Przed rozważeniem metod biologii molekularnej konieczne jest zrozumienie i uświadomienie sobie, przynajmniej w najogólniejszym znaczeniu, czym jest sama biologia molekularna i czym się zajmuje. A do tego będziesz musiał kopać jeszcze głębiej i zmierzyć się z eufonicznym pojęciem „informacji genetycznej”. A także pamiętaj, czym jest komórka, jądro, białka i kwas dezoksyrybonukleinowy.
Co jest czym, czyli podstawowa wiedza
Wszyscy, którzy uczęszczali na podstawowy kurs biologii w szkole, powinni wiedzieć, że ciało każdego człowieka i zwierzęcia składa się z narządów, mięśni i kości. A te powstają z różnych tkanek, które z kolei powstają z komórek.
Muszla, cytoplazma, różne białka i jądro są głównymi składnikami najzwyklejszej komórki. Ale informacja o budowie i funkcjonowaniu białek znajduje się w jądrze, a dokładniej w dezoksyrybonukleiniekwas. To w znanej na całym świecie nici DNA przechowywane i przechowywane są dane o tym, jak białka powinny działać. Cały dalszy rozwój organizmu zależy od prawidłowej budowy kwasu dezoksyrybonukleinowego. Z punktu widzenia biologów nic nie jest ważniejsze. Można powiedzieć, że całe życie człowieka zależy od miliarda najmniejszych wypadków, które mogą zmienić jego genom.
Biologia molekularna jest dokładnie taka sama i bada procesy zachodzące w komórkach: jak dane są przekazywane z kwasu dezoksyrybonukleinowego do białek, jak się tam początkowo dostają, jakie są główne funkcje białek, jak powstają.
Od lat dwudziestych XX wieku biologia molekularna aktywnie się rozwija. Czołowi światowi naukowcy poświęcili swoje życie na badanie kwasu dezoksyrybonukleinowego i działanie białek. Dokonano wielu zadziwiających odkryć. Na przykład naukowiec Francis Crick w przededniu lat sześćdziesiątych sformułował Centralny dogmat biologii molekularnej. Istotą tego prawa jest to, że dane genetyczne przemieszczają się z kwasu dezoksyrybonukleinowego do kwasu rybonukleinowego, a stamtąd do białka. Ale proces nie może iść w przeciwnym kierunku.
Dopiero bliżej początku XXI wieku rozpoczęło się tworzenie głównych metod biologii molekularnej. Dzięki temu w nauce nastąpił prawdziwy przełom: naukowcy dowiedzieli się, jak iz czego powstaje kwas dezoksyrybonukleinowy. Biologia i chemia już nigdy nie były takie same.
Metody biologii molekularnej
Istnieją podstawowesposoby zmiany kwasów dezoksyrybonukleinowych i rybonukleinowych, a także manipulacje białkami. Cały sens zasad i metod biochemii i biologii molekularnej polega na tym, aby dowiedzieć się czegoś nowego o DNA i białkach.
Pierwsza metoda. Wytnij
Po raz pierwszy naukowcy w pełni zdali sobie sprawę, że mogą zmienić strukturę kwasu dezoksyrybonukleinowego w odległych latach pięćdziesiątych XX wieku, kiedy odkryli bardzo szczególny enzym. Laureaci Nagrody Nobla Smith, Nathans i Arber, którzy wyizolowali i zastosowali to białko w 1978 roku, nazwali je enzymem restrykcyjnym. Taką dość surową nazwę wybrano, ponieważ enzym ten miał niesamowitą zdolność: mógł dosłownie przeciąć kwas dezoksyrybonukleinowy.
