Molekylærbiologi er studiet af livet på atom- og molekylniveau. Lad os f.eks. antage, at man ønsker at forstå så meget som muligt om en regnorm. På ét niveau er det muligt at beskrive de åbenlyse karakteristika ved ormen, herunder dens størrelse, form, farve, vægt, de fødevarer, den spiser, og den måde, den formerer sig på.

For længe siden opdagede biologerne imidlertid, at man kan opnå en mere grundlæggende forståelse af enhver organisme ved at studere de celler, som den pågældende organisme består af. De kunne identificere de strukturer, som cellerne er lavet af, den måde, som cellerne ændrer sig på, de stoffer, som cellen har brug for for at overleve, de produkter, som cellen laver, og andre cellekarakteristika.

Molekylærbiologien tager denne analyse af livet et skridt videre. Den forsøger at studere de molekyler, som levende organismer er lavet af, på samme måde, som kemikere studerer enhver anden form for molekyle. De forsøger f.eks. at finde ud af den kemiske struktur af disse molekyler og den måde, hvorpå denne struktur ændrer sig under forskellige livsprocesser som f.eks. reproduktion og vækst. I deres forskning gør molekylærbiologer brug af idéer og værktøjer fra mange forskellige videnskaber, herunder kemi, biologi og fysik.

Det centrale dogme

Det nøgleprincip, der dominerer molekylærbiologien, er kendt som det centrale dogme. (Et dogme er en etableret tro.) Det centrale dogme er baseret på to kendsgerninger. Det første faktum er, at de centrale aktører i den måde, som enhver celle fungerer på, er proteiner. Proteiner er meget store, komplekse molekyler, der består af mindre enheder, som kaldes aminosyrer. Et typisk protein kan f.eks. bestå af et par tusinde aminosyremolekyler, der er forbundet med hinanden ende-til-ende. Proteiner spiller en lang række roller i cellerne. De er de byggesten, som cellestrukturer er lavet af, de fungerer som hormoner (kemiske budbringere), der overfører meddelelser fra en del af en celle til en anden eller fra en celle til en anden celle, og de fungerer som enzymer, dvs. forbindelser, der fremskynder den hastighed, hvormed kemiske reaktioner finder sted i cellerne.

Den anden grundlæggende kendsgerning er, at proteiner konstrueres i cellerne på grundlag af overordnede planer, der er gemt i molekyler, der kaldes deoxyribonukleinsyrer (DNA), og som findes i cellernes kerner. DNA-molekyler består af meget lange kæder af enheder, der er kendt som nukleotider, og som er forbundet med hinanden ende-til-ende. Den rækkefølge, som nukleotiderne er anbragt i, fungerer som en slags kode, der fortæller en celle, hvilke proteiner den skal lave, og hvordan den skal lave dem.

Ord at kende

Aminosyre: En organisk forbindelse, som proteiner fremstilles af.

Celle: Den grundlæggende enhed i en levende organisme; celler er opbygget til at udføre højt specialiserede funktioner.

Cytoplasma: Den halvflydende substans i en celle, der indeholder organeller og er omsluttet af cellemembranen.

DNA (deoxyribonukleinsyre): DNA (deoxyribonukleinsyre): Det genetiske materiale i cellens kerne, som indeholder oplysninger om en organismes udvikling.

Enzym: Et af de mange komplekse proteiner, der produceres af levende celler og udløser specifikke biokemiske reaktioner.

Hormon: Et kemikalie, der produceres i levende celler, og som transporteres med blodet til organer og væv i fjerntliggende dele af kroppen, hvor det regulerer den cellulære aktivitet.

Nukleotid: En enhed, hvoraf DNA-molekyler fremstilles.

Protein: En kompleks kemisk forbindelse, der består af mange aminosyrer, der er knyttet til hinanden, og som er afgørende for alle levende cellers struktur og funktion.

Ribosom: Små strukturer i cellerne, hvor der produceres proteiner.

Det centrale dogme er altså meget enkelt og kan udtrykkes på følgende måde:

DNA → mRNA → proteiner

Det, som denne ligning siger i ord, er, at den kode, der er gemt i DNA-molekyler i en cellekerne, først skrives i en anden slags molekyle, der kaldes messenger ribonukleinsyre (mRNA). Når de er konstrueret, forlader mRNA-molekylerne kernen og rejser ud af kernen og ind i cellens cytoplasma. De sætter sig fast på ribosomer, som er strukturer i cytoplasmaet, hvor proteinproduktionen finder sted. Aminosyrer, der findes i rigelige mængder i cytoplasmaet, bringes derefter til ribosomerne af en anden slags RNA, transfer-RNA (tRNA), hvor de bruges til at konstruere nye proteinmolekyler. Disse molekyler har deres struktur dikteret af mRNA-molekyler, som igen har strukturer, der oprindeligt er dikteret af DNA-molekyler.

Betydningen af molekylærbiologi

Udviklingen af molekylærbiologien har givet en ny og helt anderledes måde at forstå levende organismer på. Vi ved nu f.eks. at de funktioner, som en celle udfører, kan beskrives i kemiske termer. Lad os antage, at vi ved, at en celle laver rødt hår. Vi har lært, at grunden til, at cellen laver rødt hår, er, at DNA-molekylerne i dens kerne bærer en kodet besked om, at den skal lave rødt hår. Denne kodede besked går fra cellens DNA til dens mRNA. mRNA’et styrer derefter produktionen af proteiner til røde hår.

Det samme kan siges om enhver cellefunktion. Måske er en celle ansvarlig for at producere antistoffer mod infektioner, eller for at fremstille hormonet insulin eller samle et kønshormon. Alle disse cellefunktioner kan specificeres som et sæt kemiske reaktioner.

Men når først denne kendsgerning er blevet indset, så har mennesket spændende nye måder at beskæftige sig med levende organismer på. Hvis den overordnede arkitekt for cellefunktioner er et kemisk molekyle (DNA), så kan dette molekyle ændres, ligesom ethvert andet kemisk molekyle. Hvis og når det sker, ændres de funktioner, som cellen udfører, også. Af disse grunde betragtes udviklingen af molekylærbiologien af mange mennesker som en af de største revolutioner i hele den videnskabelige historie.