Медициналық және молекулалық биология пәні
Биология өте ертеректе қалыптасқанымен ғылымның бұл саласын белгілеу мақсатында «биология» деген терминді алғаш 1797 жылы неміс профессоры анатом Т. Руз ұсынған. Сәл кейінірек 1800 жылы бұл терминді Дерпт университетінің профессоры К.Бурдах,1802 жылы Ж.Б.Ламарк және Л.Тревиранус өз еңбектерінде пайдаланған. Қазіргі биология ғылымы адамзат үшін маңызы зор түрлі салалардың, әсіресе медицина, агрономия және мал шаруашылығының теориялық негізі болып саналады. Ең алдымен тіршілік субстраты болып келетін органикалық қосылыстар – нуклеин қышқылдары (ДНҚ және РНҚ) мен ақуыздардың болуы. Нуклеин қышқылдары – қүрамында С, 02, Н, N және Р бар күрделі химиялық қосылыстар. Олар нуклеотидтерден тұрады. ДНҚ-да тұқым қуалау ақпараты сақталады және ұрпақтарына беріледі. РНҚ-ның қатысуымен ДНҚ-ғы ақпаратқа сай ақуыз синтезделеді. Ақуыздар- күрамында С, 02, Н, Ы, § және Р бар күрделі химиялық қосылыстар. Ақуыз молекулаларының құрылысы мен қызметі алуан түрлі. Олар құрамындағы аминқышқылдарының түрлі мөлшерде, түрліше ретпен орналасуына байланысты бір-бірінен ажыратылады. Көпшілік ақуыздар католизаторлық қызмет атқарса (ферменттер), бірқатары қүрылыс материалы болып табылады т.с.с. Нуклеин қышқылдары болсын, мейлі ақуыз молекулалары болсын жасушадан тыс, жеке күйінде тіршіліктің субстраты бола алмайды.
Қазіргі кездегі тұжырым бойынша, тіршіліктің субстраты – нуклеопротеидтер. Олар кез келген тірі организм жасушасының ядросы мен цитоплазма қүрамына кіреді. Нуклеопротеидтер – хроматин және рибосомалардың негізгі құрам бөліктері. Қүрамында нулеопротеидтері жоқ тірі жүйелер болуы мүмкін емес. Олай болса, тіршілік – нуклеин қышқылдары мен ақуыздардың өзара әрекеттесу қызметінің көрінісі.
Молекулалық биология – тіршілікті молекулалық деңгейде зерттейтін кешенді биология ғылымының маңызды саласының бірі. Молекулалық биология ғылымының негізгі зерттеу объектілері жасушаның ақпараттық макромолекулалары – ақуыз және нуклеин қышқылдары болып саналады. Ол ақпараттық макромолекулалардың құрылысын, қызметтерін, таралуын зерттейді. XXI ғасырды молекулалық биология ғасыры деп атауда. Молекулалық биология ғылымы бірнеше бөлімдерге бөлінеді: геномика – түқым қуалаушылыктың материалдық негіздері – ДНҚ, РНҚ молекулаларының құрылыстарын, қызметтерін зерттейді; протеомика – жасуша ақуыздарының құрылысын, қызметтерін зерттейтін бөлім. Геномика ғылымының негізгі міндеті мен мақсаты – адам және басқа да тірі ағзалардың геномдарының құрылысын, қызмет ету тетіктерін зертгеп, анықтап, анықталған деректерді, білімдерді адам өмірінің сапасын жақсартуға пайдалану болып табылады.
Биология ғылымының дамуына бастама беріп, үлкен үлес қосқандар ертедегі грек философтары. Солардың бірі Гиппократ (б.э.д. 460-370 жж шамасында) бірінші болып адамның және жануарлардың құрылысын жүйелі түрде сипаттап жазып, аурулардың қалыптасуындағы сыртқы орта мен түқым қуалаушылықтың рөлін атап көрсеткен. Биология тарихында зоологияның негізін қалаушы деп есептелетін Аристотель (б.э.д. 384-322 жж) өз еңбектерінде жануарларды 4 топқа бөліп, олардың құрылыс және тіршілік әрекеттеріне терең мағынасында сипаттама беріп, кейбір қалыпты белгілердің, ақау-кемістіктердің және өсімталдықтың тұқым қуалаушылығын анықтаумен қатар адамның ішкі-сыртқы ерекшеліктерін, ой-өрісінің дамуын да зерттеген. XV ғасырда өмір сүрген қазақ ғалымы Ө.Тілеуқабылұлының «Шипагерлік баян» атты энциклопедиялық кітабы қазақ елінде тіршіліктану ғылымы мен дәрігерлік шімнің жоғары дәрежеде болғандығын айқындайды. Айтарлықтай табысты өзгерістер XV ғасырдың екінші жартысынан кейін байқалады. Везалий (1514-1564) «Адам денесінің құрылысы жайлы жеті кітап» атты еңбегін жарыққа шығарып, ғылыми анатомияның негізін қалады. В. Борелли жануарлардың қозғалу механизмдерін сипаттау арқылы физиологияның дамуына жол салды.