Druga metoda. Połącz
Często metody biologii molekularnej nie są stosowane samodzielnie, ale w parach. Przykładem mogą być dwie pierwsze metody z tej listy. Celem naukowców zajmujących się biologią jest nie tyle wyizolowanie cząsteczki kwasu dezoksyrybonukleinowego, ile stworzenie nowej cząsteczki. Ta misja jest niezbędna bez innego enzymu: ligazy DNA. Jest w stanie łączyć ze sobą łańcuchy kwasu dezoksyrybonukleinowego. Co więcej, łańcuchy mogą należeć do komórek zupełnie różnych typów, a to na nic nie wpłynie.
Trzecia metoda. Podziel
Często zdarza się, że cząsteczki kwasu dezoksyrybonukleinowego mają różne długości. Aby to nie przeszkadzało w pracy naukowców, są podzieleniwykorzystując zjawisko elektroforezy. Cząsteczka kwasu dezoksyrybonukleinowego jest zanurzona w określonej substancji, a sama jest zanurzona w polu elektrycznym, pod wpływem którego następuje separacja.
Czwarta metoda. Rozpoznaj istotę
Metody biochemii i biologii molekularnej są różne. Często ich celem nie jest zmiana genów, ale ich badanie. W celu ujawnienia istoty DNA stosuje się hybrydyzację kwasów nukleinowych. Sam eksperyment wygląda tak: najpierw podgrzewa się kwas dezoksyrybonukleinowy. Z tego powodu łańcuchy są odłączone. Proces należy powtórzyć dwukrotnie z dwoma różnymi kwasami dezoksyrybonukleinowymi. Następnie łączy się je ze sobą, a na koniec mieszaninę chłodzi. W zależności od tego, jak szybko lub wolno zachodzi hybrydyzacja, naukowcy ustalają, w jaki sposób tworzy się sam łańcuch kwasu dezoksyrybonukleinowego.
Piąta metoda. Klon
Metody badawcze biologii molekularnej są zawsze ze sobą powiązane, ale szczególnie w tym przypadku, ponieważ w rzeczywistości klonowanie jest połączeniem wszystkich dotychczasowych metod pracy z genami. Najpierw musisz podzielić kwas dezoksyrybonukleinowy na części. Następnie bakterie hoduje się w probówce, a powstałe w nich łańcuchy mnożą się w nich.
Szósta metoda. Zdefiniuj
W latach pięćdziesiątych dwudziestego wieku, biolog ze Szwecji, Per Victor Edman, wymyślił metodę. Z jego pomocą można było łatwo i bez większego wysiłku rozpoznać sekwencję aminokwasów w białku.
Siódmymetoda. Modyfikuj
Zasady i metody biologii molekularnej opierają się głównie na pracy z komórkami. Faktem jest, że za pomocą tak zwanego pistoletu genowego naukowiec może wstrzykiwać kwas dezoksyrybonukleinowy do komórek roślin, zwierząt i ludzi. W ten sposób komórki zmieniają się, zyskują nowe cechy i funkcje. W wyniku tego eksperymentu jądro i inne organelle są drastycznie modyfikowane.
Ósma metoda. Eksploruj
Geny, które nazywane są genami reporterowymi, można łączyć z innymi genami i za pomocą tej dość prostej czynności badać, co dzieje się wewnątrz komórek. Ta metoda jest również stosowana w celu sprawdzenia, jak wyraźnie manifestują się geny w komórce. Gen LacZ zwykle pełni rolę reportera.
Dziewiąta metoda. Odkryj
Aby wyizolować między innymi konkretny gen, naukowcy wprowadzają do komórki peroksydazę chrzanową. Tam łączy się z cząsteczką i przekazuje wystarczająco silny sygnał, który pozwala naukowcowi określić ilościowe i jakościowe cechy komórki.
Wniosek
W naszych czasach nauka niezwykle aktywnie posuwa się do przodu. Zwłaszcza w dziedzinie biologii. Odkrywane są nowe funkcje i typy komórek, zupełnie nowe metody biologii molekularnej. Możliwe, że od tych odkryć zależeć będzie przyszłość. A te odkrycia z kolei zależą od nowoczesnych metod biologii molekularnej.
