Pred uvažovaním o metódach molekulárnej biológie je potrebné pochopiť a uvedomiť si aspoň v tom najvšeobecnejšom zmysle, čo je a čo študuje samotná molekulárna biológia. A kvôli tomu budete musieť siahnuť ešte hlbšie a vysporiadať sa s eufónnym pojmom „genetické informácie“. A tiež si pamätajte, čo sú bunka, jadro, bielkoviny a kyselina deoxyribonukleová.
Čo je čo alebo základné znalosti
Všetci ľudia, ktorí v škole absolvovali základný kurz biológie, by mali vedieť, že telo každého človeka a zvieraťa pozostáva z orgánov, svalov a kostí. A tie sa tvoria z rôznych tkanív, ktoré sa zase tvoria z buniek.
Plášť, cytoplazma, rôzne proteíny a jadro sú hlavnými zložkami najbežnejších buniek. Ale informácie o tom, ako sa tvoria a fungujú proteíny, sa nachádzajú v jadre, presnejšie v deoxyribonukleovejkyselina. Vo svetoznámom reťazci DNA sú uložené a uložené údaje o tom, ako by proteíny mali fungovať. Od správnej konštrukcie deoxyribonukleovej kyseliny závisí celý ďalší vývoj organizmu. Z pohľadu biológov nie je nič dôležitejšie. Dá sa povedať, že celý život človeka závisí od miliardy najmenších nehôd, ktoré by mohli zmeniť jeho genóm.
Molekulárna biológia je rovnaká a študuje procesy, ktoré sa vyskytujú v bunkách: ako sa údaje prenášajú z kyseliny deoxyribonukleovej do proteínov, ako sa tam pôvodne dostanú, aké sú hlavné funkcie proteínov, ako sa tvoria.
Od dvadsiatych rokov dvadsiateho storočia sa molekulárna biológia aktívne rozvíja. Poprední svetoví vedci zasvätili svoj život štúdiu deoxyribonukleovej kyseliny a fungovaniu bielkovín. Bolo urobených veľa ohromujúcich objavov. Napríklad vedec Francis Crick v predvečer šesťdesiatych rokov sformuloval Centrálnu dogmu molekulárnej biológie. Podstatou tohto zákona je, že genetické údaje sa presúvajú z kyseliny deoxyribonukleovej na kyselinu ribonukleovú a odtiaľ k bielkovine. Ale proces nemôže ísť opačným smerom.
Bolo to bližšie k začiatku dvadsiateho prvého storočia, kedy sa začalo formovanie hlavných metód molekulárnej biológie. Vďaka tomu nastal vo vede skutočný prielom: vedci zistili, ako a z čoho vzniká deoxyribonukleová kyselina. Biológia a chémia už nikdy neboli ako predtým.
Metódy molekulárnej biológie
Existujú základnéspôsoby zmeny deoxyribonukleových a ribonukleových kyselín, ako aj manipulácie s proteínmi. Celý zmysel princípov a metód biochémie a molekulárnej biológie je zistiť niečo nové o DNA a proteínoch.
Prvá metóda. Vystrihnúť
Vedci si prvýkrát plne uvedomili, že môžu zmeniť štruktúru kyseliny deoxyribonukleovej už vo vzdialených päťdesiatych rokoch dvadsiateho storočia, keď objavili veľmi špeciálny enzým. Laureáti Nobelovej ceny Smith, Nathans a Arber, ktorí tento proteín izolovali a použili v roku 1978, ho nazvali reštrikčný enzým. Takýto dosť drsný názov bol zvolený, pretože tento enzým mal neuveriteľnú schopnosť: dokázal doslova prerezať deoxyribonukleovú kyselinu.
