ה ביולוגיה מולקולרית הוא אחד מענפי הביולוגיה המוקדשים לחקר היחסים בין DNA ו- RNA, סינתזת חלבונים והמאפיינים הגנטיים המועברים מדור לדור.
באופן ספציפי יותר, ביולוגיה מולקולרית מבקשת להבין את מנגנוני השכפול, השעתוק והתרגום של החומר הגנטי.
זהו תחום מחקר חדש יחסית ורחב מאוד, המכסה גם היבטים של ציטולוגיה, כימיה, מיקרוביולוגיה, גנטיקה וביוכימיה.
היסטוריה של ביולוגיה מולקולרית
ההיסטוריה של הביולוגיה המולקולרית מתחילה בחשד לסוג כלשהו של חומר הקיים בגרעין התא.
אתה חומצות גרעין התגלו בשנת 1869 על ידי החוקר יוהאן פרידריך מישר כאשר ניתח את גרעין כדוריות הדם הלבנות ממוגלת הפצע. עם זאת, הם נקראו בתחילה גרעינים.
בשנת 1953 הבהירו ג'יימס ווטסון ופרנסיס קריק את המבנה התלת מימדי של מולקולת ה- DNA, המורכבת מסליל כפול של נוקלאוטידים.
כדי לפתח את המודל, ווטסון וקריק השתמשו בתמונות עקיפה של רנטגן שהושגו על ידי רוזלינד פרנקלין ובניתוח בסיסים חנקניים באמצעות כרומטוגרפיה של ארווין צ'רגף.
בשנת 1958, החוקרים מתיו מסלסון ופרנקלין סטאהל הוכיחו כי ל- DNA יש שכפול חצי שמרני, כלומר המולקולות שזה עתה נוצרו משמרות את אחת השרשראות של המולקולה ש- מקורו.
עם התגליות הללו ושיפור הציוד החדש, התקדמו מחקרים גנטיים מחקר על גנים, מבדיקות אבהות, מחלות גנטיות ומדבקות, בקרב אחרים. כל הגורמים הללו היו בסיסיים לצמיחת אזור הביולוגיה המולקולרית.
דוגמה מרכזית לביולוגיה מולקולרית
הדוגמה המרכזית של הביולוגיה המולקולרית, שהציע פרנסיס קריק בשנת 1958, כוללת הסבר כיצד מועבר המידע הכלול ב- DNA. לסיכום, הוא מסביר כי זרימת המידע הגנטי מתרחשת ברצף הבא: DNA → RNA → PROTEINS.
משמעות הדבר היא ש- DNA מקדם את ייצור ה- RNA (תעתיק), שמצפין בתורו את ייצור החלבונים (תרגום). בזמן הגילוי האמינו כי לא ניתן להפוך את הזרימה הזו. כיום ידוע כי האנזים תעתיק הפוך מסוגל לסנתז DNA מ- RNA.
למידע נוסף, קרא גם:
- DNA
- RNA
- חלבונים
- סינתזת חלבונים
טכניקות ביולוגיה מולקולריות
הטכניקות העיקריות המשמשות ללימודי ביולוגיה מולקולרית הן:
- תגובת שרשרת פולימראז (PCR): טכניקה זו משמשת להגברת עותקי DNA וליצירת עותקים של רצפים מסוימים, מה שמאפשר, למשל, לנתח את המוטציות שלהם, לשכפל ולתפעל גנים.
- ג'ל אלקטרופורזה: משתמשים בשיטה זו כדי להפריד בין חלבונים לבין גדילי DNA ו- RNA, דרך ההבדל בין המסה שלהם.
- כתם דרומי: באמצעות אוטו-רדיוגרפיה או אוטו-פלואורסצנציה, טכניקה זו מאפשרת לציין את המסה המולקולרית ולוודא אם רצף מסוים קיים בחוט של DNA.
- כתם צפוני: טכניקה זו מאפשרת ניתוח מידע, כגון המיקום והכמות של ה- RNA של המסנג'ר, האחראי על שליחת מידע DNA לסינתזה של חלבונים בתאים.
- כתם מערבי: שיטה זו משמשת לניתוח חלבונים ומשלבת את העקרונות של כתם דרומי וכתם צפוני.
פרויקט הגנום
אחד הפרויקטים המקיפים והשאפתניים ביותר בביולוגיה מולקולרית הוא פרויקט הגנום, שמטרתו למפות את הקוד הגנטי של סוגים שונים של אורגניזמים.
לשם כך, מאז שנות התשעים נוצרו כמה שותפויות בין מדינות כך שבאמצעות ביולוגיה מולקולרית וטכניקות הטיפול בחומרים שלה אפשר היה לחשוף את המוזרויות והגנים הקיימים בכל גדיל של DNA ו- RNA, כולל: בעלי חיים, צמחים, פטריות, חיידקים ו נגיף.
אחד הפרויקטים המייצגים והמאתגרים ביותר היה פרויקט הגנום האנושי. המחקר נמשך שבע שנים והתוצאות הסופיות שלו הוצגו באפריל 2003, עם רצף של 99% מהגנום האנושי ודיוק של 99.99%.