La biología molecular es el estudio de la biología en un nivel molecular . El campo se traslapa con otras áreas de la biología y la química, particularmente la genética y la bioquímica . La biología molecular se refiere principalmente a entender las interacciones entre los varios sistemas de una célula, incluyendo las interacciones entre la DNA, el ARN y la biosíntesis y aprendizaje de la proteína de cómo se regulan estas interacciones.
La escritura en la naturaleza, Guillermo Astbury describió biología molecular como:
" … no tanto una técnica como acercamiento, un acercamiento del punto de vista de las ciencias básicas supuestas con la idea principal de la búsqueda debajo de las manifestaciones en grande de la biología clásica para el plan molecular correspondiente. Se refiere particularmente a las formas de moléculas biológicas y . es predominante tridimensional y estructural - cuál no significa, sin embargo, que es simplemente un refinamiento de la morfología - debe al mismo tiempo investigar en génesis y function."
Relación al otro " molecular-scale" ciencias biológicas
Los investigadores en las técnicas específicas del uso de la biología molecular nativas a la biología molecular (véase la sección de las técnicas del más adelante en artículo), pero combinan cada vez más éstos con técnicas e ideas de las genéticas y de la bioquímica . No hay una línea definida entre estas disciplinas. La bioquímica hoy de los términos de la biología molecular y es casi permutable. La figura siguiente es un diagrama esquemático que representa una vista posible de la relación entre los campos:la bioquímica del
es el estudio de las sustancias químicas y de los procesos vitales que ocurren en foco vivo de los bioquímicos de los organismos pesadamente en el papel, la función, y la estructura de las biomoléculas . El estudio de la química detrás de procesos biológicos y la síntesis de moléculas biológicamente activas son ejemplos de la bioquímica .
La genética del es el estudio del efecto de diferencias genéticas en organismos. Esto se puede deducir a menudo por la ausencia de un componente normal (e. El estudio del " Quot de los mutantes ; – organismos que carecen uno o más componentes funcionales con respecto al " supuesto; Tipo salvaje " del ; o fenotipo normal . Las interacciones genéticas tal como Epistasis pueden confundir a menudo interpretaciones simples de tal " golpear-out" estudios.
La biología molecular del es el estudio de los apoyos moleculares del proceso de la réplica, de la transcripción y de la traducción del material genético . El dogma central de la biología molecular donde el material genético se transcribe en el ARN y después se traduce a la proteína, a pesar de ser un cuadro sobresimplificado de la biología molecular, aún proporciona un buen punto de partida para entender el campo. Este cuadro, sin embargo, está experimentando la revisión a la luz de los papeles nuevos emergentes del ARN .
Mucho del trabajo en biología molecular es cuantitativo, y mucho trabajo se ha hecho recientemente en el interfaz de la biología molecular y de informática en la bioinformática y la biología de cómputo . En fecha el 2000s temprano, el estudio de la estructura del gene y la función, genética molecular, ha estado entre el subcampo más prominente de la biología molecular.
Muchos otros campos de la biología se centran cada vez más en las moléculas, o estudiando directo sus interacciones en el su derecho propio por ejemplo en la biología de célula y la biología de desarrollo, o indirectamente, donde las técnicas de la biología molecular se utilizan para deducir cualidades históricas de las poblaciones o de las especies, como en campos en biología evolutiva tal como genética de población y Phylogenetics . Hay también una larga tradición de estudiar el " de las biomoléculas ; del up" de tierra; en biofísica .
Técnicas de la biología molecular
Desde el a finales de la década de 1950 y el principios de los 60, los biólogos moleculares han aprendido caracterizar, aislar, y manipular los componentes moleculares de células y de organismos. Estos componentes incluyen la DNA, el depósito de la información genética; ARN, familiar cercano de la DNA cuyas funciones se extienden del servicio como copia de funcionamiento temporal de la DNA a las funciones estructurales y enzimáticas reales así como una pieza funcional y estructural del aparato de translación; y proteínas el tipo estructural y enzimático principal de la molécula en las células
Reproducción de la expresión
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la reproducción de la expresión
Una de las técnicas más básicas de la biología molecular para estudiar la función de la proteína es reproducción de la expresión. En esta técnica, la codificación de la DNA para una proteína del interés es reproducido (usar la polimerización en cadena y/o las enzimas de la restricción en un plásmido (conocido como vector de la expresión). Este plásmido puede tener elementos especiales del promotor para conducir la producción de la proteína del interés, y puede también tener marcadores antibióticos de la resistencia a ayudar a seguir el plásmido.
