Наука молекулярная: Молекулярная биология |

Содержание

Молекулярная биология

Комикс на конкурс «био/мол/текст»: Сегодня молекулярный биолог Пробирочка проведет вас по миру удивительной науки — молекулярной биологии! Мы начнем с исторического экскурса по этапам ее развития, опишем главные открытия и эксперименты, начиная с 1933 года. А также наглядно расскажем о главных методах молекулярной биологии, которые позволили манипулировать генами, изменять и выделять их. Появление этих методов послужило сильным толчком в развитии молекулярной биологии. А еще вспомним о роли биотехнологии и затронем одну из популярнейших тем в этой области — редактирование генома с помощью CRISPR/Cas-систем.

Эта работа опубликована в номинации «Наглядно о ненаглядном» конкурса «био/мол/текст»-2019.

Генеральный спонсор конкурса и партнер номинации «Сколтех» — Центр наук о жизни Сколтеха.

Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

Спонсором приза зрительских симпатий выступила компания BioVitrum.

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

1. Введение. Сущность молекулярной биологии

Молекулярная биология изучает основы жизнедеятельности организмов на уровне макромолекул. Целью молекулярной биологии является установление роли и механизмов функционирования этих макромолекул на основе знаний об их структурах и свойствах.

Исторически молекулярная биология сформировалась в ходе развития направлений биохимии, изучающих нуклеиновые кислоты и белки. В то время как биохимия исследует обмен веществ, химический состав живых клеток, организмов и осуществляемые в них химические процессы, молекулярная биология главное внимание сосредоточивает на изучении механизмов передачи, воспроизведения и хранения генетической информации.

А объектом изучения молекулярной биологии являются сами нуклеиновые кислоты — дезоксирибонуклеиновые (ДНК), рибонуклеиновые (РНК) — и белки, а также их макромолекулярные комплексы — хромосомы, рибосомы, мультиферментные системы, обеспечивающие биосинтез белков и нуклеиновых кислот. Молекулярная биология также граничит по объектам исследования и частично совпадает с молекулярной генетикой, вирусологией, биохимией и рядом других смежных биологических наук.

2. Исторический экскурс по этапам развития молекулярной биологии

Как отдельное направление биохимии, молекулярная биология начала развиваться в 30-х годах прошлого века. Еще тогда возникла необходимость понимания феномена жизни на молекулярном уровне для исследований процессов передачи и хранения генетической информации. Как раз в то время установилась задача молекулярной биологии в изучении свойств, структуры и взаимодействия белков и нуклеиновых кислот.

Впервые термин «молекулярная биология» применил в 1933 году Уильям Астбери в ходе исследования фибриллярных белков (коллагена, фибрина крови, сократительных белков мышц). Астбери изучал связь между молекулярной структурой и биологическими, физическими особенностями данных белков. На первых порах возникновения молекулярной биологии РНК считалась составляющей только растений и грибов, а ДНК — только животных. А в 1935 году открытие ДНК гороха Андреем Белозерским привело к установлению факта, что ДНК содержится в каждой живой клетке.

В 1940 году колоссальным достижением стало установление Джорджем Бидлом и Эдуардом Тэйтемом причинно-следственной связи между генами и белками. Гипотеза ученых «Один ген — один фермент» легла в основу концепции о том, что специфичное строение белка регулируется генами. Полагается, что генетическая информация закодирована специальной последовательностью нуклеотидов в ДНК, которая регулирует первичную структуру белков. Позже было доказано, что многие белки имеют четвертичную структуру. В образовании таких структур принимают участие различные пептидные цепи. Исходя из этого, положение о связи между геном и ферментом было несколько преобразовано, и теперь звучит как «Один ген — один полипептид».

В 1944 году американский биолог Освальд Эвери с коллегами (Колином Маклеодом и Маклином Маккарти) доказал, что веществом, вызывающим трансформацию бактерий, является ДНК, а не белки. Эксперимент послужил доказательством роли ДНК в передаче наследственной информации, перечеркнув устаревшие знания о белковой природе генов.

В начале 50-х годов Фредерик Сенгер показал, что белковая цепь — уникальная последовательность аминокислотных остатков. В 1951 и 1952 годах ученый определил полную последовательность двух полипептидных цепей — бычьего инсулина В (30 аминокислотных остатков) и А (21 аминокислотный остаток) соответственно.

Примерно в то же время, в 1951–1953 гг., Эрвин Чаргафф сформулировал правила о соотношении азотистых оснований в ДНК. Согласно правилу, вне зависимости от видовых различий живых организмов в их ДНК количество аденина (A) равно количеству тимина (T), а количество гуанина (G) равно количеству цитозина (C).

В 1953 году доказана генетическая роль ДНК. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик на основе рентгенограммы ДНК, полученной Розалинд Франклин и Морисом Уилкинсом, установили пространственную структуру ДНК и выдвинули подтвердившееся позднее предположение о механизме ее репликации (удвоении), лежащем в основе наследственности.

1958 год — формирование центральной догмы молекулярной биологии Фрэнсисом Криком: перенос генетической информации идет в направлении ДНК → РНК → белок.

Суть догмы состоит в том, что в клетках имеется определенный направленный поток информации от ДНК, которая, в свою очередь, представляет собой исходный генетический текст, состоящий из четырех букв: A, T, G и C. Он записан в двойной спирали ДНК в виде последовательностей этих букв — нуклеотидов.

Этот текст транскрибируется. А сам процесс называется транскрипцией. В ходе данного процесса происходит синтез РНК, которая является идентичной генетическому тексту, но с отличием: в РНК вместо T стоит U (урацил).

Данная РНК называется информационной РНК (иРНК), или матричной (мРНК). Трансляция иРНК осуществляется при помощи генетического кода в виде триплетных последовательностей нуклеотидов. В ходе этого процесса происходит перевод текста нуклеиновых кислот ДНК и РНК из четырехбуквенного текста в двадцатибуквенный текст аминокислот.

Природных аминокислот существует всего двадцать, а букв в тексте нуклеиновых кислот четыре. Из-за этого происходит перевод из четырехбуквенного алфавита в двадцатибуквенный посредством генетического кода, в котором каждым трем нуклеотидам соответствует какая-либо аминокислота. Так можно сделать из четырех букв целые 64 трехбуквенные комбинации, притом что аминокислот 20. Из этого следует, что генетический код обязательно должен иметь свойство вырожденности. Однако в то время генетический код не был известен, к тому же его даже не начали расшифровывать, но Крик уже сформулировал свою центральную догму.

Тем не менее была уверенность в том, что код должен существовать. К тому времени было доказано, что этот код обладает триплетностью. Это означает, что конкретно три буквы в нуклеиновых кислотах (кодóны) отвечают какой-либо аминокислоте. Этих кодонов всего 64, они кодируют 20 аминокислот. Это означает, что каждой аминокислоте отвечает сразу несколько кодонов.

Таким образом, можно сделать вывод, что центральная догма является постулатом, который гласит о том, что в клетке происходит направленный поток информации: ДНК → РНК → белок. Крик сделал акцент на главном содержании центральной догмы: обратного потока информации происходить не может, белок не способен изменять генетическую информацию.

