Molekulyar biologiya

Molekulyar biologiya — biologiyanın bir bölməsi olub canlı orqanizmlərdə baş verən dəyişiklikləri molekulyar səviyyədə öyrənir. Digər bioloji elmlər xüsusilə də hüceyrə biologiyası, genetika, biokimya ilə sıx əlaqəlidir və bu sahələrin inkişafı nəticəsində meydana çıxmışdır. Molekulyar biologiya DNT, RNT, zülal biosintezi də daxil olmaqla bir hüceyrənin müxtəlif sistemləri arasında qarşılıqlı təsiri və tənzimləməni öyrənir. Molekulyar biologiya haqqında ilk rəsmi qeyd Uorren Uiverə (ing. Warren Weaver; 1894–1978) məxsusdur.

Molekulyar biologiya
Elm sahəsi → öyrənir
Biologiya  → Canlı təbiəti Ümumi biologiya  → Canlı sistemlərin ümumi xüsusiyyətlərini Molekulyar biologiya  → Biopolimerləri
Yarımbölmə → öyrənir

Digər bioloji elmlərlə əlaqəsi

Molekulyar biologiyada tədqiqatçılar bir sıra xüsusi metodlardan istifadə edirlər, amma zaman keçdikcə bu metodlar biokimya və genetikanın metodları ilə birləşirlər. Bu səbəbdən molekulyar biologiya, biokimya və genetika elmləri arasında dövrü asılılıq mövcuddur.

Biokimya – canlı orqanizmlərdə kimyəvi maddələri və həyati əhəmiyyətli prosesləri öyrənir. Biokimyaçıların diqqət mərkəzində biomolekulların quruluşu və funksiyaları dayanır. Kimyəvi tədqiqatların əsasında duran bioloji proseslər və bioloji aktiv maddələrin sintezi biokimyaya misal ola bilər.

Genetika – canlıların iki əsas xassəsini – irsiyyət və dəyişkənliyi öyrənən bir elmdir. Müasir genetika irsiyyət və dəyişkənlik hadisəsini – biokimya, biofizika, sitologiya, embriologiya, mikrobiologiya, zoologiya, botanika, seleksiya kimi bioloji elmlərin nailiyyətlərinə əsaslanaraq öyrənir.

Molekulyar biologiya – replikasiya, transkripsiya və genetik materialların translyasiyasının molekulyar əsaslarını öyrənir.

Molekulyar biologiyanın əsas tədqiqat metodları

Molekulyar biologiya – da bioloji, fiziki və kimyəvi metodların geniş arsenalından istifadə edir. Bu metodların bəziləri biokimya, sitologiya, genetika elmlərindən irsən qalmış, digərləri isə elmin özünün inkişafı zamanı molekulyar obyektlərlə işləmək üçün yaradılmışdır. Aşağıda molekulyar biologiyanın ən çox istifadə olunan metodları haqqında qısa məlumatlar verilmişdir:

Elektroforez

Elektroforez metodunun əsasını "+" və "-" yükə malik olan zülalların və ya DNT və RNT nin elektrik sahəsində molekulun yükünün əhəmiyyətinə, ölçüsünə və formasına uyğun olaraq yerini dəyişməsi qabiliyyəti təşkil edir. Elektroforez sulu məhlulda (bufer), lakin bir qayda olaraq məsaməli daşıyıcılarda: nişasta, aqaroza və ya poliakrilamid gelində aparılır. Sellüoza təbəqəsində ən sadə elektroforez metodu 1956-cı ildə İnqrem tərəfindən insanın hemoqlobulin zülalının tripsinlə parçalanmasından alınan fraqmentlərin fraksiyalara ayrılmasında istifadə olunmuşdur. Bu metodla peptid xəritəsi — fingerprintlər (azərb. barmaq izləri‎) alınmış və müəyyən olunmuşdur ki, oraqvari hüceyrə anemiyası xəstəliyi hemoqlobulin-β zəncirində cəmi bir amin turşusunun əvəz olunması ilə əlaqədardır. Hal-hazırda isə zülalların ayrılması üçün poliakrilamid gelində aparılan elektroforezdən geniş istifadə olunur.

Western blotting

Müəyyən anticisimləri birləşdirmə qabiliyyəti olan zülalları təyin etmək və qruplaşdırmaq üçün istifadə edilən bir metoddur. Western Blot sizi maraqlandıran proteini çoxlu miqdarda protein qarışığından müəyyən edə bilir. Bu metod proteinin ölçüsü (kDa ilə ifadə olunmuş standart ilə müqayisədə) və həmçinin protein ekspresiyası (müalicə olunmamış nümunə və ya digər hüceyrə/toxuma ilə müqayisədə) haqda məlumat verə bilər.

