Sinh học phân tử

Sinh Học Phân Tử là gì?

Sinh học phân tử liên quan đến cơ sở phân tử của hoạt động sinh học giữa các phân tử sinh học trong các hệ thống khác nhau của tế bào, bao gồm các tương tác giữa DNA, RNA, và các protein và quá trình sinh tổng hợp của chúng, cũng như việc điều chỉnh các tương tác này. Viết về Thiên nhiên vào năm 1961, William Astbury mô tả sinh học phân tử như sau:

"... không phải là một kỹ thuật như một cách tiếp cận, một cách tiếp cận từ quan điểm của cái gọi là khoa học cơ bản với ý tưởng hàng đầu về tìm kiếm dưới các biểu hiện quy mô lớn của sinh học cổ điển cho kế hoạch phân tử tương ứng. với các dạng của các phân tử sinh học và chủ yếu là ba chiều và cấu trúc - điều đó không có nghĩa là nó chỉ là sự sàng lọc về hình thái học và phải cùng lúc tìm hiểu về nguồn gốc và chức năng."

Mối quan hệ với các khoa học sinh học khác

Các nhà nghiên cứu về sinh học phân tử sử dụng các kỹ thuật cụ thể có nguồn gốc sinh học phân tử nhưng ngày càng kết hợp chúng với các kỹ thuật và ý tưởng từ di truyền học và hóa sinh. Không có một đường phân định giữa các nguyên tắc này. Hình bên dưới là sơ đồ mô tả một quan điểm có thể có của các mối quan hệ giữa các lĩnh vực:

Quan hệ giản lược giữa sinh hóa học, di truyền học và sinh học phân tử

• Hoá sinh

Là nghiên cứu các chất hoá học và các quá trình quan trọng xảy ra trong sinh vật sống. Các nhà sinh học tập trung chủ yếu vào vai trò, chức năng và cấu trúc của các phân tử sinh học. Nghiên cứu về hóa học đằng sau quá trình sinh học và tổng hợp các phân tử hoạt tính sinh học là những ví dụ về sinh hóa.

• Di truyền học

Là nghiên cứu về ảnh hưởng của sự khác biệt di truyền đến sinh vật. Điều này thường có thể được suy ra bởi sự vắng mặt của một thành phần bình thường (ví dụ như một gen). Nghiên cứu về "đột biến" - các sinh vật thiếu một hoặc nhiều thành phần chức năng liên quan đến cái gọi là "kiểu hoang dã" hoặc kiểu hình bình thường. Tương tác di truyền (cây ký chủ) thường có thể làm nhầm lẫn sự giải thích đơn giản của các nghiên cứu "loại trực tiếp" như vậy.

• Sinh học phân tử

Là nghiên cứu cơ sở phân tử của quá trình sao chép, phiên mã, dịch mã và chức năng của tế bào. Niềm tin trung tâm của sinh học phân tử, nơi vật liệu di truyền được chuyển mã thành RNA và sau đó chuyển thành protein, mặc dù được đơn giản hoá, vẫn là điểm khởi đầu tốt cho việc hiểu lĩnh vực này.

• Phần lớn sinh học phân tử là định lượng, và gần đây đã có nhiều công việc được thực hiện với giao diện của nó với khoa học máy tính trong tin sinh học và sinh học tính toán. Vào đầu những năm 2000, nghiên cứu về cấu trúc và chức năng gen, di truyền học phân tử, là một trong những lĩnh vực quan trọng nhất của sinh học phân tử. Ngày càng có nhiều lĩnh vực khác của sinh học tập trung vào các phân tử, hoặc trực tiếp nghiên cứu các tương tác theo chính mình như trong sinh học tế bào và sinh học phát triển, hoặc gián tiếp, khi các kỹ thuật phân tử được sử dụng để suy ra các thuộc tính lịch sử của quần thể hoặc các loài, như trong các lĩnh vực sinh học tiến hóa chẳng hạn như di truyền nhân chủng và phát sinh loài. Ngoài ra còn có một truyền thống lâu đời của nghiên cứu sinh học phân tử "từ dưới mặt đất" trong sinh lý học.

Các kỹ thuật trong sinh hoc phân tử

Nhân bản phân tử (molecular cloning)

Một trong những kỹ thuật cơ bản nhất của sinh học phân tử để nghiên cứu hàm lượng protein là nhân bản phân tử. Trong kỹ thuật này, DNA mã hoá cho protein quan tâm được nhân bản bằng cách sử dụng phản ứng nhân gene (PCR), và / hoặc các enzyme hạn chế vào một plasmid (vector biểu hiện). Một vector có 3 đặc trưng: gốc sao chép, vị trí đa nhân dòng (multiple cloning site - MCS) và một marker chọn lọc thường là kháng thuốc kháng sinh. Vị trí đầu tiên thuộc vị trí đa nhân dòng là các vùng promoter và vùng bắt đầu phiên mã điều chỉnh sự biểu hiện của gen nhân bản. Plasmid này có thể được đưa vào trong tế bào vi khuẩn hoặc động vật. Việc đưa DNA vào các tế bào vi khuẩn có thể được thực hiện bằng cách chuyển đổi thông qua việc hấp thụ DNA trần, liên hợp qua tế bào-tế bào hoặc bằng cách truyền qua vector virus. Việc đưa DNA vào các tế bào eukaryote, như tế bào động vật, bằng các phương tiện vật lý hoặc hóa học được gọi là chuyền nhiễm. Có một số kỹ thuật chuyền nhiễm khác nhau, ví dụ canxi phosphate, xung điện, chuyển gen trực tiếp vào protoplast và chuyền nhiễm liposome. Plasmid có thể được tích hợp vào bộ gen, kết quả là sẽ có một sự chuyển đổi ổn định, hoặc có thể vẫn độc lập với bộ gen, gọi là transfection nhất thời.

DNA mã hoá cho một protein quan tâm hiện đang ở trong tế bào, và protein bây giờ có thể được biểu hiện. Một loạt các hệ thống, như các promoter cảm ứng và các yếu tố tin hiệu hiệu tế bào cụ thể( specific cell-signaling factor), sẵn có để giúp biểu hiện protein mục tiêu ở mức cao. Số lượng lớn protein sau đó có thể được chiết xuất từ tế bào vi khuẩn hoặc  tế bào eukaryote. Protein này có thể được kiểm tra hoạt tính enzym trong nhiều tình huống khác nhau, protein có thể được kết tinh để có thể nghiên cứu cấu trúc bậc ba của nó, hoặc trong ngành dược phẩm, có thể nghiên cứu hoạt động của các loại thuốc mới chống lại protein