Orvosi Hetilap, 1966. június (107. évfolyam, 23-26. szám)
1966-06-05 / 23. szám - Székács István: Bevezetés a molekuláris biológiába
s 1 5. Az ultracentrifugálás, valamint 6. az elektroforézis módszereivel a makromolekulák alakjára, fizikai tulajdonságaira lehet további következtetéseket levonni. Általánosabban ismert voltuk miatt részletes ismertetésüktől e helyen eltekintek. 7. A végcsoport meghatározására szolgáló módszerek között elsősorban említem a Sanger-1. dinitrofluorbenzol (DNFB)-eljárást. A makromolekulák közül kémiai vizsgálatok céljaira viszonylag legegyszerűbben hozzáférhetők a polimerek, amelyek kémiailag hasonló molekulák láncszerű összekapcsolódásából állnak, mint pl. az aminosavak láncából álló polipeptidek, vagy a nukleotidák láncából összetevődő nukleinsavak. E makromolekulák fajlagosságát és különleges funkcióját az őket alkotó, különböző építőkövek egymásutánja, azaz szekvenciája szabja meg egyelőre ismeretlen, mélyebb törvényszerűségek szerint. A polipeptidek aminosav-szekvenciájának megállapítására a legalkalmasabb az immár klasszikussá vált DNFB-eljárás, amelynek lényege a következő: a DNFB-t a polipeptidlánc terminális szabad aminocsoportjához kapcsoljuk; az ezt követő hidrolízis során a polipeptidből oligopeptidek, szabad aminosavak, valamint a szabad aminocsoportot tartalmazó, terminális (esetleg az utóbbitól megkülönböztethető, a láncban helyet foglaló diaminosavak) dinitrofenilaminosav (DNF) származéka keletkezik. A DNF-aminosavak papírkromatográfia segítségével identifikálhatók és így megállapítható, hogy a peptidlánc aminovégén melyik aminosav helyezkedik el. A polipeptidlánc hasításakor keletkező oligopeptidek végcsoportjai is meghatározhatók ezzel a módszerrel, majd az így nyert számos adatból keresztrejtvényfejtéshez hasonló módon összeállítható a polipeptid teljes aminosavszekvenciája. Ezeket a vizsgálatokat kiegészíti a polipeptidlánc karboxyl-végének identifikálása, pl. fajlagos enzimek segítségével. A nukleotidák szekvenciájának a polinukleotidaláncban való közvetlen meghatározására sajnos, ez idő szerint nem áll rendelkezésre a DNFB-eljáráshoz hasonló, általánosan alkalmazható módszer, ami a molekuláris biológia legfontosabb állításainak közvetlen bizonyítását egyelőre lehetetlenné teszi; erről részletesebben alább lesz szó. 8. Az oszlopkromatográfiás frakcionálásos módszerek a különböző adszorbensekkel és a kísérleti feltételek bőséges variációjának lehetőségével igen alkalmasak arra, hogy velük a szervezetben előforduló, többnyire rendkívül labilis makromolekulákat izolált, tisztított és koncentrált állapotban állítsuk elő további vizsgálatok céljából. 9. A kibernetika és az információelmélet alkalmazása a makromolekulák identikus reprodukciójának magyarázatára a biológiában elvileg újszerű kezdeményezés. Az információelméletet és a kibernetika tudományát a híradástechnika, valamint a hasonló elvek szerint működő, vezérlésen alapuló, automatizált működésű rendszerek nagyfokú fejlődése tette szükségessé. Igen sok komplikált művelet pontosan egybehangolt egymásutánját — pl. egész vegyigyárak működését — lehet megadott, pl. elektromos impulzusok kombinációjából álló jelek egymásutánjában rögzített utasítások, „programok” révén automatikusan vezérelni. Nyilvánvaló, hogy ilyen alapon működő rendszereknél a jelek gazdaságos és biztonságos, torzításmentes továbbítása alapvető fontosságú; egy automatikusan működő gyár helyes tevékenysége ettől függ. A kérdés tanulmányozása folyamán kiderült, hogy e két tényező