В этом и заключается основной смысл центральной догмы: белок не в состоянии изменять и преобразовывать информацию в ДНК (или РНК), поток всегда идет лишь в одну сторону.

Спустя время после этого был открыт новый фермент, который не был известен во времена формулировки центральной догмы, — обратная транскриптаза, которая синтезирует ДНК по РНК. Фермент был открыт в вирусах, у которых генетическая информация закодирована в РНК, а не в ДНК. Такие вирусы называют ретровирусами. Они имеют вирусную капсулу с заключенными в нее РНК и специальным ферментом. Фермент и есть обратная транскриптаза, которая синтезирует ДНК по матрице этой вирусной РНК, а эта ДНК потом уже служит генетическим материалом для дальнейшего развития вируса в клетке.

Конечно, данное открытие вызвало большой шок и множество споров среди молекулярных биологов, поскольку считалось, что, исходя из центральной догмы, этого быть не может. Однако Крик сразу объяснил, что он никогда не говорил, что это невозможно. Он говорил лишь то, что никогда не может происходить поток информации от белка к нуклеиновым кислотам, а уже внутри нуклеиновых кислот любого рода процессы вполне возможны: синтез ДНК на ДНК, ДНК на РНК, РНК на ДНК и РНК на РНК.

После формулирования центральной догмы по-прежнему оставался ряд вопросов: как алфавит из четырех нуклеотидов, составляющих ДНК (или РНК), кодирует 20-буквенный алфавит аминокислот, из которых состоят белки? В чем состоит сущность генетического кода?

Первые идеи о существовании генетического кода сформулировали Александр Даунс (1952 г.) и Георгий Гамов (1954 г.). Ученые показали, что последовательность нуклеотидов должна включать в себя не менее трех звеньев. Позднее было доказано, что такая последовательность состоит из трех нуклеотидов, названных кодоном (триплетом). Тем не менее вопрос о том, какие нуклеотиды ответственны за включение какой аминокислоты в белковую молекулу, оставался открытым до 1961 года.

А в 1961 году Маршалл Ниренберг вместе с Генрих Маттеи использовали систему для трансляции in vitro. В роли матрицы взяли олигонуклеотид. В его состав входили только остатки урацила, а пептид, синтезированный с него, включал только аминокислоту фенилаланин. Таким образом впервые было установлено значение кодона: кодон UUU кодирует фенилаланин. Поле них Хар Корана выяснил, что последовательность нуклеотидов UCUCUCUCUCUC кодирует набор аминокислот серин—лейцин—серин—лейцин. По большому счету, благодаря работам Ниренберга и Кораны, к 1965 году генетический код был полностью разгадан. Выяснилось, что каждый триплет кодирует определенную аминокислоту. А порядок кодонов определяет порядок аминокислот в белке.

Главные принципы функционирования белков и нуклеиновых кислот сформулировали к началу 70-х годов. Было зафиксировано, что синтез белков и нуклеиновых кислот осуществляется по матричному механизму. Молекула-матрица несет закодированную информацию о последовательности аминокислот или нуклеотидов. При репликации или транскрипции матрицей служит ДНК, при трансляции и обратной транскрипции — иРНК.

Так были созданы предпосылки для формирования направлений молекулярной биологии, в том числе и генной инженерии. А в 1972 году Пол Берг с коллегами разработал технологию молекулярного клонирования. Ученые получили первую рекомбинантную ДНК in vitro. Эти выдающиеся открытия легли в основу нового направления молекулярной биологии, а 1972 год с тех пор считается датой рождения генной инженерии.

3. Методы молекулярной биологии

Колоссальные успехи в изучении нуклеиновых кислот, строении ДНК и биосинтеза белка привели к созданию ряда методов, имеющих большое значение в медицине, сельском хозяйстве и науке в целом.

После изучения генетического кода и основных принципов хранения, передачи и реализации наследственной информации для дальнейшего развития молекулярной биологии стали необходимы специальные методы. Эти методы позволили бы проводить манипуляции с генами, изменять и выделять их.

Появление таких методов произошло в 1970–1980-х годах. Это дало огромный толчок развитию молекулярной биологии. В первую очередь, эти методы напрямую связаны с получением генов и их внедрением в клетки других организмов, а еще с возможностью определения последовательности нуклеотидов в генах.

3.1. Электрофорез ДНК

Электрофорез ДНК является базовым методом работы с ДНК. Электрофорез ДНК применяется вместе почти со всеми остальными методами для выделения нужных молекул и дальнейшего анализа результатов. Сам метод электрофореза в геле используется для разделения фрагментов ДНК по длине.

Предварительно или после электрофореза гель обрабатывается красителями, которые способны связаться с ДНК. Красители флуоресцируют в ультрафиолетовом свете, получается картина из полос в геле. Для определения длин фрагментов ДНК их можно сравнить с мáркерами — наборами фрагментов стандартных длин, которые наносятся на тот же гель.

Флуоресцентные белки

При исследовании эукариотических организмов в качестве генов-мáркеров сподручно использовать флуоресцентные белки. Ген первого зеленого флуоресцентного белка (green fluorescent protein, GFP) выделили из медузы Aqeuorea victoria, после чего внедрили в различные организмы. После выделяли гены флуоресцентных белков других цветов: синих, желтых, красных. Чтобы получить белки с интересующими свойствами, такие гены были модифицированы искусственно.

Вообще, важнейшими инструментами для работы с молекулой ДНК являются ферменты, осуществляющие ряд превращений ДНК в клетках: ДНК-полимеразы, ДНК-лигазы и рестриктазы (рестрикционные эндонуклеазы).

Трансгенез

Трансгенезом называется перенос генов из одного организма в другой. А такие организмы называются трансгенными.

Рекомбинантные белковые препараты как раз получают методом переноса генов в клетки микроорганизмов. В основном такими белковыми препаратами являются интерфероны, инсулин, некоторые белковые гормоны, а также белки для производства ряда вакцин.

В иных случаях применяют клеточные культуры эукариот или трансгенных животных, по большей степени, скот, который выделяет нужные белки в молоко. Таким образом получают антитела, факторы свертывания крови и другие белки. Метод трансгенеза используют для получения культурных растений, устойчивых к вредителям и гербицидам, а при помощи трансгенных микроорганизмов очищают сточные воды.

Помимо всего перечисленного, трансгенные технологии незаменимы в научных исследованиях, ведь развитие биологии происходит быстрее с применением методов модификации и переноса генов.

Рестриктазы

Распознаваемые рестриктазами последовательности являются симметричными, поэтому всякого рода разрывы могут происходить либо в середине такой последовательности, либо со сдвигом в одной или обеих нитях молекулы ДНК.

При расщеплении любой ДНК рестриктазой, последовательности на концах фрагментов будут одинаковыми. Они смогут снова соединяться, поскольку имеют комплементарные участки.

Получить единую молекулу можно, сшив данные последовательности при помощи ДНК-лигазы. За счет этого возможно объединять фрагменты двух разных ДНК и получать рекомбинантные ДНК.

