Orvosi Hetilap, 1966. június (107. évfolyam, 23-26. szám)

1966-06-05 / 23. szám - Székács István: Bevezetés a molekuláris biológiába

ORVOSI HETILAP volt a következő kérdés, amely ma a biológia alap­­problémájának tekinthető, melyek azok a sajátossá­gok, megkülönböztető jegyek, amelyek alapján az élet­jelenségek bármely más természeti jelenségtől megkülönböztethetőek. Ennek a kérdésnek a kémiai megfogalmazása a biokémia, illetve a molekuláris biológia legfőbb problémája és tudásunk mai állapo­tának megfelelően a következőképpen hangzik: mi­lyen módon idézi elő a természet azt a jelenséget, hogy az élő szervezetet felépítő, szigorúan fajlagos, bonyolult összetételű, labilis makromolekulák (fe­hérjék, nukleinsavak stb.) a generációcsere, vala­mint az egyedi metabolizmus folyamán, fajlagossá­­gukat és összetételüket vagy pontosan megőrzik és szintézisük során teljesen azonos, identikus összeté­telben reprodukálódnak, vagy ettől határozott sza­bályoknak megfelelően eltérnek. A fajlagos makromolekulák identikus repro­dukciója, ill. változékonysága az élő szervezet lé­tezésének két mozzanatában döntő fontosságú. Elő­ször a generációcsere folyamán biztosítja a teljes kémiai azonosságot, ill. szabályozott eltérést a pa­­rentálgeneráció és a filiálgeneráció makromolekulái között; ezzel kapcsolatban a molekuláris biológia az átöröklés biokémiáját és az abban résztvevő nukleinsavak szerepét kívánja tisztázni. A kutatás kémiai jellegét kidomborítja még az a körülmény is, hogy a genetikai vizsgálatok alanyául egyre ki­­terjedtebben felhasznált mikroorganizmusok igen sok fenotipikus tulajdonsága éppen kémiai sajá­tosság; ezek az okok magyarázzák a biokémiai mód­szerek gyors térhódítását a genetikai kutatásban. Ezzel kapcsolatban meg kell emlékeznünk arról, hogy négy évtizeddel ezelőtt Hári Pál, a budapesti egyetemen az élet- és kórvegytan professzora volt az első, aki genetikai okokra vezetett vissza bizonyos ké­miai sajátosságokat, amelyeket haemoglobinpreparátu­­mok analízise folyamán talált és amelyek alapján fel­tételezte, hogy egy bizonyos egyedben egyidejűleg több­féle haemoglobin létezik. Abban az időben ez a felte­vés közvetlenül nem volt bizonyítható, ma korszerű diagnosztikai laboratóriumban rutinszerűen különíthe­tők el ugyanabban a vérmintában található, különböző vándorlási sebességű haemoglobinok. A másik mozzanat, amellyel kapcsolatban az identikus reprodukció alapvető fontosságú, a mak­romolekulák, elsősorban a fehérjék és a nuklein­savak szintézise az élő szervezet egyéni fejlődése során. A fajlagos összetételű és életfontosságú mak­romolekulák az egyéni élet folyamán állandóan bomlanak és reszintetizálódnak, azaz valamely ké­miai mechanizmust kell feltételezni, amelynek eredményeként a makromolekulák kémiai szerke­zetének azonossága az egyedi élet folyamán is fenn­marad. A molekuláris biológia tárgya, fő érdeklő­dési területe tehát jelenleg a nukleinsavak és fehér­jék identikus reprodukcióját létrehozó kémiai me­chanizmusok kutatása egyrészt az átöröklés, más­részt az egyedi élet folyamán. II. A molekuláris biológiában alkalmazott leg­fontosabb módszerek A molekuláris biológiában klasszikus kémiai módszereket, valamint a makromolekulák szerke­zetébe mély betekintést nyújtó fizikai és fizikai­kémiai módszereket