ХІ-ХІІ ғасырларда ботаника мен зоология шапшаң дами бастады. Микроскоптың ашылуына байланысты өсімдіктердің ішкі құрылысы, олардың жыныстық ерекшеліктері, микроорганизмдер, эритроциттер мен сперматозоидтар зерттелініп, насекомдардың қүрылысы мен дамуы анықталды. Бұл жаңалықтар эмбриологияда бір-біріне қарама-қарсы еқі бағытты — овизм мен анималькулизмді қалыптастырып, преформизм жэне эпигенез концепцияларының өзара күресіне себепші болды.
Чех ғалымы Г.Мендель ашқан (1865) «Белгілердің тұқым қуалау заңдықтары» тек 1900 жылы генетика ғылымының ресми түрде жарыққа шығуымен сәйкес жарияланды. Генетиканың қалыптасып, қарқынды дамуына үлес қосқандардың бірі Де Фриз ғылымға «мутация» деген терминді енгізіп, «мутациялық теорияның» негізін қаласа (1901-1903), Т.Морган өз шәкірттерімен бірге (1910-1911) «тұқым қуалаушылықтың хромосомиялық теориясын» ашты, ал Иогансен (1909) «ген», «генотии», «фенотип» деген түсініктерді пайдаланып «таза линиялар» жайлы ілімін құрастырды. Геннің күрделі де нәзік құрылысы зерттеліп, алғаш рет «ген теориясының» негізі қаланды (А.С.Серебровский, ІШ.Дубииин, 1929-1931). 1944 жылы ДНҚ-ның генетикалық рөлі анықталып (О.Эвери, К. Мак-Іеод, М. Мак-Карти), 1953 жылы оның молекулалық моделі жасалды (ДЖ.Уотсон, Ф.Крик). Сәл кейінірек 1961 жылы генетикалық кодтың кілті ашылды. Міне, бұл кезең молекулалық биологияның қалыптасу кезеңі делінеді.
Тірі организмдерге тән негізгі қасиеттер: олардың біртұтастылығы (үздіксіздігі) мен дискреттілігі (үзілмелілігі), кұрылым ерекшелігі, өзін-өзі ұдайы ендіруге қабілеттілігі, өсуі және дамуы, зат және энергия алмасудың жүруі, тұқым қуалаушылығы мен өзгергіштігі. тітіргенгіштігі, қозғалысы, сыртқы ортамен айрықша қарым-қатынасы т.с.с.
Біртұтастылық және дискреттілік. Тіршілік біртұтас болғанымен, ол дискретті (үзілмелі). Бұл заңдылықты тірі денелердің құрылысынан да қызметінен де байқауға болады. Мысалы, жоғарыда айтылғандай тіршіліктің субстраты – нуклеопротеидтер. Алайда, бұл біртұтас дискретті де, өйткені ол екі түрлі органикалық қосылыстардан – нуклеин қышқылдары мен ақуыздардан құралған. Нуклеин қышқылдары мен ақуыздар өз алдына жеке-жеке біртұтас күрделі қосылыстар болғанымен де әрқайсысы дискретті, себебі олар мономерлерден – нуклеотидтер мен аминқышқылдарынан тұрады. Жалпы алғанда тұқым қуалау ақпаратының ұрпақтан ұрпаққа берілу процесі үздіксіздікті көрсеткенімен, ол процестің транскрипция және трансляция кезеңдерінен тұруы дискреттілікті сипаттайды.
Үздіксіздікке мысал бола алатын митоздық бөліну де дискретті, яғни үзілмелі, өйткені ол бірнеше фазалардан тұрады. Тіпті кез келген жасуша да біртұтас жүйе болғанымен алуан түрлі қызмет атқаратын дискретті жасушалық құрылым компоненттерінен тұрады. Ендеше органикалық дүние біртұтас және дискретті, оны жеке-жеке организм түрлері құрайды.
