Molekyylibiologia on biologian osa-alue, joka tutkii biologisen toiminnan molekyylipohjaa.
Elävät olennot koostuvat kemikaaleista siinä missä elottomatkin, joten molekyylibiologi tutkii sitä, miten molekyylit vuorovaikuttavat keskenään elävissä organismeissa suorittaakseen elämän toiminnot.
Molekyylibiologit tekevät kokeita tutkiakseen biologisten molekyylien rakennetta, toimintaa, prosessointia, säätelyä ja evoluutiota sekä niiden vuorovaikutusta
toistensa kanssa – näin he saavat mikrotason tietoa siitä, miten elämä toimii.
Vaikka jokaisessa elävässä olennossa on monenlaisia molekyylejä, suurin osa molekyylibiologeista keskittyy geeneihin ja proteiineihin. Proteiinit suorittavat valtavasti erilaisia toimintoja elävissä soluissa, ja geenit sisältävät tietoa, jota tarvitaan useampien proteiinien valmistamiseen.
Geenien monimutkainen suhde & Proteiinit
Geenit ovat jättimäisiin nukleiinihappomolekyyleihin tallennettuja informaation pätkiä, ja proteiinit ovat molekyylejä omana itsenään, mikä tekee molemmista aineista (ja niiden välisestä suhteesta) poikkeuksellisen tärkeän tutkimuskohteen.
Molekyylibiologit työskentelevät tunnistaakseen ja ymmärtääkseen biologisten reittien osia. Proteiinit voivat:
- Reguloida ja vaikuttaa toisiinsa
- Vastaa geeneistä tuleviin signaaleihin
- Vastaa solun ulkopuolelta tuleviin signaaleihin
Tämän vuorovaikutuksen pitkää ketjua monet molekyylibiologit pyrkivät dokumentoimaan täysin. Toimintatien jokainen vaihe on jotain, jota sairaus voi häiritä tai johon lääke voi kohdistua. Kunkin tällaisen molekyylin roolin ymmärtäminen on tärkeää, jotta voidaan ymmärtää monimutkaisempia näkökohtia siitä, miten eliöt elävät ja toimivat.
Molekyylibiologit voivat myös pyrkiä ymmärtämään, miten molekyylin rakenne, mukaan lukien sellaiset yksityiskohdat kuin proteiinin aktiivisten paikkojen sijainti ja muoto, vaikuttavat molekyylin toimintaan. Näiden tietojen kerääminen ei ainoastaan tarjoa perustietoa siitä, miten biologia toimii, vaan auttaa myös muiden tutkijoiden pyrkimyksiä manipuloida biologiaa. Näitä tiedemiehiä ovat esimerkiksi lääkesuunnittelijat ja geenitekniikan insinöörit.
Molekyylibiologian ja biokemian erot & Genetiikka
Molekyylibiologialla on paljon yhteistä kahden toisiinsa liittyvän tieteenalan kanssa: biokemian ja genetiikan. Nämä kolme tiedettä käsittelevät kaikki yksityiskohtia siitä, miten eliöt toimivat molekyylitasolla. Kumpikin keskittyy kuitenkin eri alueeseen, ja niillä on erilaisia sovelluksia.
Biokemia
Biokemia kiinnittää usein enemmän huomiota muihin molekyyleihin kuin proteiineihin. Se keskittyy myös nukleiinihappoihin ja kemiallisiin vaikutuksiin, jotka tapahtuvat, kun ainetta on suurempia määriä, kuten myrkkyjen vaikutukset. Lisäksi biokemia käyttää monia orgaanisen kemian tutkimukseen perustuvia menetelmiä.
Genetiikka
Genetiikka keskittyy erityisesti periytyviin ominaisuuksiin ja siihen, miten muutokset geneettisessä koodissa vaikuttavat organismiin. Tämä keskittyminen periytyvyyteen tarkoittaa, että genetiikkaa tutkitaan usein parhaiten populaatiotasolla, mikä tekee siitä paljon laajemman alan kuin molekyylibiologia.
Jokainen näistä kolmesta alasta on päällekkäinen ja vaikuttaa toisiinsa. Erityisesti genetiikka on jakanut paljon yhteistä molekyylibiologian kanssa, erityisesti RNA:n roolin osalta. RNA voi sekä varastoida tietoa DNA:n tavoin että suorittaa aktiivisia toimintoja proteiinin tavoin.
Molekyylibiologian laboratoriomenetelmät
Molekyylibiologia on ehkä tunnetuin omaleimaisista laboratoriomenetelmistään. Molekyylibiologit käyttävät laajasti:
- Molekulaarista kloonausta
- Polymeraasi
- Ketjureaktio
- Geelielektroforeesi
- Blottaus
Nämä tekniikat helpottavat kiinnostuksen kohteena olevien molekyylien keräämistä, eristämistä ja määrällistä määrittelyä.
Proteiinien ja nukleiinihappojen rakenteen tutkimiseen käytetään erilaisia tekniikoita, kuten röntgenkristallografiaa. Monet molekyylibiologit käyttävät työssään laajasti tietokonemallinnusta. Nykyaikaiset, erityisesti genetiikkaa varten kehitetyt tekniikat muuttavat myös molekyylibiologisen tutkimuksen kulkua.
Molekyylibiologia on laaja ja kasvava ala, jonka merkitystä ei ole vielä täysin ymmärretty. Molekyylibiologisen tutkimuksen tuloksena syntyy vielä monia edistysaskeleita lääketieteessä, ekologiassa ja muilla aloilla, kun tämä tiede jatkaa kasvuaan ja edistymistään.