Biologia moleculară este studiul vieții la nivel de atomi și molecule. Să presupunem, de exemplu, că se dorește să se înțeleagă cât mai multe lucruri despre o râmă. La un nivel, este posibil să se descrie caracteristicile evidente ale viermelui, inclusiv mărimea, forma, culoarea, greutatea, alimentele pe care le consumă și modul în care se reproduce.

Cu mult timp în urmă, însă, biologii au descoperit că o înțelegere mai elementară a oricărui organism poate fi obținută prin studierea celulelor din care este alcătuit acel organism. Ei au putut identifica structurile din care sunt făcute celulele, modul în care celulele se schimbă, substanțele de care are nevoie celula pentru a supraviețui, produsele fabricate de celulă și alte caracteristici celulare.

Biologia moleculară duce această analiză a vieții cu un pas mai departe. Ea încearcă să studieze moleculele din care sunt făcute organismele vii în același mod în care chimiștii studiază orice alt tip de moleculă. De exemplu, ei încearcă să afle structura chimică a acestor molecule și modul în care această structură se modifică în timpul diferitelor procese de viață, cum ar fi reproducerea și creșterea. În cercetările lor, biologii moleculari se folosesc de idei și instrumente din mai multe științe diferite, inclusiv chimie, biologie și fizică.

Dogma centrală

Principiul cheie care domină biologia moleculară este cunoscut sub numele de Dogma centrală. (O dogmă este o credință stabilită.) Dogma centrală se bazează pe două fapte. Primul fapt este că actorii cheie în modul în care funcționează orice celulă sunt proteinele. Proteinele sunt molecule foarte mari și complexe, alcătuite din unități mai mici cunoscute sub numele de aminoacizi. O proteină tipică poate consta, ca exemplu, din câteva mii de molecule de aminoacizi unite între ele cap la cap. Proteinele joacă o mulțime de roluri în celule. Ele sunt elementele constitutive din care sunt realizate structurile celulare; ele acționează ca hormoni (mesageri chimici) care transmit mesaje de la o parte a celulei la alta sau de la o celulă la altă celulă; și acționează ca enzime, compuși care accelerează viteza cu care au loc reacțiile chimice în celule.

Al doilea fapt de bază este că proteinele sunt construite în celule pe baza unor planuri generale stocate în molecule cunoscute sub numele de acizi dezoxiribonucleici (ADN) prezente în nucleele celulelor. Moleculele de ADN sunt alcătuite din lanțuri foarte lungi de unități cunoscute sub numele de nucleotide unite între ele cap la cap. Secvența în care sunt aranjate nucleotidele acționează ca un fel de cod care îi spune celulei ce proteine să producă și cum să le producă.

Cuvinte de știut

Aminoacid: Un compus organic din care se fabrică proteinele.

Celulă: Unitatea de bază a unui organism viu; celulele sunt structurate pentru a îndeplini funcții foarte specializate.

Citoplasmă: Substanța semifluidă a unei celule care conține organite și este înconjurată de membrana celulară.

ADN (acid dezoxiribonucleic): Materialul genetic din nucleul celulelor care conține informații pentru dezvoltarea unui organism.

Enzimă: Oricare dintre numeroasele proteine complexe care sunt produse de celulele vii și care declanșează reacții biochimice specifice.

Hormon: O substanță chimică produsă în celulele vii care este transportată de sânge la organele și țesuturile din părți îndepărtate ale corpului, unde reglează activitatea celulară.

Nucleotidă: O unitate din care sunt realizate moleculele de ADN.

Proteină: Un compus chimic complex care constă din mai mulți aminoacizi atașați unul de altul, care sunt esențiali pentru structura și funcționarea tuturor celulelor vii.

Ribosom: Structuri mici din celule în care sunt produse proteinele.

Dogma centrală, deci, este foarte simplă și poate fi exprimată după cum urmează:

ADN → ARNm → proteine

Ceea ce spune această ecuație în cuvinte este că codul stocat în moleculele de ADN din nucleul unei celule este mai întâi scris într-un alt tip de moleculă cunoscută sub numele de acid ribonucleic mesager (ARNm). După ce sunt construite, moleculele de ARNm părăsesc nucleul și se deplasează din nucleu în citoplasma celulei. Acestea se atașează de ribozomi, structuri din interiorul citoplasmei în care are loc producția de proteine. Aminoacizii care există din abundență în citoplasmă sunt apoi aduși la ribozomi de un alt tip de ARN, ARN de transfer (ARNt), unde sunt utilizați pentru a construi noi molecule de proteine. Structura acestor molecule este dictată de moleculele de ARNm care, la rândul lor, au structuri dictate inițial de moleculele de ADN.

Semnificația biologiei moleculare

Dezvoltarea biologiei moleculare a oferit un mod nou și complet diferit de a înțelege organismele vii. Știm acum, de exemplu, că funcțiile pe care le îndeplinește o celulă pot fi descrise în termeni chimici. Să presupunem că știm că o celulă produce părul roșu. Ceea ce am aflat este că motivul pentru care celula produce părul roșu este că moleculele de ADN din nucleul său poartă un mesaj codificat pentru producerea părului roșu. Acest mesaj codificat trece de la ADN-ul celulei la ARNm al acesteia. ARNm direcționează apoi producția de proteine pentru părul roșu.

Același lucru poate fi spus pentru orice funcție celulară. Poate că o celulă este responsabilă de producerea de anticorpi împotriva infecțiilor, sau de producerea hormonului insulină, sau de asamblarea unui hormon sexual. Toate aceste funcții celulare pot fi specificate ca un set de reacții chimice.

Dar odată ce acest fapt a fost conștientizat, atunci oamenii au la dispoziție noi modalități interesante de a se ocupa de organismele vii. Dacă arhitectul principal al funcțiilor celulare este o moleculă chimică (ADN), atunci această moleculă poate fi modificată, ca orice altă moleculă chimică. Dacă și când se întâmplă acest lucru, se modifică și funcțiile îndeplinite de celulă. Din aceste motive, dezvoltarea biologiei moleculare este considerată de mulți oameni ca fiind una dintre cele mai mari revoluții din întreaga istorie științifică.