Ang molecular biology ay isang sangay ng agham na nagsasaliksik sa istraktura at paggana ng mga molekula na bumubuo sa mga buhay na organismo. Pangunahing nakatuon ito sa mga molekula ng DNA, RNA, at mga protina, na nauunawaan kung paano nakikipag-ugnayan ang mga molekulang ito upang suportahan ang mga proseso ng buhay.
Ang sentral na dogma ng molecular biology ay naglalarawan sa daloy ng genetic na impormasyon sa isang biological system. Ito ay binibigkas bilang DNA ➞ RNA ➞ Protein. Ang daloy ng impormasyon na ito ay nagbabalangkas kung paano ang genetic code na hawak sa loob ng DNA ay na-transcribe sa messenger RNA (mRNA) at pagkatapos ay isinalin sa isang partikular na protina.
DNA (Deoxyribonucleic Acid): Ang DNA ay ang molekula na naglalaman ng mga genetic na tagubilin para sa pagbuo, paggana, paglaki, at pagpaparami ng lahat ng kilalang buhay na organismo at maraming mga virus.
RNA (Ribonucleic Acid): Ang RNA ay isang polymeric molecule na mahalaga sa iba't ibang biological na tungkulin, kabilang ang coding, decoding, regulasyon, at pagpapahayag ng mga gene.
Mga protina: Ang mga protina ay malalaking biomolecule na gumaganap ng malawak na hanay ng mga function sa loob ng mga organismo, kabilang ang pag-catalyze ng mga metabolic reaction, DNA replication, pagtugon sa stimuli, at pagdadala ng mga molecule mula sa isang lokasyon patungo sa isa pa.
Ang istruktura ng DNA ay isang double helix na nabuo ng mga base pairs na nakakabit sa isang sugar-phosphate backbone. Apat na base ang matatagpuan sa DNA: adenine (A), cytosine (C), guanine (G), at thymine (T). Ang pagkakasunud-sunod ng mga base na ito ay nag-encode ng genetic na impormasyon.
Sa panahon ng pagtitiklop ng DNA, ang molekula ng DNA ay nadoble upang maipasa ang isang kumpletong hanay ng genetic na impormasyon sa isang cell ng anak. Ang prosesong ito ay kritikal para sa genetic inheritance sa panahon ng cell division.
Ang transkripsyon ay ang proseso kung saan ang impormasyon sa isang strand ng DNA ay kinopya sa isang bagong molekula ng messenger RNA (mRNA). Kapag naproseso na ang mRNA, dinadala ito palabas ng nucleus papunta sa cytoplasm para sa pagsasalin.
Ang pagsasalin ay ang proseso kung saan ang mga ribosome sa cytoplasm o ang endoplasmic reticulum ay nag-synthesize ng mga protina pagkatapos ng proseso ng transkripsyon ng DNA sa RNA sa nucleus ng cell. Ang mRNA ay na-decode upang makabuo ng isang partikular na amino acid chain, o polypeptide, na sa kalaunan ay tiklop sa isang aktibong protina.
Ang genetic code ay isang hanay ng mga panuntunan na ginagamit ng mga buhay na selula upang isalin ang impormasyong naka-encode sa loob ng genetic material (DNA o mRNA sequence) sa mga protina. Ito ay mahalagang wika na tumutukoy kung paano tinutukoy ng mga pagkakasunud-sunod ng tatlong nucleotide, na tinatawag na mga codon, kung aling amino acid ang susunod na idaragdag sa panahon ng synthesis ng protina. Mayroong 64 na codon na nag-encode ng 20 karaniwang mga amino acid, habang ang iba ay nagpapahiwatig ng pagsisimula o paghinto ng synthesis ng protina.
Halimbawa, ang sequence AUG ay gumaganap bilang panimulang codon at mga code din para sa amino acid methionine. Sa kabilang banda, ang mga codon na UAA, UAG, at UGA ay nagsisilbing stop signal sa panahon ng pagsasalin.
Ang molecular biology ay gumagamit ng iba't ibang mga diskarte upang maunawaan ang mga function ng genetic at protina.
Polymerase Chain Reaction (PCR): Ang PCR ay isang paraan na ginagamit upang palakihin ang isang partikular na segment ng DNA. Ang pamamaraan na ito ay nagbibigay-daan para sa paglikha ng milyun-milyong kopya ng isang segment ng DNA mula sa isang maliit na paunang sample, na tumutulong sa detalyadong pag-aaral at pagsusuri.