3.2. ПЦР

В основе метода лежит способность ДНК-полимераз достраивать вторую нить ДНК по комплементарной нити так же, как при процессе репликации ДНК в клетке.

3.3. Секвенирование ДНК

Стремительное развитие метода секвенирования позволяет эффективно определять особенности исследуемого организма на уровне его генома. Главным преимуществом таких геномных и постгеномных технологий является увеличение возможностей исследования и изучения генетической природы заболеваний человека, для того чтобы заранее принять необходимые меры и избежать болезней.

За счет крупных исследований возможно получать необходимые данные о различных генетических характеристиках разных групп людей, тем самым развивая методы медицины. Из-за этого выявление генетической расположенности к различным заболеваниям сегодня пользуется огромной популярностью.

Подобные методы широко применимы практически во всем мире, в том числе и в России. Из-за научного прогресса происходит внедрение таких методов в медицинские исследования и медицинскую практику в целом.

4. Биотехнология

Биотехнология — дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов или их систем для решения технологических задач, а еще создания живых организмов с нужными свойствами путем генной инженерии. Биотехнология применяет методы химии, микробиологии, биохимии и, конечно же, молекулярной биологии.

Основные направления развития биотехнологии (принципы биотехнологических процессов внедряют в производство всех отраслей):

Создание и производство новых видов продуктов питания и кормов для животных.
Получение и изучение новых штаммов микроорганизмов.
Выведение новых сортов растений, а также создание средств для защиты растений от болезней и вредителей.
Применение методов биотехнологии для нужд экологии. Такие методы биотехнологии используют для переработки утилизации отходов, очистки сточных вод, отработанного воздуха и санации почв.
Изготовление витаминов, гормонов, ферментов, сывороток для нужд медицины. Биотехнологи разрабатывают усовершенствованные лекарственные препараты, которые ранее считались неизлечимыми.

Крупным достижением биотехнологии является генная инженерия.

Генная инженерия — совокупность технологий и методов получения рекомбинантных молекул РНК и ДНК, выделения отдельных генов из клеток, осуществление манипуляций с генами и введение их в другие организмы (бактерий, дрожжи, млекопитающих). Такие организмы способны производить конечные продукты с нужными, измененными свойствами.

Методы генной инженерии направлены на конструирование новых, ранее не существовавших сочетаний генов в природе.

Говоря о достижениях генной инженерии, невозможно не затронуть тему клонирования. Клонирование — это один из методов биотехнологии, применяемый для получения идентичных потомков различных организмов при помощи бесполого размножения.

Иными словами, клонирование можно представить как процесс создания генетически идентичных копий организма или клетки. А клонированные организмы похожи или вовсе идентичны не только по внешним признакам, но и по генетическому содержанию.

Небезызвестная овечка Долли в 1966 году стала первым клонированным млекопитающим. Она была получена за счет пересадки ядра соматической клетки в цитоплазму яйцеклетки. Долли являлась генетической копией овцы-донора ядра клетки. В естественных условиях особь формируется из одной оплодотворенной яйцеклетки, получив по половине генетического материала от двух родителей. Однако при клонировании генетический материал взяли из клетки одной особи. Сначала из зиготы удалили ядро, в котором находится сама ДНК. После чего извлекли ядро из клетки взрослой особи овцы и имплантировали его в ту лишенную ядра зиготу, а затем ее пересадили в матку взрослой особи и предоставили возможность для роста и развития.

Тем не менее не все попытки клонирования оказывались удачными. Параллельно с клонированием Долли эксперимент по замене ДНК был проведен на 273 других яйцеклетках. Но только в одном случае смогло полноценно развиться и вырасти живое взрослое животное. После Долли ученые пробовали клонировать и другие виды млекопитающих.

Одним их видов генной инженерии является редактирование генома.

Инструмент CRISPR/Cas базируется на элементе иммунной защитной системы бактерий, который ученые приспособили для внедрения каких-либо изменений в ДНК животных или растений.

CRISPR/Cas является одним из биотехнологических методов манипулирования отдельными генами в клетках. Существует огромное множество применений такой технологии. CRISPR/Cas позволяет исследователям выяснять функцию разных генов. Для этого нужно просто вырезать исследуемый ген из ДНК и изучить, какие функции организма были затронуты.

Некоторые практические применения системы:

Сельское хозяйство. За счет CRISPR/Cas-систем можно усовершенствовать сельскохозяйственные культуры. А именно, сделать их более вкусными и питательными, а также устойчивыми к жаре. Возможно наделить растения и другими свойствами: к примеру, вырезать из орехов (арахиса или фундука) ген аллергена.
Медицина, наследственные заболевания. У ученых есть цель применять CRISPR/Cas для удаления из человеческого генома мутаций, из-за которых могут развиваться заболевания, такие, как серповидноклеточная анемия и др. В теории, за счет CRISPR/Cas можно останавливать развитие ВИЧ.
Генный драйв. CRISPR/Cas может изменять не только геном отдельного животного или растения, но также и генофонд вида. Данная концепция известна как «генный драйв». Всякий живой организм передает своему потомству половину генов. Но использование CRISPR/Cas может повышать вероятность передачи генов до 100%. Это важно для того, чтобы нужный признак быстрее распространился во всей популяции.

Швейцарские ученые значительно усовершенствовали и модернизировали метод редактирования генома CRISPR/Cas, тем самым расширив его возможности. Тем не менее ученые могли модифицировать только один ген за раз, используя CRISPR/Cas-систему. Но сейчас исследователи Швейцарской высшей технической школы Цюриха разработали метод, с помощью которого возможно одновременно модифицировать 25 генов в клетке.

Для новейшей методики специалисты использовали фермент Cas12a, а не фермент Cas9, применяемый в большинстве методов CRISPR/Cas.

Учёные произвели революцию в редактировании генома. (2019). «Наука»;
Редактирование генома с CRISPR/Cas9. (2016). «Постнаука»;
Уотсон Д. ДНК: История генетической революции. СПб: «Питер», 2019;
Стент Г. и Калиндар Р. Молекулярная генетика. М.: «Мир», 1982;
Элементы: «Молекулярное клонирование, или Как поместить в клетку чужеродный генетический материал»;
Инсулин — это первый белок, для которого была установлена аминокислотная последовательность. «Научная библиотека»;
Электрофорез ДНК. Howling Pixel;
12 методов в картинках: генная инженерия. Часть II: инструменты и техники;
Великий рекомбинатор;
Флуоресцентные белки: разнообразнее, чем вы думали!;
12 методов в картинках: секвенирование нуклеиновых кислот;
Биотехнология. Генная инженерия;
Кудрявцев Н. (2018). Генетики впервые в истории успешно клонировали обезьян. «Популярная механика»;
Николенко С. (2012). Геномика: постановка задачи и методы секвенирования. «Постнаука».

