زیست‌شناسی مولکولی شاخه‌ای از علم است که ساختار و عملکرد مولکول‌های تشکیل‌دهنده موجودات زنده را بررسی می‌کند. در درجه اول بر روی مولکول های DNA، RNA و پروتئین ها تمرکز می کند و درک می کند که چگونه این مولکول ها برای حمایت از فرآیندهای زندگی برهم کنش می کنند.
دگم اصلی زیست شناسی مولکولی، جریان اطلاعات ژنتیکی را در یک سیستم بیولوژیکی توصیف می کند. به صورت DNA ➞ RNA ➞ پروتئین بیان می شود. این جریان اطلاعات نشان می دهد که چگونه کد ژنتیکی موجود در DNA به RNA پیام رسان (mRNA) رونویسی می شود و سپس به یک پروتئین خاص ترجمه می شود.
DNA (اسید دئوکسی ریبونوکلئیک): DNA مولکولی است که حاوی دستورالعمل های ژنتیکی برای رشد، عملکرد، رشد و تولید مثل همه موجودات زنده شناخته شده و بسیاری از ویروس ها است.
RNA (ریبونوکلئیک اسید): RNA یک مولکول پلیمری است که در نقش های مختلف بیولوژیکی از جمله کدگذاری، رمزگشایی، تنظیم و بیان ژن ها ضروری است.
پروتئین ها: پروتئین ها مولکول های زیستی بزرگی هستند که مجموعه وسیعی از عملکردها را در ارگانیسم ها انجام می دهند، از جمله کاتالیزور واکنش های متابولیکی، همانندسازی DNA، پاسخ به محرک ها و انتقال مولکول ها از یک مکان به مکان دیگر.
ساختار DNA یک مارپیچ دوگانه است که توسط جفت‌های باز متصل به ستون فقرات قند-فسفات تشکیل شده است. چهار باز در DNA یافت می شود: آدنین (A)، سیتوزین (C)، گوانین (G) و تیمین (T). توالی این پایگاه ها اطلاعات ژنتیکی را رمزگذاری می کند.
در طول تکثیر DNA، مولکول DNA تکثیر می شود تا مجموعه کاملی از اطلاعات ژنتیکی را به سلول دختر منتقل کند. این فرآیند برای وراثت ژنتیکی در طول تقسیم سلولی حیاتی است.
رونویسی فرآیندی است که طی آن اطلاعات یک رشته DNA در یک مولکول جدید از RNA پیام رسان (mRNA) کپی می شود. هنگامی که mRNA پردازش شد، برای ترجمه از هسته به سیتوپلاسم منتقل می شود.
ترجمه فرآیندی است که در آن ریبوزوم ها در سیتوپلاسم یا شبکه آندوپلاسمی پروتئین ها را پس از فرآیند رونویسی DNA به RNA در هسته سلول سنتز می کنند. mRNA برای تولید یک زنجیره اسید آمینه خاص یا پلی پپتید رمزگشایی می شود که بعداً به یک پروتئین فعال تبدیل می شود.
کد ژنتیکی مجموعه‌ای از قوانین است که توسط سلول‌های زنده برای ترجمه اطلاعات کدگذاری شده در مواد ژنتیکی (توالی‌های DNA یا mRNA) به پروتئین استفاده می‌شود. اساساً زبانی است که تعریف می‌کند چگونه توالی‌هایی از سه نوکلئوتید به نام کدون مشخص می‌کنند که کدام اسید آمینه بعدی در طول سنتز پروتئین اضافه می‌شود. 64 کدون وجود دارد که 20 اسید آمینه استاندارد را رمزگذاری می کنند، در حالی که بقیه کدون ها شروع یا توقف سنتز پروتئین را نشان می دهند.
به عنوان مثال، توالی AUG به عنوان کدون شروع عمل می کند و همچنین اسید آمینه متیونین را کد می کند. از سوی دیگر، کدون‌های UAA، UAG و UGA به عنوان سیگنال توقف در حین ترجمه عمل می‌کنند.
زیست شناسی مولکولی از تکنیک های مختلفی برای درک عملکردهای ژنتیکی و پروتئینی استفاده می کند.
واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR): PCR روشی است که برای تکثیر بخش خاصی از DNA استفاده می شود. این تکنیک امکان ایجاد میلیون‌ها نسخه از یک قطعه DNA را از یک نمونه اولیه کوچک فراهم می‌کند که به مطالعه و تجزیه و تحلیل دقیق کمک می‌کند.