Gel Electrophoresis: Isang pamamaraan para sa paghihiwalay ng mga fragment o protina ng DNA batay sa kanilang laki at singil. Ang mga molekula ay itinutulak ng isang electric field sa pamamagitan ng isang gel na naglalaman ng maliliit na pores.
Sequencing: Ang DNA sequencing ay ang proseso ng pagtukoy ng nucleic acid sequence - ang pagkakasunud-sunod ng mga nucleotide sa DNA. Kabilang dito ang anumang paraan o teknolohiya na ginagamit upang matukoy ang pagkakasunud-sunod ng apat na base: adenine, guanine, cytosine, at thymine.
CRISPR-Cas9: Ang CRISPR-Cas9 ay isang genome editing system na nagbibigay sa mga mananaliksik ng kakayahang baguhin ang mga sequence ng DNA at baguhin ang function ng gene. Mayroon itong mga aplikasyon sa larangan ng medisina at agrikultura.
Ang mga natuklasan sa molecular biology ay may malawak na aplikasyon sa medikal na diagnosis, paggamot, at sa pag-aaral ng genetics at developmental biology.
Medikal na Diagnosis at Paggamot: Ang mga diskarte tulad ng PCR at sequencing ay nagbibigay-daan para sa pagtukoy ng mga genetic disorder at pagkakaroon ng mga nakakahawang ahente. Ang impormasyong ito ay maaaring humantong sa mga naka-target na therapy at paggamot para sa mga sakit.
Genetic Engineering: Sa pamamagitan ng pagmamanipula ng DNA, maaaring lumikha ang mga siyentipiko ng mga organismo na may mga partikular na katangian, tulad ng mga halaman na may pinahusay na nutritional content o panlaban sa mga peste at sakit. Ang genetic engineering ay humantong din sa paggawa ng mga therapeutic protein, bakuna, at enzyme.
Pananaliksik sa Kanser: Ang mga diskarte sa molekular na biology ay naglalahad ng mga mekanismo ng molekular kung saan ang mga selula ng kanser ay lumalaki nang hindi makontrol. Ang pagkilala sa mga partikular na gene at protina na kasangkot sa pag-unlad ng kanser ay nagbibigay-daan para sa pagbuo ng mga naka-target na therapy.
Ang molecular biology ay na-highlight ng mga makabuluhang eksperimento at pagtuklas na nagpasulong sa ating pag-unawa sa buhay sa antas ng molekular.
Ang Hershey-Chase Experiment: Ang eksperimentong ito ay nagbigay ng tiyak na ebidensya na ang DNA ay ang genetic na materyal. Sa pamamagitan ng pag-label ng mga bacteriophage (mga virus na nakakahawa sa bakterya) ng mga radioactive isotopes, naipakita nina Hershey at Chase na ang DNA, hindi protina, ang responsable para sa pamana ng genetic na impormasyon.
Ang Watson-Crick Model of DNA: James Watson at Francis Crick, na may mga kontribusyon mula kay Rosalind Franklin, ay iminungkahi ang double helix na istraktura ng DNA noong 1953. Ang pagtuklas na ito ay napakahalaga para sa pag-unawa kung paano iniimbak, ginagaya, at ipinapadala ang genetic na impormasyon sa mga buhay na organismo.
Pagtuklas ng CRISPR-Cas9: Ang pagtuklas ng CRISPR-Cas9 system ay nagbago ng molecular biology. Sa una ay pinag-aralan bilang bahagi ng bacterial immune system, ang CRISPR-Cas9 ay malawakang ginagamit ngayon para sa pag-edit ng genome sa iba't ibang organismo, na nagpapagana ng tumpak na pagmamanipula ng mga genetic sequence.
Ang molecular biology ay sumasaklaw sa pag-aaral ng mga molekula na bumubuo sa mga buhay na organismo, partikular na ang DNA, RNA, at mga protina. Sa pamamagitan ng pag-unawa sa mga proseso tulad ng DNA replication, transcription, at pagsasalin, ang molecular biology ay nagbibigay liwanag sa masalimuot na mga detalye ng buhay. Ang mga diskarte tulad ng PCR, gel electrophoresis, sequencing, at CRISPR-Cas9 ay gumaganap ng mga mahahalagang tungkulin sa pananaliksik at mga aplikasyon na sumasaklaw mula sa mga medikal na paggamot hanggang sa mga pagpapahusay sa agrikultura. Ang mga pangunguna sa eksperimento at pagtuklas ay patuloy na nagtutulak sa mga hangganan ng molecular biology, na nag-aalok ng mga bagong insight at naglalabas ng etikal, panlipunan, at legal na mga tanong tungkol sa kapangyarihang manipulahin ang pinakabuod ng mga biyolohikal na entity.