8-9ые классы — Новосибирский государственный университет

Генетика — одно из приоритетных направлений современной биологии. Цель книги «Практическая молекулярная генетика для начинающих» — познакомить школьников с этой наукой, её достижениями и применением этих достижений в повседневной жизни, с профессиями, связанными с генетикой. Особенность этого курса — большое количество практических заданий и ролевых игр, которые призваны наглядно продемонстрировать законы и методы генетики и молекулярной биологии. Теоретические и практические занятия предлагается проводить как в условиях школьного кабинета, так и в лаборатории.

Язык оригинала	русский
Место публикации	Москва
Издатель	Просвещение
Число страниц	272
ISBN (печатное издание)	978-5-09-083776-7
Состояние	Опубликовано — 2021

1.06 БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

34.15 Молекулярная биология

Аульченко, Ю. С., Баттулин, Н. Р., Бородин, П. М., Воронина, Е. Н., Карташов, М. Ю., Колесникова, Т. Д., Нижников, А. А., Пилипенко, А. С., Посух, О. В., Седых, С. Е., Соловьев, В. И., Торгашева, Н. А., Фишман, В. С., Хлесткина, Е. К., Цыбко, А. С., Шнайдер, Т. А., & Юнусова, А. М. (2021). Естественно-научные предметы. Практическая молекулярная генетика для начинающих: 8-9ые классы. Просвещение.

@book{53851ff619684792b825b0f97d993ce6,

title = «Естественно-научные предметы. Практическая молекулярная генетика для начинающих: 8-9ые классы»,

abstract = «Генетика — одно из приоритетных направлений современной биологии. Цель книги {«}Практическая молекулярная генетика для начинающих{«} — познакомить школьников с этой наукой, её достижениями и применением этих достижений в повседневной жизни, с профессиями, связанными с генетикой. Особенность этого курса — большое количество практических заданий и ролевых игр, которые призваны наглядно продемонстрировать законы и методы генетики и молекулярной биологии. Теоретические и практические занятия предлагается проводить как в условиях школьного кабинета, так и в лаборатории.»,

author = «Аульченко, {Юрий Сергеевич} and Баттулин, {Нариман Рашитович} and Бородин, {Павел Михайлович} and Воронина, {Елена Николаевна} and Карташов, {Михаил Юрьевич} and Колесникова, {Татьяна Дмитриевна} and Нижников, {Антон Александрович} and Пилипенко, {Александр Сергеевич} and Посух, {Ольга Витальевна} and Седых, {Сергей Евгеньевич} and Соловьев, {Владимир Игоревич} and Торгашева, {Наталья Александровна} and Фишман, {Вениамин Семенович} and Хлесткина, {Елена Константиновна} and Цыбко, {Антон Сергеевич} and Шнайдер, {Татьяна Александровна} and Юнусова, {Анастасия Маратовна}»,

note = «Естественно-научные предметы. Практическая молекулярная генетика для начинающих: 8–9-е классы : Учебное пособие для общеобразовательных организаций / Ю.С. Аульченко, Н.Р. Баттулин, П.М. Бородин [и др.]. – Москва : Просвещение, 2021. – 272 с.»,

year = «2021»,

language = «русский»,

isbn = «978-5-09-083776-7»,

publisher = «Просвещение»,

}

Аульченко, ЮС, Баттулин, НР, Бородин, ПМ, Воронина, ЕН, Карташов, МЮ, Колесникова, ТД, Нижников, АА, Пилипенко, АС, Посух, ОВ, Седых, СЕ, Соловьев, ВИ, Торгашева, НА, Фишман, ВС, Хлесткина, ЕК, Цыбко, АС, Шнайдер, ТА & Юнусова, АМ 2021, Естественно-научные предметы. Практическая молекулярная генетика для начинающих: 8-9ые классы. Просвещение, Москва .

Естественно-научные предметы. Практическая молекулярная генетика для начинающих: 8-9ые классы. / Аульченко, Юрий Сергеевич; Баттулин, Нариман Рашитович; Бородин, Павел Михайлович и др.

Москва : Просвещение, 2021. 272 стр.

Результат исследования: Книги, отчёты, сборники › учебное пособие › рецензирование

TY — BOOK

T1 — Естественно-научные предметы. Практическая молекулярная генетика для начинающих: 8-9ые классы

AU — Аульченко, Юрий Сергеевич

AU — Баттулин, Нариман Рашитович

AU — Бородин, Павел Михайлович

AU — Воронина, Елена Николаевна

AU — Карташов, Михаил Юрьевич

AU — Колесникова, Татьяна Дмитриевна

AU — Нижников, Антон Александрович

AU — Пилипенко, Александр Сергеевич

AU — Посух, Ольга Витальевна

AU — Седых, Сергей Евгеньевич

AU — Соловьев, Владимир Игоревич

AU — Торгашева, Наталья Александровна

AU — Фишман, Вениамин Семенович

AU — Хлесткина, Елена Константиновна

AU — Цыбко, Антон Сергеевич

AU — Шнайдер, Татьяна Александровна

AU — Юнусова, Анастасия Маратовна

N1 — Естественно-научные предметы. Практическая молекулярная генетика для начинающих: 8–9-е классы : Учебное пособие для общеобразовательных организаций / Ю.С. Аульченко, Н.Р. Баттулин, П.М. Бородин [и др.]. – Москва : Просвещение, 2021. – 272 с.

PY — 2021

Y1 — 2021

N2 — Генетика — одно из приоритетных направлений современной биологии. Цель книги «Практическая молекулярная генетика для начинающих» — познакомить школьников с этой наукой, её достижениями и применением этих достижений в повседневной жизни, с профессиями, связанными с генетикой. Особенность этого курса — большое количество практических заданий и ролевых игр, которые призваны наглядно продемонстрировать законы и методы генетики и молекулярной биологии. Теоретические и практические занятия предлагается проводить как в условиях школьного кабинета, так и в лаборатории.

AB — Генетика — одно из приоритетных направлений современной биологии. Цель книги «Практическая молекулярная генетика для начинающих» — познакомить школьников с этой наукой, её достижениями и применением этих достижений в повседневной жизни, с профессиями, связанными с генетикой. Особенность этого курса — большое количество практических заданий и ролевых игр, которые призваны наглядно продемонстрировать законы и методы генетики и молекулярной биологии. Теоретические и практические занятия предлагается проводить как в условиях школьного кабинета, так и в лаборатории.

UR — https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46661884

M3 — учебное пособие

SN — 978-5-09-083776-7

BT — Естественно-научные предметы. Практическая молекулярная генетика для начинающих: 8-9ые классы

PB — Просвещение

CY — Москва

ER —

Аульченко ЮС, Баттулин НР, Бородин ПМ, Воронина ЕН, Карташов МЮ, Колесникова ТД и др. Естественно-научные предметы. Практическая молекулярная генетика для начинающих: 8-9ые классы. Москва : Просвещение, 2021. 272 стр.