Este plásmido se puede insertar en las células bacterianas o animales. Introduciendo la DNA en las células bacterianas se llama la transformación, y puede ser terminado con varios métodos, incluyendo la electroporación, el Microinjection, la absorción pasiva y la conjugación . Introduciendo la DNA en las células eucarióticas, tales como células animales, se llama transfección. Varias diversas técnicas de la transfección están disponibles, incluyendo la transfección del fosfato de calcio, la transfección del liposoma, y los reactivo propietarios de la transfección tales como Fugene. La DNA se puede también introducir en las células usar los virus o las bacterias pathenogenic como portadores. En tales casos, la técnica se llama la transducción viral/bacteriana, y las células reputan transduced.
En cualquier caja, la codificación de la DNA para una proteína del interés ahora está dentro de una célula, y la proteína puede ahora ser expresada. Una variedad de sistemas, tales como promotores inducibles y factores específicos de la célula-señalización, están disponibles ayudar expreso a la proteína del interés en los niveles. Las granes cantidades de una proteína se pueden entonces extraer de la célula bacteriana o eucariótica. La proteína se puede probar para la actividad enzimática bajo una variedad de situaciones, la proteína puede ser cristalizada así que su estructura terciaria puede ser estudiada, o, en la industria farmacéutica, la actividad de nuevas drogas contra la proteína puede ser estudiada.
Reacción en cadena de polimerasa (PCR)
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la reacción en cadena de polimerasa
La reacción en cadena de polimerasa es una técnica extremadamente versátil para copiar la DNA. En resumen, la polimerización en cadena permite que alteraa una sola secuencia de la DNA sea copiada (millones de épocas), o de maneras predeterminadas. Por ejemplo, la polimerización en cadena se puede utilizar para introducir sitios de la enzima de la restricción, o para transformar (cambio) bases particulares de la DNA. La polimerización en cadena se puede también utilizar para determinar si un fragmento particular de la DNA está encontrado en una biblioteca CDNA . La polimerización en cadena tiene muchas variaciones, como la polimerización en cadena reversa de la transcripción ( RT-PCR ) para la amplificación del ARN, y, más recientemente, polimerización en cadena en tiempo real ( QPCR ) que permitan la medida cuantitativa de las moléculas de la DNA o del ARN.
Electroforesis del gel
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La electroforesis del gel es una de las herramientas principales de la biología molecular. El principio de base es esa DNA, ARN, y las proteínas se pueden todos separar usar un campo eléctrico. En la electroforesis del gel de la agarosa, la DNA y el ARN se pueden separar basaron en tamaño funcionando con la DNA a través de un gel de la agarosa. Las proteínas se pueden separar basaron en tamaño usar un gel de SDS-PAGE, o por el tamaño y su carga eléctrica, usar se sabe qué mientras que un 2.
El borrar meridional
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meridional de la mancha blanca /negra
Nombrado después de su inventor, el Edwin meridional del biólogo, la mancha blanca /negra meridional es un método para sondar para la presencia de una secuencia específica de la DNA dentro de una muestra de la DNA. Las muestras de la DNA antes o después de la digestión de la enzima de la restricción son separadas por electroforesis del gel y después transferidas a una membrana borrando vía la acción capilar . La membrana se puede entonces sondar usar una punta de prueba de la DNA etiquetada usar un complemento de la secuencia de interés. La mayoría de los protocolos originales utilizaron etiquetas radiactivas, no obstante las alternativas no radiactivas están disponibles ahora. El borrar meridional es menos de uso general en la ciencia del laboratorio debido a la capacidad de usar la polimerización en cadena para detectar secuencias específicas de la DNA de muestras de la DNA. Sin embargo, estas manchas blancas /negras todavía se utilizan para algunos usos, tales como número de copia de medición del transgén en los ratones transgénicos, o en la ingeniería de las variedades de células embrionarias del vástago del golpe de gracia del gene.
El borrar norteño
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norteño de la mancha blanca /negra
La mancha blanca /negra norteña se utiliza para estudiar los patrones de la expresión un tipo específico de molécula del ARN como comparación relativa entre de un sistema de diversas muestras de ARN. Es esencialmente una combinación de que desnaturaliza la electroforesis del gel del ARN, y una mancha blanca /negra . En este proceso se separa el ARN basó en tamaño y después se transfiere a una membrana que entonces se sonde con un complemento etiquetado de una secuencia de interés. Los resultados se pueden visualizar con una variedad de maneras dependiendo de la etiqueta usada, sin embargo, la mayoría del resultado en la revelación de las vendas que representan los tamaños del ARN detectado en muestra. La intensidad de estas vendas se relaciona con la cantidad del ARN de la blanco en las muestras analizadas. El procedimiento es de uso general estudiar cuando y cuánto expresión de gene está ocurriendo midiendo cuánto de ese ARN está presente en diversas muestras. Es una de las herramientas más básicas para determinar a que hora, y bajo qué condiciones, ciertos genes se expresan en tejidos vivos.
