Молекуларната биологија е гранка на науката која ја истражува структурата и функцијата на молекулите што ги сочинуваат живите организми. Тој првенствено се фокусира на молекулите на ДНК, РНК и протеините, разбирајќи како овие молекули комуницираат за да ги поддржат процесите на животот.
Централната догма на молекуларната биологија го опишува протокот на генетски информации во биолошкиот систем. Се артикулира како ДНК ➞ РНК ➞ Протеин. Овој проток на информации опишува како генетскиот код што се наоѓа во ДНК се транскрибира во гласник РНК (mRNA) и потоа се преведува во специфичен протеин.
ДНК (деоксирибонуклеинска киселина): ДНК е молекула која содржи генетски упатства за развој, функционирање, раст и репродукција на сите познати живи организми и многу вируси.
РНК (рибонуклеинска киселина): РНК е полимерна молекула од суштинско значење за различни биолошки улоги, вклучувајќи кодирање, декодирање, регулација и изразување на гените.
Протеини: Протеините се големи биомолекули кои вршат широк спектар на функции во организмите, вклучувајќи катализирање на метаболичките реакции, репликација на ДНК, реагирање на стимули и транспорт на молекули од една локација на друга.
Структурата на ДНК е двојна спирала формирана од базни парови прикачени на шеќерно-фосфатен столб. Во ДНК се наоѓаат четири бази: аденин (А), цитозин (C), гванин (G) и тимин (Т). Редоследот на овие бази ги кодира генетските информации.
За време на репликацијата на ДНК, молекулата на ДНК се дуплира за да пренесе комплетен сет на генетски информации до клетката ќерка. Овој процес е критичен за генетско наследување за време на клеточната делба.
Транскрипцијата е процес со кој информациите во влакно на ДНК се копираат во нова молекула на гласник РНК (mRNA). Откако mRNA е обработена, таа се транспортира надвор од јадрото во цитоплазмата за транслација.
Преведувањето е процес каде рибозомите во цитоплазмата или ендоплазматскиот ретикулум синтетизираат протеини по процесот на транскрипција на ДНК во РНК во јадрото на клетката. МРНК се декодира за да произведе специфичен синџир на аминокиселини, или полипептид, кој подоцна ќе се преклопи во активен протеин.
Генетскиот код е збир на правила што ги користат живите клетки за да ги преведат информациите кодирани во генетскиот материјал (секвенци на ДНК или mRNA) во протеини. Во суштина тоа е јазик кој дефинира како секвенците од три нуклеотиди, наречени кодони, одредуваат која аминокиселина ќе биде додадена следната за време на синтезата на протеините. Постојат 64 кодони кои ги кодираат 20-те стандардни амино киселини, додека други го сигнализираат почетокот или запирањето на синтезата на протеините.
На пример, секвенцата AUG делува како почетен кодон и исто така ја кодира аминокиселината метионин. Од друга страна, кодоните UAA, UAG и UGA служат како стоп сигнали за време на преведувањето.
Молекуларната биологија користи различни техники за да ги разбере генетските и протеинските функции.
Полимеразна верижна реакција (PCR): PCR е метод кој се користи за засилување на специфичен ДНК сегмент. Оваа техника овозможува создавање на милиони копии на сегмент од ДНК од мал почетен примерок, што помага во детално проучување и анализа.
Гел електрофореза: Техника за одвојување на фрагменти или протеини на ДНК врз основа на нивната големина и полнење. Молекулите се туркаат со електрично поле низ гел кој содржи мали пори.
Секвенционирање: ДНК секвенционирањето е процес на одредување на низата на нуклеинска киселина - редоследот на нуклеотидите во ДНК. Вклучува кој било метод или технологија што се користи за одредување на редоследот на четирите бази: аденин, гванин, цитозин и тимин.
CRISPR-Cas9: CRISPR-Cas9 е систем за уредување на геном кој им овозможува на истражувачите можност да ги менуваат секвенците на ДНК и да ја модифицираат функцијата на генот. Има примена во областа на медицината и земјоделството.
Наодите од молекуларната биологија имаат огромна примена во медицинската дијагноза, третман и во проучувањето на генетиката и развојната биологија.
Медицинска дијагноза и третман: Техниките како PCR и секвенционирањето овозможуваат идентификација на генетски нарушувања и присуство на инфективни агенси. Оваа информација може да доведе до насочени терапии и третмани за болести.
Генетско инженерство: Со манипулирање со ДНК, научниците можат да создадат организми со специфични квалитети, како што се растенија со зголемена хранлива содржина или отпорност на штетници и болести. Генетскиот инженеринг, исто така, доведе до производство на терапевтски протеини, вакцини и ензими.
Истражување на ракот: Техниките за молекуларна биологија ги откриваат молекуларните механизми со кои клетките на ракот неконтролирано растат. Идентификувањето на специфични гени и протеини вклучени во прогресијата на ракот овозможува развој на насочени терапии.
Молекуларната биологија е нагласена со значајни експерименти и откритија кои го унапредија нашето разбирање за животот на молекуларно ниво.
Експериментот Херши-Чејс: Овој експеримент даде убедлив доказ дека ДНК е генетскиот материјал. Со означување на бактериофагите (вируси кои ги инфицираат бактериите) со радиоактивни изотопи, Херши и Чејс успеаја да покажат дека ДНК, а не протеинот е одговорна за наследувањето на генетските информации.
Моделот на ДНК Вотсон-Крик: Џејмс Вотсон и Френсис Крик, со придонес од Розалинд Френклин, ја предложија структурата на двојната спирала на ДНК во 1953 година. Ова откритие беше клучно за разбирање на тоа како генетските информации се складираат, реплицираат и пренесуваат во живите организми.
Откривање на CRISPR-Cas9: Откривањето на системот CRISPR-Cas9 ја револуционизира молекуларната биологија. Првично изучуван како дел од бактерискиот имунолошки систем, CRISPR-Cas9 сега интензивно се користи за уредување на геном кај различни организми, овозможувајќи прецизна манипулација со генетските секвенци.
Молекуларната биологија опфаќа проучување на молекулите што ги сочинуваат живите организми, особено ДНК, РНК и протеините. Преку разбирање на процесите како што се репликација на ДНК, транскрипција и превод, молекуларната биологија фрла светлина врз сложените детали на животот. Техниките како PCR, гел електрофореза, секвенционирање и CRISPR-Cas9 играат клучна улога во истражувањето и апликациите кои се протегаат од медицински третмани до подобрувања во земјоделството. Пионерските експерименти и откритија продолжуваат да ги поместуваат границите на молекуларната биологија, нудејќи нови сознанија и покренувајќи етички, социјални и правни прашања за моќта да се манипулира со самата суштина на биолошките ентитети.