Университет «Сириус»

1) «Определение влияния структурных модификаций белков капсида AAV на активность и безопасность генетической терапии наследственных заболеваний»

Пост-трансляционные изменения белков капсида могут оказывать влияние на тропность, эффективность трансдукции и иммуногенность вирусных частиц. В частности, известно, что гликозилирование аспарагинов белков капсида AAV увеличивает иммуногенность, а фосфорилирование тирозинов снижает эффективность трансдукции вирусных частиц. Ряд авторов указывают на то, что точечное изменение аминокислот, склонных к модификации, позволяет улучшить эффективность и безопасность генной терапии. Тем не менее потенциал такого подхода недостаточно изучен.

В рамках научного проекта предполагается:

определить закономерности модификаций аминокислот капсидов вирусных частиц нескольких серотипов методом масс-спектрометрии высокого разрешения

осуществить единичные точечные замены этих аминокислот и подтвердить ожидаемые структурные изменения

определить закономерности модификаций аминокислот капсидов вирусных частиц в зависимости от параметров биотехнологического процесса

с помощью клеточных и животных моделей оценить влияние изменений на эффективность трансдукции, тропность и иммуногенность вирусных частиц

предложить стратегии сайт-направленной модификации вирусных частиц для получения желаемой тропности и увеличения эффективности трансдукции

предложить оптимальные параметры биотехнологического процесса получения AAV векторов с ожидаемым профилем пост-трансляционных модификаций белков капсидов.

Научный руководитель: Александр Владимирович Карабельский – кандидат биологических наук, руководитель направления «Генная терапия» Научно-технологического университета «Сириус». Соавтор нескольких патентов по направлениям получения рекомбинантных белков (модифицированных интерферонов и факторов свертывания крови, триспецифичных антител), модифицированных вирусных капсидов AAV, новых нуклеаз и альтернативных сигнальных доменов в CAR-T клетках.

Научный руководитель: Александр Сергеевич Малоголовкин – кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник направления «Генная терапия» Научно-технологического университета «Сириус».

2) «Направленная эволюция и рациональный дизайн онколитических вирусов для высокоселективного уничтожения опухолей»

Современная терапия злокачественных новообразований имеет в своем арсенале широкий спектр подходов. Наряду с химио-, радиотерапией и таргетной терапией, активация иммунного ответа пациента на раковые клетки (иммунотерапия) уже доказала возможность лечения самых тяжелых форм рака.

Онколитические вирусы (OV) представляют собой аттенуированные или рекомбинантные вирусы человека и животных, способные преимущественно размножаться в раковых клетках уничтожая их. Тропизм OV определяется взаимодействием вируса с клеточным рецептором, что делает возможным таргетное разрушения опухоли. Армированные OV могут дополнительно экспрессировать иммуностимулирующие молекулы (GM-CSF, IL-12, IFN-B) усиливая провоспалительный эффект. В свою очередь, широкий тропизм OV может иметь негативный эффект вследствие неспецифического разрушения здоровых клеток. В некоторых случаях, раковые клетки разных типов опухолей уничтожаются OV c разной эффективностью.

Целью данного исследования является создание OV, способных целенаправленно уничтожать раковые клетки и активировать противораковый иммунный ответ, но при этом обладающих более высоким профилем безопасности и высокой онкоселективностью. Будут использоваться методы направленной эволюции, псевдотипирование (замена поверхностных гликопротеинов и их модификация), а также использование регуляторных RNA в качестве способа контроля над жизненным циклом вируса.

В результате проекта мы ожидаем получить варианты OV, специфичные к определенному типу опухолей, демонстрирующие высокий литический потенциал и способные активировать противораковый иммунный ответ, что послужит основанием для проведения доклинических исследований. Кроме того, результаты исследований позволят получить уникальные данные о эволюции, мутационной изменчивости и адаптационных характеристиках онколитических вирусов.

3) «Направленная эволюция ортогональных пар aaRS/tRNA для повышения селективности и эффективность встройки ароматических неканонических аминокислот в полипептиды»

4) «Разработка методов включения метилаланина (Aib) в полипептиды биосинтезом»
5) «Получение ортогональных пар aaRS/tRNA для включение алифатических неканонических аминокислот в полипептиды биосинтезом»

Проект направлен на разработку ортогональных пар аминоацил-tRNA-синтетаза/tRNA (aaRS/tRNA) способных включать в белки и пептиды неканонические/непротеиногенные аминокислоты (НПА), т.е. те, которые не входят в список аминокислот, участвующих в рибосомальном синтезе белка. Кроме самих ортогональных пар будет получен штамм E. coli в котором один из кодонов может быть использован для встройки дополнительной аминокислоты. В результате реализации первой части проекта планируется создать универсальную платформу на базе клеток Escherichia coli для быстрой и экономически эффективной селекции ортогональных аминоацил-тРНК-синтетаз (ааRS), селективно распознающих новые неприродные/ непротеиногеные аминокислоты (НПА), а также для получения НПА-содержащих белков и пептидов.

Применение универсальной платформы планируется для создания лекарственных средств белковой и пептидной природы. Для создания лекарственных средств потребуется: подготовить дизайн и провести синтез белков и пептидов, оценить их функциональные и физико-химические свойства, осуществить оптимизацию веществ, провести in vivo исследования лидерных соединений, провести доклинические исследования кандидата. В ходе выполнения проекта будет разработан рекомбинантный белок GLP1/GIP агонист, несущий неканонические аминокислоты для разработки на его основе лекарственных препаратов.

Включение аминокислота метил аланина или Aminoisobutyric acid (Aib) в пептиды важно для разработки новых вариантов пептидов устойчивых к протеолитическому воздействию в крови. Однако до настоящего времени в литературе отсутствует упоминание ортогональных пар aaRS/tRNA способных включать Aib в пептиды и белки. В литературе упоминается возможность включения Aib в белки и пептиды, но не с помощью ортогональных пар, а в результате ошибочной встройки с использованием стандартных клеточных механизмов или с использованием химической перезарядки tRNA в бесклеточных системах. В связи с чем разработка ортогональных пар aaRS/tRNA способных включать Aib в пептиды и белки in vivo является важной задачей как с прикладной, так и фундаментальной точек зрения.

Научный руководитель: Алексей Сергеевич Розанов – кандидат биологических наук.

Молекулярная диагностика и биобезопасность — 2022

РЕГИСТРАЦИЯ

12 баллов НМО

27-28 апреля 2022 г.

КОНГРЕСС С МЕЖДУНАРОДНЫМ УЧАСТИЕМ

COVID-19: эпидемиология, диагностика, профилактика

Мэрия г. Москвы, Новый Арбат, д.36

Мероприятие будет проходить только в офлайн формате

27-28 апреля 2022 года состоится конгресс с международным участием «Молекулярная диагностика и биобезопасность — 2022».
Конгресс проводится с 2003 года.

Молекулярные методы диагностики в современном мире играют важнейшую роль в обеспечении биологической безопасности в разных сферах медицины и биологии. Внедрение современных технологий молекулярной диагностики в практику здравоохранения повышает эффективность проводимых диагностических и профилактических мероприятий, совершенствует проведение эпидемиологического надзора за инфекционными заболеваниями, оказывает существенную роль в обеспечении санитарно-эпидемиологического благополучия населения страны.

