Moleküler Biyoloji, yaşamın temel birimlerini, molekülleri içeren biyolojik olayların kimyasal yapılarını ve süreçlerini inceleyen bilim alanı. Moleküler biyoloji alanı özellikle nükleik asitlere (örneğin DNA ve RNA) ve yaşam süreçleri için gerekli olan makromoleküllere ve bu moleküllerin hücreler içinde nasıl etkileşime girdiğine ve davrandığına odaklanır. Moleküler biyoloji, biyokimya, genetik ve biyofizikle ilgili alanlardan gelişerek 1930'larda ortaya çıktı; bugün bu alanlarla yakından ilişkili.
DNA
DNA, deoksiribonükleik asidin kısaltması, tüm prokaryotik ve ökaryotik hücrelerde ve birçok virüste bulunan kompleks moleküler yapının organik kimyasalları. DNA kalıtsal özelliklerin iletimi için genetik bilgiyi kodlar. Kimyasal DNA ilk olarak 1869 yılında keşfedildi, ancak genetik kalıtımdaki rolü 1943 yılına kadar gösterilemedi. 1953 yılında James Watson ve Francis Crick, biyofizikçiler Rosalind Franklin ve Maurice Wilkins'in yardımıyla, DNA'nın yapısının, birbirlerine sarılmış iki DNA şeridinden oluşan çift sarmal bir polimer olduğunu belirlediler.
DNA Yapısı
Bir DNA molekülünün her bir iplikçiği uzun bir monomer nükleotit zincirinden oluşur. DNA'nın nükleotidleri, bir fosfat grubuna ve dört azotlu bazdan birine bağlı bir deoksiriboz şeker molekülünden oluşur: iki pürin (adenin ve guanin) ve iki pirimidin (sitozin ve timin). Nükleotitler, bir nükleotidin fosfatı ile bir sonrakinin şekeri arasındaki kovalent bağlarla birleştirilir ve azotlu bazların çıktığı bir fosfat-şeker omurgası oluşturur. Bir iplikçik, bazlar arasındaki hidrojen bağları tarafından diğerine tutulur; bu bağın dizilişi spesifiktir-yani, adenin bağları sadece timin ile, ve sitozin sadece guanin ile.
RNA
RNA, ribonükleik asidin kısaltması, hücresel protein sentezinde işlev gören ve bazı virüslerde genetik kodların bir taşıyıcısı olarak DNA'nın (deoksiribonükleik asit) yerini alan yüksek molekül ağırlıklı karmaşık bileşik. RNA, farklı uzunluklarda lifler oluşturan, fosfodiester bağları ile bağlanmış riboz nükleotidlerinden (bir riboz şekerine eklenen azotlu bazlar) oluşur. RNA'daki azotlu bazlar, DNA'daki timinin yerini alan adenin, guanin, sitozin ve urasildir.
RNA Yapısı
RNA tipik olarak tek sarmallı bir biyopolimerdir. Bununla birlikte, RNA zincirinde kendi kendini tamamlayan dizilerin varlığı, zincir içi baz çiftleşmesine ve ribonükleotid zincirinin, çıkıntılardan ve helislerden oluşan karmaşık yapısal formlara katlanmasına yol açar. RNA'nın üç boyutlu yapısı, stabilitesi ve işlevi için kritik öneme sahiptir ve riboz şekeri ve azotlu bazların, kimyasal grupları (örneğin, metil grupları) zincire bağlayan hücresel enzimler tarafından çok sayıda farklı şekilde değiştirilmesine izin verir. Bu tür modifikasyonlar, RNA zincirindeki uzak bölgeler arasında kimyasal bağların oluşumunu sağlar ve RNA zincirinde karmaşık kıvrımlara yol açar ve bu da RNA yapısını daha da stabilize eder. Zayıf yapısal modifikasyonlara ve stabilizasyona sahip moleküller kolayca yok edilebilir.
Moleküler biyoloji için çeşitli teknikler geliştirilmiştir, ancak alandaki araştırmacılar da genetik ve diğer yakın ilişkili alanlara özgü yöntemler ve teknikler kullanabilirler. Özellikle, moleküler biyoloji, biyolojik makromoleküllerin üç boyutlu yapısını, X-ışını kırınımı ve elektron mikroskobu gibi tekniklerle anlamaya çalışır. Disiplin özellikle genetik süreçlerin moleküler temelini anlamaya çalışır; moleküler biyologlar, spesifik kromozomlar üzerindeki genlerin yerini haritalar, bu genleri bir organizmanın belirli karakterleriyle ilişkilendirir ve belirli genleri izole etmek, sıralamak ve değiştirmek için genetik mühendisliği (rekombinant DNA teknolojisi) kullanır.
Bu yaklaşımlar ayrıca polimeraz zincir reaksiyonu (Polimeraz zincirleme tepkimesi, DNA içerisinde yer alan, dizisi bilinen iki segment arasındaki özgün bir bölgeyi enzimatik olarak çoğaltmak için uygulanan tepkimelere verilen ortak bir isimdir. Metot basitçe tüp içerisinde nükleik asitlerin uygun koşullarda çoğaltılması esasına dayanır), western blotlama (Western blot immünogenetik, moleküler biyoloji ve diğer moleküler biyoloji dallarında bir doku homojenatı veya ekstraktı numunesi içerisinde spesifik proteinlerin tanımlanmasında yaygın olarak kullanılan bir analitik teknik. Hedef proteinle etkileşmesi amacı ile sentetik veya hayvan kökenli antikorlar oluşturulur.) ve mikrodizi analizi (Karşılaştırmalı Genomik Hibridizasyon (CGH), DNA miktarındaki değişiklikleri saptayan moleküler sitogenetik bir yöntemdir. Bu teknik ile tüm genomda kromozom veya kromozom bölgelerindeki artma veya azalmalar saptanabilir ve hücrenin bütün kromozomları incelenebilir.) gibi teknikleri de içerebilir.
1940'ların ilk döneminde moleküler biyoloji alanı proteinlerin temel üç boyutlu yapısını açıklamakla ilgiliydi. 1950'lerin başında proteinlerin yapısı hakkında artan bilgi, tüm canlılarda bulunan deoksiribonükleik asit (DNA) yapısının 1953'te tanımlanmasını sağlamıştır. Daha ileri araştırmalar, bilim insanlarının sadece DNA ve ribonükleik asit (RNA) hakkında değil, aynı zamanda bu maddelerdeki hücrelere ve virüslere protein yapma talimatı veren kimyasal diziler hakkında giderek daha ayrıntılı bilgi edinmelerini sağladı.
Moleküler biyoloji, 1970'lere kadar, bazı bakterilerin kromozomlarındaki DNA segmentlerini kesip yeniden birleştirebilen bazı enzim türlerinin keşfedildiği saf bir bilim olarak kaldı.
Önceki Yazı
Sonraki Yazı