الکتروفورز ژل: تکنیکی برای جداسازی قطعات DNA یا پروتئین ها بر اساس اندازه و بار آنها. مولکول ها توسط یک میدان الکتریکی از طریق ژلی که منافذ کوچکی دارد رانده می شوند.
توالی یابی: توالی یابی DNA فرآیند تعیین توالی اسید نوکلئیک - ترتیب نوکلئوتیدها در DNA است. این شامل هر روش یا فناوری است که برای تعیین ترتیب چهار پایه استفاده می شود: آدنین، گوانین، سیتوزین و تیمین.
CRISPR-Cas9: CRISPR-Cas9 یک سیستم ویرایش ژنوم است که به محققان امکان تغییر توالی DNA و اصلاح عملکرد ژن را می دهد. در زمینه های پزشکی و کشاورزی کاربرد دارد.
یافته های زیست شناسی مولکولی کاربردهای گسترده ای در تشخیص پزشکی، درمان، و در مطالعه ژنتیک و زیست شناسی تکاملی دارد.
تشخیص و درمان پزشکی: تکنیک هایی مانند PCR و تعیین توالی امکان شناسایی اختلالات ژنتیکی و وجود عوامل عفونی را فراهم می کند. این اطلاعات می تواند به درمان ها و درمان های هدفمند برای بیماری ها منجر شود.
مهندسی ژنتیک: با دستکاری DNA، دانشمندان می توانند ارگانیسم هایی با کیفیت های خاص، مانند گیاهانی با محتوای غذایی افزایش یافته یا مقاومت در برابر آفات و بیماری ها ایجاد کنند. مهندسی ژنتیک همچنین منجر به تولید پروتئین های درمانی، واکسن ها و آنزیم ها شده است.
تحقیقات سرطان: تکنیک های زیست شناسی مولکولی مکانیسم های مولکولی را که توسط آن سلول های سرطانی به طور غیرقابل کنترلی رشد می کنند، آشکار می کند. شناسایی ژن ها و پروتئین های خاص درگیر در پیشرفت سرطان، امکان توسعه درمان های هدفمند را فراهم می کند.
زیست شناسی مولکولی توسط آزمایش ها و اکتشافات قابل توجهی که درک ما از زندگی را در سطح مولکولی ارتقا داده است برجسته شده است.
آزمایش هرشی چیس: این آزمایش شواهد قاطعی ارائه کرد که DNA ماده ژنتیکی است. هرشی و چیس با برچسب گذاری باکتریوفاژها (ویروس هایی که باکتری ها را آلوده می کنند) با ایزوتوپ های رادیواکتیو توانستند نشان دهند که DNA مسئول توارث اطلاعات ژنتیکی است و نه پروتئین.
مدل DNA واتسون-کریک: جیمز واتسون و فرانسیس کریک، با مشارکت روزالیند فرانکلین، ساختار مارپیچ دوگانه DNA را در سال 1953 پیشنهاد کردند. این کشف برای درک چگونگی ذخیره، تکثیر و انتقال اطلاعات ژنتیکی در موجودات زنده بسیار مهم بود.
کشف CRISPR-Cas9: کشف سیستم CRISPR-Cas9 بیولوژی مولکولی را متحول کرده است. CRISPR-Cas9 که در ابتدا به عنوان بخشی از سیستم ایمنی باکتریایی مورد مطالعه قرار گرفت، اکنون به طور گسترده برای ویرایش ژنوم در موجودات مختلف مورد استفاده قرار می گیرد و امکان دستکاری دقیق توالی های ژنتیکی را فراهم می کند.
زیست شناسی مولکولی شامل مطالعه مولکول هایی است که موجودات زنده، به ویژه DNA، RNA و پروتئین ها را تشکیل می دهند. زیست شناسی مولکولی از طریق درک فرآیندهایی مانند همانندسازی DNA، رونویسی و ترجمه، جزئیات پیچیده زندگی را روشن می کند. تکنیک هایی مانند PCR، الکتروفورز ژل، توالی یابی و CRISPR-Cas9 نقش اساسی در تحقیقات و کاربردهایی دارند که از درمان های پزشکی تا بهبود کشاورزی را شامل می شود. آزمایش‌ها و اکتشافات پیشگام همچنان مرزهای زیست‌شناسی مولکولی را پیش می‌برد و بینش‌های جدیدی ارائه می‌کند و پرسش‌های اخلاقی، اجتماعی و قانونی در مورد قدرت دستکاری ماهیت موجودات بیولوژیکی را مطرح می‌کند.