Учитывая реалии сегодняшнего дня в условиях пандемии новой коронавирусной инфекции (COVID-19) поиск новых методов диагностики, неспецифических и специфических методов профилактики, организация санитарно-эпидемиологического надзора будут являться центральными темами предстоящего Конгресса.

В Конгрессе примут участие ведущие отечественные и зарубежные специалисты в области молекулярной диагностики, эпидемиологии, инфекционных болезней, сотрудники научных организаций и научно-исследовательских институтов, руководители и работники подразделений лабораторной диагностики крупных клиник и других медицинских организаций Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, Российской академии наук, Министерства здравоохранения Российской Федерации и других ведомств.

Приём заявок
на публикацию материалов
закрыт

Научная программа конгресса

ОТКРЫТЬ ПРОГРАММУ

Молекулярно-биологические исследования в эпидемиологическом надзоре и диагностике оппортунистических инфекций

Новые технологии в диагностике и эпидемиологии ОРВИ

Молекулярно-биологические исследования в эпидемиологическом надзоре и диагностике ВИЧ-инфекции

Геномные исследования по обеспечению биологической безопасности и технологической независимости

Современные технологии секвенирования в клинике и эпидемиологииинфекционных болезней

Молекулярная эпидемиология COVID-19: сбор и обработка больших данных

Новые тесты для лабораторной диагностики COVID-19

Лабораторная диагностика COVID-19

COVID-19: эпидемиологические и клинические исследования

Вызовы современности и роль молекулярной диагностики в обеспечении биологической безопасности.

Молекулярно-биологические исследования в эпидемиологическом надзоре и диагностике вирусных гепатитов

Молекулярно-биологические исследования в эпидемиологическом надзоре и диагностике особо опасных и природно-очаговых инфекций

Молекулярно-биологические исследования в эпидемиологическом надзоре и диагностике инфекций с фекально-оральным механизмом передачи

Молекулярно-биологические исследования в эпидемиологическом надзоре и диагностике инфекций органов репродукции и внутриутробных инфекций

Современные аспекты генетики мультифакторных заболеваний

Молекулярно-генетические методы выявления устойчивости к противомикробным препаратам

Молекулярная диагностика в онкологии

Молекулярно-биологические исследования в эпидемиологическом надзоре и диагностике микобактериальных инфекций

ОТКРЫТЬ РАСПИСАНИЕ

Участие в научной программе

Участие в конгрессе бесплатное.

Заявки на выступления с докладом принимаются с 20 января до 1 февраля2022 г.

Тематика докладов должна соответствовать научной программе Конгресса.

О включении доклада в программу Конгресса будет сообщено после решения Оргкомитета.

Тезисы Конгресса принимаются с 20 января до 10 марта 2022

Тезисы публикуются бесплатно, после рецензирования, в издании, индексируемом в системе РИНЦ.

Конкурс молодых ученых
В конкурсе могут принять участие аспиранты, врачи и научные сотрудники в возрасте до 39 лет. Для участия в конкурсе необходимо до 10 марта 2022 г. представить постерный доклад и заявку на участие, заверенное подписью руководителя учреждения.

О включении доклада в программу конкурса будет сообщено после решения Оргкомитета.

Кому будет полезен конгресс

Врачам, научным сотрудникам

Насыщенная научная программа, баллы НМО

Студентам, аспирантам

Выдающиеся спикеры, интересные доклады, новые знания и встречи

Руководителям научных организаций

Совместные стратегии, острые дискуссии, актуальные вопросы

Представителям
бизнеса

Новые контакты, идеи, партнерство

Конгресс 2021 года в цифрах

страны регистрации

страны просмотров

российских регионов

5 800

слушателей за 2 дня

Организаторы

Молекулярные технологии живых систем и синтетическая биология

Приоритетное направление:
переход к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения; переход к высокопродуктивному и экологически чистому агро- и аквахозяйству

О школе

Школа «Молекулярные технологии живых систем и синтетическая биология» объединяет естественнонаучные структуры Московского университета: биологический и химический факультеты, Научно-исследовательский институт физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского, факультет фундаментальной медицины, факультет биоинженерии и биоинформатики, Институт функциональной геномики.

На сегодняшний день научное исследование мирового уровня предполагает наличие крупного коллектива исполнителей такого исследования — специалистов в различных областях науки. Консолидация внутри школы нескольких естественнонаучных структур МГУ предоставляет все возможности для реализации такого подхода.

Деятельность школы направлена на проведение научных исследований с целью получения прорывных результатов в области молекулярных технологий живых систем и внедрения научных достижений в практику совместно с организациями реального сектора экономики. Интерес к совместным профильным проектам под эгидой ИНТЦ проявил ряд крупных организаций, среди которых ЗАО «Биокад», ПАО «НК Роснефть», корпорация «Ростех».

Ключевой научно-образовательный и инновационный проект школы — «Борьба с новыми инфекциями». В том числе, планируется разработка магистерской программы «Медицинская эпидемиология», а также масштабирование получаемых результатов с участием ИНТЦ «Воробьевы горы».

М.П. Кирпичников
декан биологического факультета, академик РАН

В.П. Скулачев
декан факультета биоинженерии и биоинформатики, академик РАН

В.А. Ткачук
декан факультета фундаментальной медицины, академик РАН

С.Н. Калмыков
декан химического факультета, член-корр. РАН

О.А. Донцова
заведующий совместной лабораторией Института функциональной геномики и химического факультета, академик РАН

К. Вютрих
заведующий лабораторией Исследовательского института Скриппса (США)

Г. Сухоруков
профессор Университета Куин Мэри (Великобритания)

П.Г. Георгиев
директор Института биологии гена РАН, академик РАН (Россия)

М. Калькум
профессор Исследовательского институт Бекмана (США)

А.А. Макаров
директор Института молекулярной биологии РАН, академик РАН (Россия)

И. А. Тихонович
декан биологического факультета СПбГУ, академик РАН (Россия)

В.П. Чехонин
вице-президент РАН, академик РАН (Россия)

Каменский Петр Андреевич
Профессор кафедры молекулярной биологии биологического факультета МГУ, заместитель проректора МГУ.
Профиль в системе «Истина»
e-mail: [email protected]
Tel: +7 495 9395485

Стратегические проекты

Генетические технологии направленного воздействия на живые организмы

Клеточные технологии регенерации для медицины

Образовательные программы

Геномика и здоровье человека

Первая в нашей стране профильная программа высшего образования по геномике.

Старт программы: 2020 год
Направление подготовки: «Биология»
Форма обучения: Магистратура
Cрок обучения: 2 года
Руководитель программы: дважды лауреат Государственной Премии Российской Федерации Е. И.Рогаев
Язык преподавания: русский

Подготовка специалистов в области анализа геномов для целей медицины.

Структурная биология и биотехнология

Старт программы: 2020 год
Направление подготовки: «Биология»
Форма обучения: Магистратура
Cрок обучения: 2 года
Со-руководители программы: академик РАН М.П.Кирпичников, лауреат Нобелевской премии К.Вютрих
Язык преподавания: русский

Подготовка специалистов в области анализа атомарных структур биологических молекул.
Подробнее о программе

Медицинская эпидемиология

Программа в стадии разработки

Форма обучения: Магистратура
Cрок обучения: 2 года

Подготовка специалистов широкого профиля в области борьбы с инфекционными заболеваниями.

