а на разных этапах реализации генетиче-ской информации.

В апреле 2003 г. учёными всего мира отмечался полувековой юбилей «двойной спирали» и молекулярной биологии. В нашей стране фундамент для развития этого направления заложен трудами академиков В.А. Энгельгардта (1894—1984), А.Н. Белозерского (1905—1972), А.А. Баева (1903/04—1994).