Nəticə: Western Blot sizə aşağıdakı məlumatları verir:

• Proteininizin ölçüsü
• Proteininizin ekspresiya dərəcəsi

Western Blot istər hüceyrə, istərsə də toxumada olan proteinləri, həmçinin in vitro sintez edilmiş protein kombinasiyalarını da analiz edə bilir. Western Blot sizi maraqlandıran zülal üçün seçdiyiniz anticisimlərin keyfiyyətindən və bu protein üçün nə dərəcədə spesifik olmasından asılıdır. İndi anticisimləri kommersiya mənbələrindən asanlıqla əldə etmək olar və siz sizi maraqlandıran protein üçün sifariş edə bilərsiniz. Əgər sizin protein yenidirsə onda anticismi özünüz emal etməli və ya bu işlə məşğul olan xüsusi kompaniya ilə əlaqə saxlamalısınız. Bu halda sizə az miqdarda hüceyrə ekstarktlarından əldə edilmiş və ya rekombinat şəklində proteinə ehtiyacınız olacaq. Sizin proteininizə spesifik anticisimlər Western Blot-da olan minlərlə protein əvəzinə yalnız sizi maraqlandıran proteinə birləşir.

Southern blotting

(sauzern blot analizi) Bu metoddan fiziki xəritədə xromosom yerdəyişmələrinin xəritələşməsi, genlərin yerlərinin müəyyən olması, təkrarların aşkar olunması və s. üçün istifadə edilir.1975-ci ildə E. Sauzern tərəfindən kəşf olunub. Bu metodda DNT fraqmentlərini əsasən aqaroza gelində ayırırlar. Geldə DNT-ni denaturasiya edir və gelin üzərinə nitrosellüloza filtri qoyurlar. DNT filtrə köçürülür, orada yüksək temperaturun və ya ultrabənövşəyi şüaların təsiri ilə fiksə olunur. Müəyyən əlavə mərhələlərdən sonra geldə ayrılan DNT-nin bütün fraksiyaları filtrə köçürülmüş olur. Filtri sonradan radioaktiv izotopla və ya kimyəvi yolla nişanlanmış zond yerləşən hibridləşmə buferinə yerləşdirirlər. Bu zond DNT-nin komplementar sahələri ilə birləşir. Filtri yuduqdan sonra siqnalın aşkar olunmasına keçmək olar. Əgər zond radioaktivdirsə filtrə rentgen təbəqəsi qoyulur və işıqlanan sahə aşkar olunur. Əgər kimyəvi modifikatorlardan istifadə olunubsa, deteksiya həmin filtrdə aparılır.

Northern blotting

(nozern blot analizi) – southern blota oxşar bir metoddur, lakin bu metod RNT-nin analizi üçün istifadə olunur. Bu metod 1977-ci ildə D. Olvin, D. Kelen və D. Starkom tərəfindən müəyyən olunmuşdur. Bu zaman hüceyrədən ayrılmış RNT molekulları gel elektroforezin köməyilə ölçülərinə uyğun olaraq ayrılıb filtrə köçürülür. Nişanlanmış bir zəncirli zondla hibridizasiyadan sonra elektroforeqramın müəyyən sahələrində siqnal ayırd olunur ki, orada RNT ilə DNT zondu arasında homologiya var.

Molekulyar markerlərdən istifadə etməklə hər hansı bir genin transkriptinin ölçüsünü müəyyən etmək olar. Bu analiz metodu aşağıdakılar üçün istifadə olunur:

1. Müəyyən genlə kodlaşan spesifik məlumat RNT-nin ölçüsünü müəyyənləşdirmək;
2. Müəyyən genlə oxunan məlumat RNT-nin müəyyən hüceyrədə olmasını aydınlaşdırmaq;
3. Bu RNT-nin miqdarının təyini və eyni hüceyrənin inkişafı zamanı onun dəyişməsi .