Druhá metóda. Pripojiť
Pomerne často sa metódy molekulárnej biológie nepoužívajú samostatne, ale vo vzájomných pároch. Prvé dve metódy z tohto zoznamu tu môžu slúžiť ako príklad. Cieľom biologických vedcov nie je ani tak izolovať molekulu deoxyribonukleovej kyseliny, ako skôr vytvoriť novú molekulu. Táto misia je nevyhnutná bez ďalšieho enzýmu: DNA ligázy. Je schopný navzájom spájať reťazce deoxyribonukleovej kyseliny. Okrem toho môžu reťazce patriť k bunkám úplne odlišných typov a nič to neovplyvní.
Tretí spôsob. Rozdeliť
Často sa stáva, že molekuly deoxyribonukleovej kyseliny majú rôzne dĺžky. Aby to nezasahovalo do práce vedcov, sú rozdelenípomocou fenoménu elektroforézy. Molekula deoxyribonukleovej kyseliny je ponorená do určitej látky a sama je ponorená do elektrického poľa, pod vplyvom ktorého dochádza k separácii.
Štvrtá metóda. Spoznajte podstatu
Metódy biochémie a molekulárnej biológie sú odlišné. Ich cieľom často nie je meniť gény, ale študovať ich. Na odhalenie podstaty DNA sa využíva hybridizácia nukleových kyselín. Samotný experiment prebieha takto: najprv sa zahreje deoxyribonukleová kyselina. Z tohto dôvodu sú reťaze odpojené. Proces sa musí opakovať dvakrát s dvoma rôznymi deoxyribonukleovými kyselinami. Potom sa navzájom spoja a nakoniec sa zmes ochladí. V závislosti od toho, ako rýchlo alebo pomaly prebieha hybridizácia, vedci zisťujú, ako je formulovaný samotný reťazec deoxyribonukleovej kyseliny.
Piaty spôsob. Clone
Metódy výskumu molekulárnej biológie vždy spolu súvisia, no najmä v tomto prípade, pretože v skutočnosti je klonovanie kombináciou všetkých doterajších metód práce s génmi. Najprv musíte rozdeliť deoxyribonukleovú kyselinu na časti. Potom sa baktérie pestujú v skúmavke a výsledné reťazce sa v nich množia.
Šiesty spôsob. Definovať
V päťdesiatych rokoch dvadsiateho storočia biológ zo Švédska, Per Victor Edman, prišiel s metódou. S jeho pomocou bolo možné ľahko rozpoznať poradie aminokyselín v proteíne bez veľkého úsilia.
Siedmymetóda. Upraviť
Princípy a metódy molekulárnej biológie sú založené najmä na práci s bunkami. Faktom je, že pomocou takzvanej génovej pištole môže vedec vstreknúť kyselinu deoxyribonukleovú do buniek rastlín, zvierat a ľudí. Bunky sa tak menia, získavajú nové kvality a funkcie. Jadro a ostatné organely sú týmto experimentom drasticky modifikované.
Ôsmy spôsob. Preskúmať
Gény, ktoré sa nazývajú reportérové gény, môžu byť pripojené k iným génom a pomocou tejto pomerne jednoduchej akcie študovať, čo sa deje vo vnútri buniek. Táto metóda sa používa aj na to, aby sa zistilo, ako jasne sa gény prejavujú v bunke. Gén LacZ zvyčajne hrá úlohu reportéra.
Deviaty spôsob. Objavte
Vedci zavedú do bunky chrenovú peroxidázu, aby medzi inými izolovali konkrétny gén. Tam sa spojí s molekulou a vyšle dostatočne silný signál, ktorý umožní vedcovi určiť kvantitatívne a kvalitatívne charakteristiky bunky.
Záver
V našej dobe sa veda mimoriadne aktívne posúva vpred. Najmä v oblasti biológie. Objavujú sa nové funkcie a typy buniek, úplne nové metódy molekulárnej biológie. Je možné, že budúcnosť bude závisieť od týchto objavov. A tieto objavy zase závisia od moderných metód molekulárnej biológie.