Құрылым ерекшелігі. Жер бетінде тіршілік ететін кез келген организм өзінің айрықша құрылымымен ерекшелінеді. Осыған байланысты олар арнайы бір дене пішіні мен мөлшеріне ие болады. Тірі организмнің негізгі құрам бірлігі – жасуша. Жасушалар құрылысы мен атқаратын қызметіне сай ұлпаларды, ұлпалар мүшелерді, олар – мүшелер жүйесіне бірігіп, ал бірнеше мүшелер жүйесі тұтас бір организмді қүрайды. Организмдер табиғатта популяцияларға топталып, бірнеше популяциялар биоценозға, ал биоценоздар сол аймақтағы абиотикалық факторлармен байланыса отырып биогеноценозды қүрайды.
Өзін-өзі ұдайы өндіру (көбею). Тірі организмдердің аса маңызды қасиеті өзін-өзі өндіруге, яғни көбеюге қабілеттілігі. Соңғы кездегі тұжырымдамалар бойынша, жер бетінде өздігінен абиогендік жолмен алғаш пайда болған тіршілік сол уақыттан бері жалғасып, тірі организмге ғана бастама беріп келеді, ендеше тірі дене тек тіріден пайда болады деген қорытынды жасалады. Тірі организмдерге топ бұл қасиетті молекулалық деңгейде қарастырсақ, өзін-өзі ұдайы өндіру ДНҚ-ның екі еселенуі негізінде іске асырылады. ДҢҚ синтезіне сай ақуыз синтезделіп, организмнің қүрылым ерекшелігі анықталады. Жасушалық деңгейдегі көбею әдістері, тіпті арнайы жыныс жасушаларының түзіліп, ұрпақтар сабақтастығын қамтамасыз етуі де тірі организмдерге тән қасиет.
Өсу және даму. Организмнің өсуі нәтижесінде жасушалар саны артып, дене мөлшері мен салмағы жоғарылайды. Өсу міндетті түрде дамумен қатар жүреді, өйткені түзілген жасушалар дамуға байланысты жіктеліп, қызмет атқарып, құрылысы күрделенеді. Онтогенез барысында генотип пен ортаның өзара әрекеттесуі нәтижесінде белгілер қалыптасады. Филогенез өсу және даму негізінде табиғаттағы организмдердің көптүрлілігін қамтамасыз етеді. Өсу және даму процестері қатаң генетикалық бақылауда болып нейрогуморальдық жолмен реттеледі.
Зат және энергия алмасу. Тірі организм жасушаларында жүретін зат алмасуға байланысты, организмнің сыртқы ортамен карым қатынасы жүзеге асырылып, оның тіршілігі қамтамасыз етіледі, алмасу біріне-бірі қарама-қарсы және бір-бірінсіз жүре алмайтын процестен: анаболизмнен (ассимиляция) жэнс катаболизмнен (диссимиляция) тұрады. Анаболизм нәтижесінде түзілген көмірсулар, майлар, ақуыздардың құрамындағы энергия бөлініп АТФ қорына және жылуға айналады. Жасушада жүретін зат және энергия алмасу ондағы жұмсалған немесе бұзылған құрылым заттарының қалпына келуін, организмнің ішкі орта тұрақтылығын, өсуі мен дамуын қамтамасыз етеді.
Тұқым қуалаушылық және өзгергіштік. Тұқым қуалаушылыққа байланысты ұрпақтар арасындағы материалдық сабақтастық жүзеге асырылады. Ұрпақтар арасындағы сабақтастық пен тіршіліктің үздіксіздігінің негізі ата-аналарынан ұрпақтарына гендердің берілуі болып табылады. Өйткені гендерде сол организмге тән қасиеттер жайлы ақпарат жазылған. Тұқым қуалаушылыққа қарама-қарсы құбылыс өзгергіштік кезінде организмдерде олардың ата-аналарында көрінбеген жаңа белгілер жарыққа шығады. Өзгергіштік организмнің генетикалық құрылымының өзгеруі себепті қалыптасады. Тұқым қуалаушылық пен өзгергіштік – сұрыптауға материал даярлайтын онолюциялық факторлар болып табылады.