exakt, matematikai kezelését lehetővé teszi az információelmélet, mely a valószínűségszámításnak ezeknek a problémáknak a kezelésére való alkalmazásából fejlődött ki. Az utasítások gazdaságos és biztonságos közvetítését szolgálják egyebek között a kódok, melyek valamilyen tartalomnak megfelelő, egyszerű jelekké való átalakításából állanak. A legismertebb ilyen kód pl. a Morse-abc, melyben hangokat, betűket, hosszú és rövid jelek, valamint szünetek kombinációi jeleznek; két tucatnál többféle hangot a kódban mindössze három elemből álló kombinációk segítségével lehet jelképezni. A sejtben beláthatatlan számú és egymást sokrétűen befolyásoló enzymatikus folyamat megy végbe. Egyetlen olyan egyszerű reakcióban, mint a glukóz elégetése szénhidráttá és vízzé, legalább 20—25 enzym vesz részt, megszabott sorrendben. A legegyszerűbb reakciókinetikai feltevések mellett is, egyetlen ilyen folyamat mindenkori állapotának exakt meghatározása olyan komplikált matematikai probléma, melynek megoldása nagyteljesítményű számítógépet igényel. A sejtben végbemenő folyamatok szövevényének áttekinthetőségét hivatott elősegíteni az a törekvés, amely e célból a kibernetika fogalmait hívja segítségül. Ennek alapja az az elképzelés, hogy a sejtben levő folyamatok szervezettségét egyelőre ismeretlen programok szabják meg. „Programozva” van tehát pl. a fehérjeszintézis, a fehérjék identikus reprodukciója is: program írja elő, hogy egy-egy aminosav milyen sorrendben épül be a fehérjébe, eldöntve ezzel a fajlagosságot eldöntő aminosav-szekvenciát. A program „jelekből”, „információkból” álló „kód”-ba van foglalva, a „jelek” pedig a nukleinsavakban levő nukleotidák valamilyen csoportosulása (l. lejjebb). III. A molekuláris biológia néhány eredménye „Számomra (a molekuláris biológia) akkor kezdődött, amikor Schlesinger 1934-ben kimutatta, hogy egy bakteriális vírus thymonukleinsavat tartalmaz — ma DNA-nak nevezzük.” írta 1966 elején Bamnet, a Nobel-díjas víruskutató.* A közfigyelem azonban csak egy évtized múlva irányult erre a vegyületcsoportra, amikor Caspersson és Bracket egymástól függetlenül felfedezte, hogy a sejtekben a fehérjeszintézis a NS-ak** felszaporodásával jár. Az ezt a felfedezést követő évtized tapasztalatai a NS-akat a biológiai érdeklődés középpontjába állították. Az új észleletek tömegéből a legfontosabbak a következők: 1. Avery és munkatársai megállapították, hogy bizonyos pneumococcus törzsekből készült és DNS-t tartalmazó extraktumok arra képesek, hogy más törzseket olyan sajátosságokkal ruházzanak fel, mint amilyenekkel az a törzs rendelkezik, amelyből őket előállították. Avery észlelései óta hasonló transzformáló ágenseket találtak E.-coli és H.influenzae esetében is: kémiailag ezek az ágensek ugyancsak DNS-nak bizonyultak. 2. Hershey és Chase kimutatta, hogy a bakteriofág, amikor fogékony baktériumot inficiál, csak RNS-át juttatja be a mikroorganizmusba, fehérjeköpenye mindig kívül marad. Ennek ellenére a fág a fertőzött sejtben elszaporodik, azaz a RNS önmagában képes a fertőzött szervezet anyagcseréjét a saját testét alkotó és a baktériumétól külön 76* * Schlesinger Miksa dr. Budapesten született, tanulmányait a budapesti orvostudományi egyetemen végezte és 1931-ig Hári Pál professzor tanítványaként az egyetemi Élet és Kórvegytani Intézetben dolgozott. 1937-ben Londonban tragikus körülmények között fejezte be életét. ** A továbbiakban a következő rövidítéseket alkalmazzuk: NS = nukleinsav, RNS = ribonukleinsav, DNS = dezoxyribonukleinsav. 1059 ORVOSI HETILAP