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)
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
PCR (Polymerase Chain Reaction)
PCR là một kỹ thuật cực kỳ linh hoạt để sao chép DNA. Tóm lại, PCR cho phép một chuỗi DNA cụ thể được sao chép hoặc sửa đổi theo những cách xác định trước. Phản ứng cực kỳ mạnh mẽ và trong điều kiện hoàn hảo có thể khuếch đại một phân tử ADN trở thành 1,07 tỷ phân tử trong vòng chưa đầy hai giờ. Kỹ thuật PCR có thể đưa các enzyme giới hạn tới các đầu của các phân tử DNA, hoặc để biến đổi các bazơ đặc biệt của DNA, sau đó là một phương pháp gọi là sự biến dị điểm( site-directed mutagenesis). PCR cũng có thể được sử dụng để xác định liệu một đoạn DNA cụ thể có trong một thư viện cDNA. PCR có nhiều biến thể, như PCR phiên mã ngược (RT-PCR) để khuếch đại RNA, và, gần đây nhất, PCR định lượng cho phép đo đạc định lượng các phân tử DNA hoặc RNA.