Molekularna biologija je grana znanosti koja istražuje strukturu i funkciju molekula koje čine žive organizme. Prvenstveno se usredotočuje na molekule DNA, RNA i proteina, razumijevajući kako te molekule međusobno djeluju kako bi podržale procese života.
Središnja dogma molekularne biologije opisuje tijek genetskih informacija u biološkom sustavu. Artikulira se kao DNA ➞ RNA ➞ Protein. Ovaj tijek informacija ocrtava kako se genetski kod koji se nalazi unutar DNK prepisuje u glasničku RNK (mRNA) i zatim prevodi u određeni protein.
DNK (deoksiribonukleinska kiselina): DNK je molekula koja sadrži genetske upute za razvoj, funkcioniranje, rast i reprodukciju svih poznatih živih organizama i mnogih virusa.
RNA (ribonukleinska kiselina): RNA je polimerna molekula neophodna u različitim biološkim ulogama, uključujući kodiranje, dekodiranje, regulaciju i ekspresiju gena.
Proteini: Proteini su velike biomolekule koje obavljaju širok niz funkcija unutar organizama, uključujući kataliziranje metaboličkih reakcija, replikaciju DNK, reagiranje na podražaje i prijenos molekula s jednog mjesta na drugo.
Struktura DNK je dvostruka spirala koju tvore parovi baza vezani za okosnicu šećer-fosfat. U DNK se nalaze četiri baze: adenin (A), citozin (C), gvanin (G) i timin (T). Niz ovih baza kodira genetske informacije.
Tijekom replikacije DNA, molekula DNA se duplicira kako bi se kompletan set genetskih informacija prenio do stanice kćeri. Ovaj proces je kritičan za genetsko nasljeđe tijekom diobe stanica.
Transkripcija je proces kojim se informacije u lancu DNK kopiraju u novu molekulu glasničke RNK (mRNK). Nakon što se mRNA obradi, prenosi se iz jezgre u citoplazmu radi translacije.
Translacija je proces u kojem ribosomi u citoplazmi ili endoplazmatskom retikulumu sintetiziraju proteine nakon procesa transkripcije DNK u RNK u jezgri stanice. MRNA se dekodira kako bi se proizveo specifičan lanac aminokiselina ili polipeptid koji će se kasnije saviti u aktivni protein.
Genetski kod je skup pravila koje žive stanice koriste za prevođenje informacija kodiranih unutar genetskog materijala (DNA ili mRNA sekvenci) u proteine. To je u biti jezik koji definira kako sekvence od tri nukleotida, zvane kodoni, određuju koja će aminokiselina biti dodana sljedeća tijekom sinteze proteina. Postoje 64 kodona koji kodiraju 20 standardnih aminokiselina, dok drugi signaliziraju početak ili prestanak sinteze proteina.
Na primjer, sekvenca AUG djeluje kao početni kodon i također kodira aminokiselinu metionin. S druge strane, kodoni UAA, UAG i UGA služe kao stop signali tijekom translacije.
Molekularna biologija koristi različite tehnike za razumijevanje genetskih i proteinskih funkcija.
Lančana reakcija polimerazom (PCR): PCR je metoda koja se koristi za umnožavanje specifičnog segmenta DNA. Ova tehnika omogućuje stvaranje milijuna kopija segmenta DNK iz malog početnog uzorka, što pomaže u detaljnom proučavanju i analizi.
Gel elektroforeza: tehnika za odvajanje fragmenata DNA ili proteina na temelju njihove veličine i naboja. Molekule se guraju pomoću električnog polja kroz gel koji sadrži male pore.
Sekvenciranje: Sekvenciranje DNK je proces određivanja sekvence nukleinske kiseline – redoslijed nukleotida u DNK. To uključuje bilo koju metodu ili tehnologiju koja se koristi za određivanje redoslijeda četiri baze: adenin, gvanin, citozin i timin.
CRISPR-Cas9: CRISPR-Cas9 je sustav za uređivanje genoma koji istraživačima pruža mogućnost mijenjanja sekvenci DNK i modificiranja funkcije gena. Ima primjenu u poljima medicine i poljoprivrede.
Nalazi molekularne biologije imaju široku primjenu u medicinskoj dijagnostici, liječenju te u proučavanju genetike i razvojne biologije.
Medicinska dijagnoza i liječenje: Tehnike poput PCR-a i sekvencioniranja omogućuju identifikaciju genetskih poremećaja i prisutnost uzročnika infekcije. Ove informacije mogu dovesti do ciljanih terapija i liječenja bolesti.
Genetski inženjering: Manipuliranjem DNK znanstvenici mogu stvoriti organizme s određenim kvalitetama, poput biljaka s poboljšanim nutritivnim sadržajem ili otpornošću na štetočine i bolesti. Genetski inženjering također je doveo do proizvodnje terapeutskih proteina, cjepiva i enzima.
Istraživanje raka: Tehnike molekularne biologije otkrivaju molekularne mehanizme pomoću kojih stanice raka nekontrolirano rastu. Identificiranje specifičnih gena i proteina uključenih u napredovanje raka omogućuje razvoj ciljanih terapija.
Molekularna biologija istaknuta je značajnim eksperimentima i otkrićima koja su unaprijedila naše razumijevanje života na molekularnoj razini.
Eksperiment Hershey-Chase: Ovaj eksperiment pružio je uvjerljiv dokaz da je DNK genetski materijal. Označavanjem bakteriofaga (virusa koji inficiraju bakterije) radioaktivnim izotopima, Hershey i Chase uspjeli su pokazati da je DNK, a ne protein, odgovoran za nasljeđivanje genetskih informacija.
Watson-Crickov model DNK: James Watson i Francis Crick, uz doprinos Rosalind Franklin, predložili su dvostruku spiralnu strukturu DNK 1953. Ovo otkriće bilo je ključno za razumijevanje načina na koji se genetske informacije pohranjuju, repliciraju i prenose u živim organizmima.
Otkriće CRISPR-Cas9: Otkriće CRISPR-Cas9 sustava revolucioniralo je molekularnu biologiju. U početku proučavan kao dio bakterijskog imunološkog sustava, CRISPR-Cas9 se sada intenzivno koristi za uređivanje genoma u raznim organizmima, omogućujući preciznu manipulaciju genetskim sekvencama.
Molekularna biologija obuhvaća proučavanje molekula koje čine žive organizme, posebice DNA, RNA i proteina. Kroz razumijevanje procesa kao što su replikacija DNK, transkripcija i translacija, molekularna biologija baca svjetlo na zamršene detalje života. Tehnike poput PCR-a, gel-elektroforeze, sekvencioniranja i CRISPR-Cas9 igraju ključnu ulogu u istraživanju i primjenama koje se protežu od medicinskih tretmana do poljoprivrednih poboljšanja. Pionirski eksperimenti i otkrića nastavljaju pomicati granice molekularne biologije, nudeći nove uvide i postavljajući etička, društvena i pravna pitanja o moći manipuliranja samom biti bioloških entiteta.