Регенеративная биомедицина

Старт программы: 2021 год
Направление подготовки: «Биология»
Форма обучения: Магистратура
Cрок обучения: 2 года
Планируемый руководитель программы: академик РАН В.А.Ткачук
Язык преподавания: русский

Подготовка специалистов в области медицинских клеточных технологий.
Подробнее о программе

Синтетическая биология

Программа в стадии разработки

Форма обучения: Магистратура
Cрок обучения: 2 года

Подготовка специалистов в совершенно новой мультидисциплинарной области науки, нацеленной на создание живых организмов с заданными свойствами.

Молекулярная биотехнология

Направление подготовки:
Форма обучения: Магистратура
Cрок обучения: 2 года
Руководитель программы:
Язык преподавания: русский

Подготовка специалистов в области основ биотехнологического производства.

Последипломное образование

Одна из задач школы — обеспечение необходимого уровня компетенций и квалификаций педагогических работников, осуществляющих преподавание молекулярной биологии, генетики и других профильных дисциплин в отраслевых вузах, готовящих специалистов-практиков.

В рамках школы разработан ряд курсов профессиональной переподготовки преподавательского корпуса сельскохозяйственных и медицинских вузов России по траектории последипломного (дополнительного) образования.

Современные методы генетики и селекции культурных растений

Программа профессиональной подготовки
Разработана: 2018 год
Направлена на:

формирование у слушателей знаний в области практической генетики и селекции растений, ускорения селекционного процесса с использованием новейших генетических подходов, умений и навыков создания на основе усвоенного материала собственных дидактических материалов для обучения студентов сельскохозяйственных вузов,
развитие способностей, ориентированных на педагогическую работу в высшей школе и подготовке кадров для АПК.

Ожидаемый начальный уровень слушателей: выпускник сельскохозяйственного вуза.

Генетика, биоинформатика, геномика

Программа профессиональной подготовки
Разрабатывается
Направлена на:

формирование у слушателей знаний в области практической генетики, эмбриологии, биоинформатики, геномики, а также умений и навыков по анализу больших данных, необходимых для научной и научно-практической работы в области практической и фундаментальной медицины.

Ожидаемый начальный уровень слушателей: лица, имеющие высшее образование, в том числе, высшее медицинское образование любых специальностей, профилей и направленностей.

Научные направления

Разработка и испытания принципиально новой вакцины от коронавирусных инфекций

Новые подходы к снижению устойчивости патогенных микробов к антибиотикам

Разработка и испытания новых антибиотиков (в том числе с использованием суперкомпьютерных расчетов)

Регенерация органов и тканей как замена традиционных медицинских технологий

Ранняя диагностика и лечение наследственных болезней с помощью генетических технологий

Научные основы биотехнологического производства полезных веществ

Информация для аспирантов

Институт биологии гена РАН проводит подготовку по образовательным программам высшего образования-программам подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре по научной специальности специальности — 1. 5.3. Молекулярная биология

Учебные программы

Основные профессиональные образовательные программы

Основная профессиональная образовательная программа подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре по направлению подготовки 06.06.01 Биологические науки (специальность — 03.01.03 Молекулярная биология)

Рабочие программы

В соответствии с ФГОС программа аспирантуры состоит из следующих блоков:

- Рабочая программа дисциплины «История и философия науки» (pdf, 869 кБ)
- Рабочая программа дисциплины «Иностранный язык» (pdf, 3 MB)
- Рабочая программа дисциплины «Молекулярная биология» (pdf, 14 MB)
- Рабочая программа дисциплины «Молекулярная генетика» (pdf, 14 MB)
- Рабочая программа дисциплины «Психолого-педагогические основы профессиональной деятельности преподавателя-исследователя» (pdf, 7 MB)
- Рабочая программа дисциплины «Наномедицинские средства адресной доставки лекарств» (pdf, 3 MB)
- Рабочая программа дисциплины «Биоэтика» (pdf, 4 MB)
- Рабочая программа дисциплины «Молекулярные основы онтогенеза» (pdf, 4 MB)
- Рабочая программа дисциплины «Молекулярные основы регуляции экспрессии генов у эукариот» (pdf, 4 MB)
- Рабочая программа дисциплины «Современные методы исследования в молекулярной биологии» (pdf, 7 MB)
- Рабочая программа дисциплины «Современные методы биотехнологии» (pdf, 8 MB)
- Рабочая программа научно-исследовательской практики (pdf, 4 MB)
- Рабочая программа педагогической практики (pdf, 5 MB)
Блок 3 обеспечивается Положением о научно-исследовательской деятельности аспирантов ИБГ РАН.
- Положение о государственной итоговой аттестации (pdf, 2 MB)
- Положение о научно-квалификационной работе аспиранта (pdf, 1 MB)
- Рабочая программа государственной итоговой аттестации по профилю подготовки 03.01.03 молекулярная биология (pdf, 578 кБ)
- Рабочая программа государственной итоговой аттестации по профилю подготовки 03.01.07 молекулярная генетика (pdf, 578 кБ)
- Билеты государственного экзамена по специальности 03.01.03 «Молекулярная биология» (doc, 86 кБ)
- Билеты государственного экзамена по специальности 03.01.07 «Молекулярная генетика» (doc, 93 кБ)

Учебные планы и расписание занятий

- Рабочий учебный план подготовки аспирантов по научной специальности 1. 5.3. «Молекулярная биология» (pdf, 2 MB)
- Индивидуальный план работы аспиранта (docx, 33 кБ)
- Расписание занятий 1 курс 2 семестр (pdf, 250 кБ)
- Расписание занятий 2 курс 4 семестр (pdf, 345 кБ)
- Расписание занятий 3 курс 6 семестр (pdf, 275 кБ)
- Расписание занятий 4 курс 8 семестр (pdf, 216 кБ)

Расписание летней сессии

- Расписание летней сессии на 2021/2022 уч.г. 1 курс / 2 семестр (pdf, 244 кБ)
- Расписание летней сессии на 2021/2022 уч. г. 2 курс / 4 семестр (pdf, 279 кБ)
- Расписание летней сессии на 2021/2022 уч.г. 3 курс / 6 семестр (pdf, 269 кБ)
- Расписание летней сессии на 2021/2022 уч.г. 4 курс / 8 семестр (pdf, 209 кБ)

Кандидатские экзамены

После окончания первого года обучения аспирант должен сдать кандидатские экзамены по истории и философии науки и иностранному языку.

