Molekylärbiologi är studiet av livet på atom- och molekylnivå. Anta till exempel att man vill förstå så mycket som möjligt om en daggmask. På en nivå är det möjligt att beskriva de uppenbara egenskaperna hos masken, inklusive dess storlek, form, färg, vikt, vilken föda den äter och hur den förökar sig.

För länge sedan upptäckte dock biologer att en mer grundläggande förståelse av en organism kan erhållas genom att studera de celler som organismen är uppbyggd av. De kunde identifiera de strukturer som cellerna består av, hur cellerna förändras, vilka ämnen som cellen behöver för att överleva, vilka produkter som tillverkas av cellen och andra egenskaper hos cellerna.

Molekylärbiologin tar denna analys av livet ett steg längre. Den försöker studera de molekyler som levande organismer består av på ungefär samma sätt som kemister studerar alla andra typer av molekyler. De försöker till exempel ta reda på den kemiska strukturen hos dessa molekyler och hur denna struktur förändras under olika livsprocesser, t.ex. reproduktion och tillväxt. I sin forskning använder sig molekylärbiologer av idéer och verktyg från många olika vetenskaper, bland annat kemi, biologi och fysik.

Den centrala dogmen

Den nyckelprincip som dominerar molekylärbiologin kallas den centrala dogmen. (En dogm är en etablerad trosuppfattning.) Den centrala dogmen bygger på två fakta. Det första faktum är att de viktigaste aktörerna i hur en cell fungerar är proteiner. Proteiner är mycket stora, komplexa molekyler som består av mindre enheter som kallas aminosyror. Ett typiskt protein kan till exempel bestå av några tusen aminosyramolekyler som är sammanfogade med varandra ända fram till ända. Proteiner spelar en mängd olika roller i cellerna. De är de byggstenar av vilka cellstrukturer tillverkas, de fungerar som hormoner (kemiska budbärare) som förmedlar meddelanden från en del av en cell till en annan eller från en cell till en annan cell, och de fungerar som enzymer, föreningar som ökar hastigheten på kemiska reaktioner i cellerna.

Det andra grundläggande faktumet är att proteiner byggs upp i cellerna utifrån huvudplaner som lagras i molekyler som kallas desoxyribonukleinsyror (DNA) och som finns i cellkärnorna. DNA-molekyler består av mycket långa kedjor av enheter, så kallade nukleotider, som är sammanfogade i ändar. Sekvensen i vilken nukleotiderna är ordnade fungerar som en slags kod som talar om för en cell vilka proteiner som ska tillverkas och hur de ska tillverkas.

Ord att känna till

Aminosyra: En organisk förening av vilken proteiner tillverkas.

Cell: Den grundläggande enheten i en levande organism; cellerna är uppbyggda för att utföra mycket specialiserade funktioner.

Cytoplasma: Den halvflytande substansen i en cell som innehåller organeller och omsluts av cellmembranet.

DNA (deoxyribonukleinsyra): Det genetiska materialet i cellkärnan som innehåller information för en organisms utveckling.

enzym: Ett av många komplexa proteiner som produceras av levande celler och som utlöser specifika biokemiska reaktioner.

Hormon: En kemikalie som produceras i levande celler och som transporteras med blodet till organ och vävnader i avlägsna delar av kroppen, där den reglerar den cellulära aktiviteten.

Nukleotid: En enhet av vilken DNA-molekyler tillverkas.

Protein: En komplex kemisk förening som består av många aminosyror som är bundna till varandra och som är viktiga för alla levande cellers struktur och funktion.

Ribosom: Små strukturer i cellerna där proteiner produceras.

Den centrala dogmen är alltså mycket enkel och kan uttryckas på följande sätt:

DNA → mRNA → proteiner

Vad denna ekvation säger i ord är att den kod som lagras i DNA-molekyler i cellkärnan först skrivs i en annan typ av molekyl som kallas budbärarribonukleinsyra (mRNA). När mRNA-molekylerna väl är konstruerade lämnar de kärnan och reser ut ur kärnan till cellens cytoplasma. De fäster sig vid ribosomer, strukturer i cytoplasman där proteinproduktionen sker. Aminosyror som finns i riklig mängd i cytoplasman förs sedan till ribosomerna av en annan typ av RNA, transfer-RNA (tRNA), där de används för att konstruera nya proteinmolekyler. Dessa molekyler har sin struktur dikterad av mRNA-molekyler som i sin tur har strukturer som ursprungligen dikterats av DNA-molekyler.

Molekylärbiologins betydelse

Utvecklingen av molekylärbiologin har gett ett nytt och helt annorlunda sätt att förstå levande organismer. Vi vet nu till exempel att de funktioner som en cell utför kan beskrivas i kemiska termer. Anta att vi vet att en cell tillverkar rött hår. Vi har lärt oss att anledningen till att cellen gör rött hår är att DNA-molekylerna i cellens kärna bär ett kodat meddelande om att den ska göra rött hår. Det kodade meddelandet överförs från cellens DNA till dess mRNA. MRNA:t styr sedan produktionen av proteiner för röda hårstrån.

Samma sak kan sägas om alla cellfunktioner. Kanske är en cell ansvarig för att producera antikroppar mot infektioner, eller för att tillverka hormonet insulin, eller för att sammansätta ett könshormon. Alla dessa cellfunktioner kan specificeras som en uppsättning kemiska reaktioner.

Men när man väl har insett detta faktum har människan nya spännande sätt att hantera levande organismer. Om cellfunktionernas mästararkitekt är en kemisk molekyl (DNA), så kan denna molekyl ändras, precis som vilken annan kemisk molekyl som helst. Om och när detta sker ändras också de funktioner som cellen utför. Av dessa skäl betraktas utvecklingen av molekylärbiologin av många människor som en av de största revolutionerna i hela vetenskapshistorien.