Molekulārā bioloģija ir viena no bioloģijas nozarēm, kas veltīta DNS un RNS attiecību, olbaltumvielu sintēzes un no paaudzes paaudzē pārraidīto ģenētisko īpašību izpētei.
Konkrētāk, molekulārā bioloģija cenšas izprast ģenētiskā materiāla replikācijas, transkripcijas un tulkošanas mehānismus.
Tā ir salīdzinoši jauna un ļoti plaša studiju joma, kas aptver arī citoloģijas, ķīmijas, mikrobioloģijas, ģenētikas un bioķīmijas aspektus.
Molekulārās bioloģijas vēsture
Molekulārās bioloģijas vēsture sākas ar aizdomām par kāda veida materiālu, kas atrodas šūnas kodolā.
Jūs nukleīnskābes 1869. gadā atklāja pētnieks Johans Frīdrihs Mīsers, analizējot balto asins šūnu kodolu no brūces strutas. Tomēr sākotnēji tos sauca par nukleīniem.
Džeimss Vatsons un Frensiss Kriks 1953. gadā izskaidroja trīsdimensiju DNS molekulas struktūru, kas sastāv no divkāršas nukleotīdu spirāles.
Lai izstrādātu modeli, Votsons un Kriks izmantoja Rosalinda Franklina iegūtos rentgenstaru difrakcijas attēlus un slāpekļa bāzu analīzi ar Ervina Chargafa hromatogrāfiju.
Pētnieki Metjū Meselsons un Franklins Štāls 1958. gadā parādīja, ka DNS ir replikācija daļēji konservatīvs, tas ir, jaunizveidotās molekulas saglabā vienu no molekulas ķēdēm, kas radies.
Ar šiem atklājumiem un uzlabojot jaunu aprīkojumu, ģenētiskie pētījumi attīstījās gēnu izpēte, tostarp paternitātes testi, ģenētiskās un infekcijas slimības citi. Visi šie faktori bija būtiski molekulārās bioloģijas jomas izaugsmei.
Molekulārās bioloģijas centrālā dogma
Molekulārās bioloģijas centrālā dogma, ko 1958. gadā ierosināja Francis Kriks, sastāv no skaidrojuma, kā tiek pārsūtīta DNS saturošā informācija. Apkopojot, viņš paskaidro, ka ģenētiskās informācijas plūsma notiek šādā secībā: DNS → RNS → proteīni.
Tas nozīmē, ka DNS veicina RNS (transkripcijas) ražošanu, kas savukārt kodē olbaltumvielu ražošanu (Translation). Atklāšanas laikā tika uzskatīts, ka šo plūsmu nevar mainīt. Mūsdienās ir zināms, ka ferments reversā transkriptāze spēj sintezēt DNS no RNS.
Uzziniet vairāk, lasiet arī:
- DNS
- RNS
- Olbaltumvielas
- Olbaltumvielu sintēze
Molekulārās bioloģijas paņēmieni
Galvenie molekulārās bioloģijas pētījumos izmantotie paņēmieni ir:
- Polimerāzes ķēdes reakcija (PCR): Šo paņēmienu izmanto, lai palielinātu DNS kopijas un ģenerētu noteiktu secību kopijas, kas ļauj, piemēram, analizēt mutācijas, klonēt un manipulēt ar gēniem.
- Gēla elektroforēze: Šo metodi izmanto olbaltumvielu, kā arī DNS un RNS virkņu atdalīšanai, izmantojot atšķirību starp to masām.
- Southern Blot: Izmantojot autoradiogrāfiju vai autofluorescenci, šī metode ļauj noteikt molekulmasu un pārbaudīt, vai DNS virknē ir noteikta secība.
- Ziemeļu plankums: Šis paņēmiens ļauj analizēt informāciju, piemēram, kurjera RNS atrašanās vietu un daudzumu, kas ir atbildīgs par DNS informācijas nosūtīšanu olbaltumvielu sintēzei šūnās.
- Western Blot: Šo metodi izmanto olbaltumvielu analīzei, un tajā apvienoti Southern Blot un Northern Blot principi.
Genoma projekts
Viens no visaptverošākajiem un vērienīgākajiem molekulārās bioloģijas projektiem ir genoma projekts, kura mērķis ir kartēt dažādu organismu veidu ģenētisko kodu.
Šajā nolūkā kopš 1990. gadiem starp valstīm ir izveidojušās vairākas partnerattiecības, lai, izmantojot molekulāro bioloģiju un tās paņēmienus, kā rīkoties ar materiālu ģenētiski, bija iespējams atklāt katras DNS un RNS virknes īpatnības un gēnus, tostarp dzīvniekus, augus, sēnītes, baktērijas un vīruss.
Viens no reprezentatīvākajiem un izaicinošākajiem projektiem bija Cilvēka genoma projekts. Pētījums ilga septiņus gadus, un tā galīgie rezultāti tika prezentēti 2003. gada aprīlī, ar 99% cilvēka genoma sekvenci un 99,99% precizitāti.