- Программа по истории и философии науки (pdf, 865 кБ)
- Рекомендации по подготовке к сдаче и проведению кандидатского экзамена по Истории и философии науки (pdf, 151 кБ)
- Вопросы к экзамену по Истории и Философии науки (pdf, 169 кБ)
- Возможные темы рефератов по Истории и Философии науки (pdf, 168 кБ)
- Программа кандидатского экзамена по иностранному языку (pdf, 3 MB)
- Положение о порядке сдачи кандидатского экзамена по иностранному языку на кафедре иностранных языков Института языкознания РАН (pdf, 377 кБ)
- Программа кандидатского экзамена по специальности «Молекулярная биология» (doc, 178 кБ)
- Программа кандидатского экзамена по специальности «Молекулярная генетика» (doc, 179 кБ)
- Билеты для кандидатского экзамена по специальности «Молекулярная биология» (doc, 101 кБ)
- Билеты для кандидатского экзамена по специальности «Молекулярная генетика» (doc, 99 кБ)

Образовательная среда

Образовательная деятельность в ИБГ РАН поддерживается кадровым составом и материально-техническими ресурсами.

Аспирантам обеспечен доступ к библиотечно-информационным ресурсам и электронной информационно-образовательной среде.

Информация для аспирантов

Уважаемые аспиранты! По интересующим Вас вопросам обращайтесь в отдел аспирантуры кабинет № 2 к Люльчак Юлии Александровне или по телефону (499)135-60-13.

Медицинское обслуживание

Если вы желаете прикрепиться к медицинскому учреждению по месту прохождения учебы в аспирантуре, (а не по месту жительства) подойдите пожалуйста к Шашковой Валентине Владимировне в кабинет в конференц-зале на первом этаже. Вам выдадут направление в медицинское учреждение ЦКБ Поликлиника № 3, по адресу: Москва Фотиевой 12 корп.3.

Техника безопасности

Для прохождения инструктажа необходимо подойти к Шашковой Валентине Владимировне в кабинет в конференц-зале на первом этаже.

Столовая

Услуги питания предоставлены ООО «Креатив» столовой в ФГУБН Институте металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН по адресу Ленинский проспект 49. Как пройти: выходите из института ИБГ РАН, поворачиваете направо, идете до Ленинского проспекта. Поворачиваете направо , идете до центрального входа (100 м.) в Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, на входе охраннику говорите, что вы идете в столовую, вы из Института биологии гена Ран и называете свою фамилию.

молекул | Определение, примеры, структуры и факты

представления молекулярной структуры

Просмотреть все средства массовой информации

Ключевые люди:: Дж. Фрейзер Стоддарт
Джозеф Лошмидт
Курт Вютрих
Бернард Феринга
Герберт А. Хауптман

Похожие темы:: радикальный
биомолекула
конфигурация
конформация
гомоядерная молекула

Просмотреть весь соответствующий контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

молекула , группа из двух или более атомов, которые образуют наименьшую идентифицируемую единицу, на которую можно разделить чистое вещество, сохраняя при этом состав и химические свойства этого вещества.

Характеристики молекул

Деление образца вещества на все более мелкие части не приводит ни к изменению его состава, ни к химическим свойствам до тех пор, пока не будут получены части, состоящие из отдельных молекул. Дальнейшее подразделение вещества приводит к еще более мелким частям, которые обычно отличаются от исходного вещества по составу и всегда отличаются от него химическими свойствами. На этой последней стадии фрагментации химические связи, удерживающие атомы в молекуле, разрываются.

Атомы состоят из одного ядра с положительным зарядом, окруженного облаком отрицательно заряженных электронов. Когда атомы близко подходят друг к другу, электронные облака взаимодействуют друг с другом и с ядрами. Если это взаимодействие таково, что общая энергия системы снижается, то атомы связываются вместе, образуя молекулу. Таким образом, со структурной точки зрения молекула состоит из скопления атомов, удерживаемых вместе валентными силами. Двухатомные молекулы содержат два атома, которые химически связаны. Если два атома идентичны, как, например, в молекуле кислорода (O ₂ ), они составляют гомоядерную двухатомную молекулу, а если атомы разные, как в молекуле монооксида углерода (СО), то составляют гетероядерную двухатомную молекулу. Молекулы, содержащие более двух атомов, называются многоатомными, например, двуокись углерода (CO ₂ ) и вода (H ₂ O). Молекулы полимеров могут содержать многие тысячи атомов компонентов.

Молекулярная связь

Отношение числа атомов, которые могут быть связаны друг с другом для образования молекул, является фиксированным; например, каждая молекула воды содержит два атома водорода и один атом кислорода. Именно эта особенность отличает химические соединения от растворов и других механических смесей. Таким образом, водород и кислород могут присутствовать в любых пропорциях в механических смесях, но при искровом разряде они будут соединяться только в определенных пропорциях, образуя химическое соединение вода (H ₂ О). Возможно, что одни и те же виды атомов соединяются в разных, но определенных пропорциях, образуя разные молекулы; например, два атома водорода могут химически соединиться с одним атомом кислорода с образованием молекулы воды, тогда как два атома водорода могут химически соединиться с двумя атомами кислорода с образованием молекулы перекиси водорода (H ₂ O ₂ ). Кроме того, атомы могут связываться друг с другом в одинаковых пропорциях, образуя разные молекулы. Такие молекулы называются изомерами и отличаются только расположением атомов внутри молекул. Например, этиловый спирт (СН ₃ CH ₂ OH) и метиловый эфир (CH ₃ OCH ₃ ) содержат один, два и шесть атомов кислорода, углерода и водорода соответственно, но эти атомы связаны по-разному.

Викторина «Британника»

Наука: правда или вымысел?

Вас увлекает физика? Устали от геологии? С помощью этих вопросов отделите научный факт от вымысла.

Не все вещества состоят из отдельных молекулярных единиц. Хлорид натрия (поваренная соль), например, состоит из ионов натрия и ионов хлора, расположенных в решетке так, что каждый ион натрия окружен шестью равноудаленными ионами хлора, а каждый ион хлора окружен шестью равноудаленными ионами натрия. Силы, действующие между любым натрием и любым соседним ионом хлора, равны. Следовательно, не существует отдельного агрегата, идентифицируемого как молекула хлорида натрия. Следовательно, в хлориде натрия и во всех твердых телах подобного рода понятие химической молекулы не имеет значения. Поэтому формула такого соединения дается как простейшее соотношение атомов, называемое формульной единицей, в случае хлорида натрия — NaCl.

Молекулы удерживаются вместе общими электронными парами или ковалентными связями. Такие связи являются направленными, что означает, что атомы занимают определенное положение относительно друг друга, чтобы максимизировать силу связи. В результате каждая молекула имеет определенную, достаточно жесткую структуру или пространственное распределение ее атомов. Структурная химия занимается валентностью, которая определяет, как атомы соединяются в определенных соотношениях и как это связано с направлениями и длинами связей. Свойства молекул коррелируют с их строением; например, молекула воды структурно изогнута и поэтому имеет дипольный момент, тогда как молекула углекислого газа является линейной и не имеет дипольного момента. Выяснение того, каким образом атомы реорганизуются в ходе химических реакций, имеет важное значение. В некоторых молекулах структура может быть нежесткой; например, в этане (H ₃ CCH ₃ ) существует практически свободное вращение вокруг простой связи углерод-углерод.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас