Отворите главни мени

Молекуларна биологија

Молекуларна биологија је наука која проучава биологију на молекуларном нивоу. Међутим ова наука није уско дефинисана, већ се преклапа са природним наукама као што су биологија и хемија, а нарочито се преклапа са генетиком и биохемијом. За предмет проучавања молекуларна биологија се највише интересује за интеракције и регулације између система унутар саме ћелије, укључујући односе између ДНК, РНК, протеина и њихове биосинтезе, као и регулације тих интеракција.[1] Пишући у часопису Nature 1961. године, Вилијам Астбури је описао молекуларну биологију као:

...не толико техника колико прилаз, приступ са становишта такозваних основних наука са водећом идејом потраге испод великих манифестација класичне биологије за одговарајућим молекуларним планом. Посебно се бави формама биолошких молекула и [...] претежно је тродимензиона и структурална – што не значи, међутим, да је то само усавршавање морфологије. У исто време мора истраживати о генезу и функцију.[2]

Однос према другим биолошким наукамаУреди

 
Шематски однос између биохемије, генетике и молекуларне биологије

Молекуларни биолози користе посебне технике, односно методе, али такође комбинују молекуларне технике са техникама које припадају генетици, биохемији и биофизици. Данас више не постоји јасно дефинисана граница између биохемије, молекуларне биологије и генетике, јер се једна наука у великој мери ослања на истраживања и проналаске друге. Ове три науке се могу дефинисати на следећи начин:[3]

  • Биохемија је студија хемијских супстанци и виталних процеса који се одвијају у живим организмима. Биохемичари стављају примарни фокус на улози, функцији и структури биомолекула. Изучавање хемије у основи биолошких процеса и синтеза биолошки активних молекула су примери биохемијских активности.[4]
  • Генетика је студија утицаја генетичких разлика на организме. Ове разлике се често могу уочити путем одстуства нормалне компоненте (нпр, једног гена), у студијама „мутаната” — организама са промењеним геном што доводи до тога да се организам разликује у оносу на такозвани „дивљи тип” или нормални фенотип. Генетичкие интеракције (епистазе) често могу да отежају једноставна тумачења таквих „нокаут” студија (уклањања или додавања гена).[5]
  • Молекуларна биологија је студија молекуларне основе процеса репликације, транскрипције и транслације генетичког материјала. Централна догма молекуларне биологије према којој се генетичким материјал транскрибује у РНК и затим транслира у протеин, упркос тога што је прекомерно поједностављен приказ молекуларне биологије, још увек пружа добру почетну тачку за разумевање поља. Ово гледиште, међутим, подлеже ревизијама у светлу открића нових улога улога РНК.[6][1]
  • Хемијска биологија настоји да развије нове алате на бази малих молекула који омогућавају минималне пертурбације биолошких система уз пружање детаљних информација о њиховој функцији. Осим тога, хемијска биологија примењује биолошке системе да креира вештачке хибриде између биомолекула и синтетичких конструкција (на пример пражњење вирустних капсида којим се може испоручити генска терапија или молекул лека).[7]

Великим делом, молекуларна биологија је квантитативна наука, и последњих година молекуларна биологија се преклапала са информатиком у биоинформатици и статистичкој биологији. Почетком 2000. године, проучавањем структуре и функције гена, интензивно је почела да се бави подгрупа молекуларне биологије молекуларна генетика, и била је међу најпроминентнијим потпољима молекуларне биологије. У све већој мери многе друге области биологије стављају фокус на молекуле, било директно студирајући саме интеракције као што су цитологија и биологија развића, или индиректно, при чему се биолошке техинике користе за стицање увида у историјске особености популација или врста, као што се то чини у пољима еволуционе биологије попут популационе генетике и филогенетика. Исто тако постоји дуга традиција изучавања биомолекула „из темеља” у биофизици.

Технике молекуларне биологијеУреди

Крајем 1950-их и почетком 1960-их молекуларни биолози су научили како да карактеришу, изолују и манипулишу молекуларним компонентама ћелија и организма. У ове компоненте спадају ДНК, РНК, блиски сродник ДНК-а чија се улога протеже од привремене копије ДНК-а до транслације и синтезе протеина, и протеини, структурно важне компоненте ћелија.

Молекулско клонирањеУреди

 
Трансдукцијска слика

Једна од најосновнијих техника молекуларне биологије у студирању протеинске функције је молекулско клонирање. У овј техници, ДНК кодирање за дати протеин се се клонира користећи реакцију ланчане полимеризације (PCR), и/или рестрикционе ензиме у плазмиду (вектору изражавања). Вектор има три особена својства: почетно место репликације, вишеструка места клонирања (MCS), и селективни маркер обично антибиотичке отпорности. Лоцрани испред места вишеструког клонирања су промотерски региони и места транскрипционог почетка која регулишу изражавање клонираног гена. Овај плазмид се може бити уметнут у било бактеријске или животињске ћелије. Увођење ДНК у бактеријске ћелије се може извести путем трансформације којом се уноси огољена ДНК, конјугације посредством међућелијског контакта или путем трансдукције користећи вирусни вектор. Увођење ДНК у еукариотске ћелије, као што су животињске ћелије, користећи физичка или хемијска средства се назива трансфекција. Неколико различитих трансфекционих техника је доступно, као што је калцијум фосфатна трансфекција, електропорација, микроинјекција и липозомна трансфекција. Плазмид може да буде интегрисан у геном, што доводи до стабилне трансфекције, или може да остане независтан од генома, што се назива пролазном трансфекцијом.[8][9]

Полимеризована ланчана реакцијаУреди

Главни чланак: Ланчана реакција полимеразе — PCR

Полимеризована ланчана реакција је веома свестрана техника за умножавање ДНК молекула. Укратко, полимеризована ланчана реакција омогућава да се једна одабрана секвенца ДНК молекула копира милијарду пута за мање од два сата. Ова техника такође омогућава и манипулисање ДНК узорком. На пример, PCR може да се користи како би се убацила места на којима делују рестриктивни ензими, или да мутира унапред одређене базе ДНК, што је метод који се назива мутагенезом усмереном на место. PCR се исто тако може користити за одређивање присуства датог ДНК фрагмента у кДНК колекцији. PCR има многе варијације, као што је реверзно транскирпциона PCR (RT-PCR) за појачавање РНК, и однедавно, квантитативна PCR која омогућава квантитативна мерења ДНК или РНК молекула.[10][11]

Полиморфизам дужине амплифицираних фрагменатаУреди

Главни чланак: Полиморфизам дужине амплифицираних фрагмената − AFLP

Полиморфизам дужине амплифицираних фрагмената је такође један од важних алата у молекуларној биологији. Предност овог метода је могућност детекције великог броја полиморфизама на одређеним дужинама фрагмената ДНК молекула. AFLP је постао један од битнијих алата у генотипизацији која за циљ има проучавање генетског биодиверзитета.

Анализирање ДНК резултатаУреди

Главни чланак: ДНК анализа

Након добијених резултата, потребно је тумачити добијене информације, и тиме се бави ова наука.

Гелска електрофорезаУреди

 
Раздвајање ДНК фрагмента кроз полиакриламид гел на основу величина фрагмената. ДНК молекули који се крећу ка аноди, на доњем делу гела, су тамно љубичасте боје

Главни чланак: Електрофореза

Гелска електрофореза је једна од основних техника молекуларне биологије. Основна идеја је та да ДНК, РНК и протеини могу да се раздвоје користећи карактеристике електричног поља под чијим утицајем се ови молекули крећу на гелу. У електрофорези се најчешће користи желатин направљен од агарозе, и у том желатину ДНК и РНК могу да се раздвоје на основу величине. За протеине се користи посебан тип желатина. Протеини се такође могу раздвојити на основу њихове наелектрисаности, притом користећи изоелектричан желатин.[12]

Макромолекулско блотирање и испитивањеУреди

Термини северно, западно и источно блотирање су изведени из оног што је иницијално била молекуларно биолошка шала на рачун термина садерн блотирање, по техници коју је описао Едвин Садерн за хибридизацију обележене ДНК. Патрисија Томас, која је развила РНК блот који је затим постао познат као норден блот, заправо није користила тај термин.[13]


ИсторијаУреди

Молекуларна биологија је основана као наука 1930, али само име науке је настало тек 1938. од стране Ворен Вивера. Вивер је био директор Природних Наука као подгрупа Рокфелер фондације. Вивер је веровао да је биологија у то време била на путу значајних промена и напредака, као што су рендгенска кристалографија.[14][15] Због овог његовог веровања пуно новца из Рокфелер фондације је утрошено на биологију и сродне јој науке.

Познати молекуларни биолозиУреди

РеференцеУреди

  1. 1,0 1,1 Alberts et al. 2014, стр. 1—10
  2. ^ Astbury, W.T. (1961). „Molecular Biology or Ultrastructural Biology?” (PDF). Nature (на језику: енглески). 190 (4781): 1124. Bibcode:1961Natur.190.1124A. PMID 13684868. doi:10.1038/1901124a0. Приступљено 4. 8. 2008. 
  3. ^ Lodish et al. 2000.
  4. ^ Berg, Jeremy M.; Tymoczko, John L.; Stryer, Lubert; Berg, Jeremy M.; Tymoczko, John L.; Stryer, Lubert (2002). Biochemistry (5th изд.). W H Freeman. ISBN 978-0-7167-3051-4. chapter 1
  5. ^ Reference, Genetics Home. „Help Me Understand Genetics”. Genetics Home Reference. Приступљено 31. 12. 2016. 
  6. ^ Ulveling 2011, стр. 633—644.
  7. ^ Rojas-Ruiz (2011), pp. 2672—2687.
  8. ^ Alberts, Bruce; Johnson, Alexander; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter. Isolating, Cloning, and Sequencing DNA (на језику: енглески). Приступљено 31. 12. 2016. 
  9. ^ Lessard, Juliane C. (1. 1. 2013). Molecular cloning. Methods in Enzymology. 529. стр. 85—98. ISBN 978-0-12-418687-3. ISSN 1557-7988. PMID 24011038. doi:10.1016/B978-0-12-418687-3.00007-0. 
  10. ^ „Polymerase Chain Reaction (PCR)”. www.ncbi.nlm.nih.gov. Приступљено 31. 12. 2016. 
  11. ^ „Polymerase Chain Reaction (PCR) Fact Sheet”. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Приступљено 31. 12. 2016. 
  12. ^ Lee, Pei Yun; Costumbrado, John; Hsu, Chih-Yuan; Kim, Yong Hoon (20. 4. 2012). „Agarose Gel Electrophoresis for the Separation of DNA Fragments”. Journal of Visualized Experiments (62). ISSN 1940-087X. PMC 4846332 . PMID 22546956. doi:10.3791/3923. 
  13. ^ Thomas, P.S. (1980). „Hybridization of denatured RNA and small DNA fragments transferred to nitrocellulose”. PNAS. 77 (9): 5201—5205. Bibcode:1980PNAS...77.5201T. ISSN 1091-6490. PMC 350025 . PMID 6159641. doi:10.1073/pnas.77.9.5201. 
  14. ^ Weaver, Warren (6. 11. 1970). „Molecular Biology: Origin of the Term”. Science (на језику: енглески). 170 (3958): 581—582. doi:10.1126/science.170.3958.581-a. Приступљено 31. 12. 2016. 
  15. ^ Bynum, William (1. 2. 1999). „A History of Molecular Biology”. Nature Medicine (на језику: енглески). 5 (2): 140. ISSN 1078-8956. doi:10.1038/5498. Приступљено 31. 12. 2016. [Претплата неопходна (помоћ)]. 

ЛитератураУреди

Спољашње везеУреди