PZR

Polimeraz zəncir reaksiyası genomun müəyyən bir hissəsinin bu metodla artırılması 1983-cü ildə K. Myullis tərəfindən kəşf olunub. İlkin DNT molekulunu qızdırmaqla komplementar zənciri birləşdirən hidrogen rabitələri qırılır. Sonra qarışığı DNTnin iki kiçik fraqmentinin iştirakı ilə soyudurlar. Bunlardan birincisi öyrənilən lokusdan solda yerləşən DNT sahəsinə, ikincisi isə lokusdan sağda digər zəncirdəki sahəyə komplementardır. Bu fraqmentlər praymer adlanır və DNT-nin uyğun sahələri ilə birləşərək DNT matrisi üzərində yeni komplementar zəncirin sintezini başladırlar. Sintez DNT polimeraza fermentinin iştirakı ilə gedir. Növbəti tsikldə DNT-nin yaranan zəncirləri ilə birgə reaksiya qarışığını yenidən qızdırır və yeni sintez olunan DNT zəncirlərini matris kimi istifadə edirlər. Praymerlərin yeni miqdarı uyğun sahələrlə birləşir və yeni sintezi həyata keçirir. PZR analizi zamanı yalnız iki praymer arasında olan kiçik fraqment (əvvəlcədən qeyd edilmiş lazımi sahə) sintez olunur, dəfələrlə artırılır. Bu metod şəxsiyyətin, insanların qohumluq dərəcəsinin müəyyən olunmasında, məhkəmə təbabətində geniş istifadə olunur.

Hüceyrədəki kompleks quruluş və sistemlər

Canlıları ən kiçik təfərrüatına qədər tədqiq edən XX əsrin texnologiyası hüceyrənin bəşəriyyətin qarşılaşdığı ən kompleks sistemlərdən biri olduğunu üzə çıxarmışdı. Bu gün hüceyrənin içində enerji hazırlayan sistemlər, həyat üçün lazımlı ferment və hormonları istehsal edən fabriklər, istehsal ediləcək bütün məhsullarla bağlı məlumatların qeyd olunduğu məlumat bankı, bir yerdən digərinə xam maddələri və məhsulları daşıyan kompleks daşıma sistemləri, boru xətləri, kənardan gələn xam maddələri işə yararlı hissələrə parçalayan təkmilləşmiş laboratoriyalar və saflaşdırma zavodları, hüceyrəyə daxil olan və ya hüceyrədən xaric edilən məmulatların giriş-çıxışına nəzarət edən peşəkar hüceyrə qılafı zülalları olduğu müəyyən olmuşdur. Bu sadalananlar hüceyrədəki mürəkkəb quruluşun sadəcə bir hissəsini təşkil edir.

Elm adamı olan U. H.Torp: "Canlı hüceyrələrinin ən bəsitinin malik olduğu mexanizm belə insanın indiyə qədər hazırladığı, hətta xəyalını qurduğu bütün cihazlardan daha kompleksdir", -deyə yazır.

Hüceyrə o qədər kompleksdir ki, bu gün insanın nail olduğu yüksək texnologiya belə bir hüceyrə hazırlaya bilmir. Süni hüceyrə əmələ gətirmək üçün aparılan bütün elmi fəaliyyətlər uğursuzluqla nəticələnmişdir. Belə ki, bu gün hüceyrənin əmələ gətirilməsi hədəfindən əl çəkilmişdir və artıq bu istiqamətdə heç bir elmi fəaliyyət aparılmır.

İngilis riyaziyyatçısı və astronom Ser Fred Hoyl 12 noyabr, 1981-ci ildə "Təbiət" (Nature) jurnalına verdiyi bir müsahibəsində bu cür bənzətmə etmişdir. Özünün materialist olmasına baxmayaraq, Hoyl təsadüflər nəticəsində bir canlı hüceyrənin meydana gəlməsiylə bir dəmir yığınının qasırğa ilə sovrulması nəticəsində təsadüfən Boeing 747 təyyarəsinin əmələ gəlməsi arasında bir fərq olmadığını bildirir. Yəni hüceyrənin öz-özünə təsadüflər nəticəsində əmələ gəlməsi qeyri-mümkündür.

Hüceyrənin necə mövcud olması sualının açıqlana bilməməsinin ən əsas səbəblərindən biri hüceyrədəki "mürəkkəb komplekslik" xüsusiyyətidir. Bir canlı hüceyrəsi çox sayda kiçik orqanoidin ahəng içində işləməsiylə yaşayır. Bu hissələrdən biri belə olmasa, hüceyrə məhv olar. Ona görə də yer üzündə əmələ gələn ilk hüceyrə həyat üçün lazımlı bütün orqanoid və funksiyalara malik, tam hüceyrə olmalıdır.

Həmçinin bax

• Gen
• Genetika
• Genetik kod