alkalmaznak. Ha azokat a ré­gebbi biokémiai ismereteket, amelyek csupán a sejtben található anyagok minőségére és mennyi­ségére vonatkoznak, a kémiában használatos ta­pasztalati képlethez hasonlítjuk, akkor a moleku­láris biológiában alkalmazott módszerek segítségé­vel kialakuló kép az előbbihez úgy viszonyult, mint a szerkezeti képlet a tapasztalati képlethez. A mo­lekuláris biológia szemléletmódjának kiterjedése tehát csökkenteni, illetve áthidalni hivatott azt a szakadékot, amely a sejtre vonatkozó morfológiai és kémiai ismeretek között fennáll és valószínűleg valamilyen kémiai topográfiát fog eredményezni, amelynek alapján a sejt funkciói egységesen értel­­mezhetőkké válnak. A molekuláris biológiát szolgáló legfontosabb mód­szerek a következők: 1. Elektronoptikai módszerek. A korszerű elektronmikroszkópok feloldó képessége elérte az 5—6 A-öt, tehát már a molekuláris méretek nagy­ságrendjében van (pl. a dohánymozaik-vírusmolekula vastagsága 20 A). Ezzel párhuzamosan az elektron­op­tikai preparálási és feldolgozási módszerek fejlődése révén (pl. a negatív festési eljárással) az elektronopti­kai kép részletgazdagsága egyre nő és megközelíti a fénymikroszkópos képek részletgazdagságát. 2. A frakcionált centrifugálás módszere lehetővé teszi, hogy a sejtet alkotó organellumokat fajsúlyuk különbözősége alapján, a viszonylag legkíméletesebb behatások által válasszuk el egymástól, így lehetőség nyílik arra, hogy az egyes sejtorganellumokat és mű­ködésüket külön-külön vegyük szemügyre, amivel sok esetben kiegészíthetjük az elektronoptikai vizsgálatok eredményeit. 3. A radioaktív izotópok módszere hasonlóképpen a kémiai topográfiához szolgáltat adatokat; segítségé­vel egy-egy metabolit vagy precursor útját és sorsát követhetjük a sejtben. 4. A röntgendiffrakció a fehérjék és nukleinsavak finomabb struktúrájának felderítésében nagy jelentő­ségű és a molekuláris biológiában kiterjedten alkal­mazott módszer. Amikor ion-, atom-, vagy molekula­nagyságrendű részecskéket röntgensugár ér, az elekt­ronok együttrezgés következtében másodlagos röntgen­­sugarakat bocsátanak ki, amelyek minden irányban szóródnak. Ha a szóbanforgó részecskék a térben sza­bályosan elrendezettek, azaz optikai rácsot képeznek, akkor bizonyos szórt sugarak között fáziskülönbség lép fel, ami interferenciát hoz létre. A kilépő, illetve szórt röntgensugarak egy része tehát fényérzékeny rétegen kioltási foltokat idéz elő. E foltok helyzete jellemző a vizsgált részecskék egymás közötti távolságára, vala­mint egymáshoz viszonyított térbeli elhelyezkedésére. Ezeket az adatokat ily módon nagy pontossággal meg lehet határozni. Matematikai analízis segítségével az elektronok sűrűsége az atommagok körüli térben meg­határozható, azaz egy-egy geometriailag definiált helyre eső negatív töltés nagysága is kiszámítható. Ha az azo­nos töltésű helyeket egymással összekötjük, akkor diagrammot kapunk, amelyből a molekula struktúrá­jának finomabb részleteire következtethetünk, mint pl. a vegyérték irányára, a szomszédos atomok egymás elektronburkára gyakorolt deformáló hatására stb. A módszert a biológiailag fontos makromolekulák szerke­zetének kutatására először Bernal és Fannkuchen al­kalmazták, akik ezzel az eljárással vizsgálták a kris­tályos dohánymozaik-vírust.

Next