Тітіркенгіштік. Кез келген организм сыртқы ортамен тікелей байланыста тіршілік етеді. Эволюция барысында тірі организмдерде сыртқы ортаның әсеріне таңдамалы түрде жауап қайтару қабілеті қалыптасқан. Бүл қасиетті тітіркенгіштік деп атайды. Организмде түрліше жауап қайтару реакциясыи туғызатын орта факторлары тітіркендіргіштер деп аталады. Оларга: жарық, температура, дыбыс, түрлі механикалық әсерлер, тамақ заттары, газдар, улы заттар т.б. жатады. Нерв жүйесі жоқ организмдерде, мысалы, қарапайымдыларда, өсімдіктерде т.б. сыртқы орта әсеріне жауап қайтару реакциясы таксистер немесе тропизмдер түрінде болады. Мысалы, қарапайымдыларда жарыққа багытталып қозғалу фототаксис, химиялық заттар концентрациясына байланысты қозғалу хемотаксис т.с.с. деп аталады. Қозғалмайтын, орнықты организмдерде тропизмдер байқалады. Бұл кезде организм тітіркендіргішке қарай өсу багытын өзгертеді немесе жапырақтарының орналасуын өзгертуі мүмкін. Мысалы, өсімдіктердің жапырақ, сабақтарының жарыққа қарай бұрылып бағытталуы фототропизм делінеді. Сол сияқты тітіркендіргіштің түріне байланысты геотропизм, хемотропизм, гидротропизм қүбылыстарын ажыратады. Көп жасушалы жануарларда тітіргендіргіштердің әсеріне жауап қайтару нерв жүйесінің қатынасуымен рефлекстер түрінде болады.
Қозғалыс. Тірі организмдердің тітіркендіргіштерге жауап қайтаруы қозғалыс іске асырылады. Мысалы, өсімдіктердің түрлі мүшелеріндегі өсу процестері немесе қарапайымдылардың кірпікшелері, талшықтары арқылы қозғалысы, сондай-ақ көпжасушалы организмдердегі лейкоциттердің қозғалысы т.с.с.
Сыртқы ортамен айрықша қарым-қатынасы. Кез келген бір биогеоценозды алайық, онда тірі организмдер өзара әрекеттесіп қана қоймай, сонымен қатар сыртқы ортамен де байланыс жасап, одан өзіне қажетті заттарды қабылдайды. Организмдердің түрлі ортада таралуы бірқатар факторлармен шектеледі (су, жарық, температура, қорек заты, паразиттер, жыртқыштар). Сондықтан мұндай жағдайда организмдер не басқа қолайлы орта іздеп кетеді немесе сол жерге бейімделеді (адаптация жүреді). Адаптациялық реакциялардың формалары: физиологиялық гемеостаз және дамудың гомеостазы. Физиологиялық гомеостаз – организмдердің сыртқы орта факторларына қарсы тұру қабілетін көрсетеді, ал дамудың гомеостазы – негізгі тіршілік қасиеттерін сақтай отырып, кейбір жеке реакцияларын өзгерту арқылы бейімделуі болып табылады. Дамудың гомеостазына сол сияқты иммунитетті де жатқызады. Организмдердің адаптациялық қабілеттілігі реакция нормасымен анықталатын тұқым қуалайтын қасиет.
Биологияның медицинадағы маңызы
Биологиялық зерттеулер нәтижесінде анықталған тірі организмдердің құрылысы мен даму ерекшіліктері жайлы мәліметтер медицинаның дамуына үлкен үлес қосты. XIX ғасырда құрастырылған жасушалық теория биология мен медицинаның байланысуына ғылыми негіз болды. Неміс дәрігері Р.Вирхов 1858 жылы басылып шыққан «Целлюлярлық патология» деген еңбегінде патологиялық процесстер жасушаның құрылысындағы өзгерістерге байланысты қалыптасады деп көрсеткен. К. Бернар жүйке жүйесінің физиологиясы мен патологиясы жайлы дәрістерінде медицинаға экспериментальдық әдісті кеңінен пайдалануды ұсынған. Л.Пастер, Р.Кох және Д.И.Ивановскийдің микробиология саласындағы жұмыстары биологияны медицинаның теориялық базасы екендігін дәлелдей түсті. Инфекциялық аурулардың қоздырушылары ретінде микроорганизмдерді зерттеу барысында медицинаға асептика мен антисептика ұғымдары енгізіліп, хирургияның дамуы тездетілді. XIX ғасырдың екінші жартысында И.И.Мечников төменгі сатыдагы көп жасушалы жәндіктердің ас қорыту процесін зерттей отырып «фагоцитоз» құбылысын ашты және «иммунитет» жайлы ілімнің қалыптасуына негіз салды. Ағылшын дәрігері А.Гэррод биохимиялық тәжірибелерін қорыта келе 1902 жылы «Метаболизмнің туа пайда болған ақаулары» жайлы еңбегін жариялап, адамның түқым қуалайтын ауруларын зерттеуге бастама берді. Жалпы және молекулалық генетиканың заңдылықтары мен анатомия, физиология, биохимияның мәліметтері тұқым қуалайтын ауруларды диагностикалауда, емдеу және алдын алуда теориялық негіз болып табылады. Ал генетикалық инженерия адамның тұқым қуалайтын ақау-кемістіктерін жөндеудің тиімді әдістерін қарастырады.