El borrar occidental
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occidental de la mancha blanca /negra
Los anticuerpos a la mayoría de las proteínas se pueden crear inyectando las pequeñas cantidades de la proteína en un animal tal como un ratón, un conejo, ovejas, o un burro (anticuerpos policlonales ) o producir en el cultivo celular (anticuerpos monoclonales ). Estos anticuerpos se pueden utilizar para una variedad de técnicas analíticas y preparatorias.
En el las proteínas que borran occidentales primero son separadas por tamaño, en un gel fino intercalado entre dos placas de cristal en una técnica conocida como SDS-PAGE (electroforesis del gel de poliacrilamida del sulfato dodecyl de sodio ). Las proteínas en el gel entonces se transfieren a un PVDF, a una nitrocelulosa, a un nilón o a un otro membrana de la ayuda. Esta membrana se puede entonces sondar con las soluciones de anticuerpos. Los anticuerpos que atan específicamente a la proteína del interés se pueden entonces visualizar por una variedad de técnicas, incluyendo productos coloreados, la quimioluminescencia, o la autoradiografía .
Los métodos análogos a borrar occidental se pueden también utilizar para manchar directo las proteínas específicas en las células y las secciones del tejido . Sin embargo, estos métodos de Immunostaining se asocian típicamente más a la biología de célula que biología molecular.
El " de los términos; western" y " northern" son las bromas: Las primeras manchas blancas /negras estaban con la DNA, y puesto que fueron hechos por Ed Southern, vinieron ser conocidas como Southerns. Patricia Thomas, inventor de la mancha blanca /negra del ARN, que se conocía como " northern", no utilizó realmente el término. Para llevar la broma más lejos, uno puede encontrar referencia en la literatura al " southwesterns" (Interacciones Proteína-DNA) y " farwesterns" (Interacciones de la Proteína-Proteína).
Órdenes
considera también:
Un arsenal de la DNA es una colección de puntos atados a una ayuda sólida tal como una diapositiva del microscopio; cada punto contiene uno o más oligonucleótidos de la DNA. Los órdenes permiten poner una gran cantidad (de puntos muy pequeños del diámetro en el suelo de 100 micrómetros) en una sola diapositiva; si cada punto tiene una molécula de la DNA que sea complementaria a un solo gene (similar a borrar meridional), uno puede analizar la expresión de cada gene en un organismo en una sola expresión que perfila el experimento de . Por ejemplo, la levadura, Saccharomyces Cerevisiae del panadero común del, contiene cerca de 7000 genes; con un microarray, uno puede medir cuantitativo, cómo se expresa cada gene, y cómo esa expresión cambia, por ejemplo, con un cambio en temperatura. Hay muchas maneras diferentes de fabricar microarrays; el mas comunes son chipes de silicio, diapositivas del microscopio con los puntos del diámetro del micrómetro del ~ 100, órdenes de la aduana, y órdenes con puntos más grandes en las membranas porosas (macroarrays).
Los órdenes se pueden también hacer con las moléculas con excepción de la DNA. Por ejemplo, un arsenal del anticuerpo se puede utilizar para determinar qué proteínas o las bacterias estar presente en una muestra de sangre.
Tecnología abandonada
Mientras que los nuevos procedimientos y tecnología están disponibles, la más vieja tecnología se abandona rápido. Un buen ejemplo es métodos para determinar el tamaño de las moléculas de la DNA. Antes de la electroforesis (agarosa o poliacrilamida del gel) la DNA fue clasificada con la sedimentación de la tarifa en los gradientes de la sucrosa, una tecnología lenta y necesitanda mucho trabajo que requería la instrumentación costosa; antes de gradientes de la sucrosa, la viscometría fue utilizada.
Aparte de su interés histórico, vale el saber sobre una más vieja tecnología mientras que puede ser útil solucionar un problema particular.
Historia
considera también: Historia la biología molecular La biología molecular fue establecida en los años 30, el término primero fue acuñada por el tejedor de Warren en 1938 sin embargo. Warren era director de las ciencias naturales para la fundación de Rockefeller en ese entonces y creído que la biología era alrededor experimentar un período de cambio significativo dado avances recientes en campos tales como cristalografía de la radiografía. Él por lo tanto acanaló cantidades significativas (de dinero del instituto de Rockefeller) en campos biológicos.
Ver también
Historia de la biología molecularBiología de célula (estructuras y componentes de la célula)
DNA y estructura del cromosoma
Biosíntesis (transcripción de la proteína de la DNA al ARN, traducción del ARN en la proteína )
Estructura y diversidad de la proteína
Genoma
Metabolismo
Publicaciones importantes en la biología molecular
Lista de los asuntos de la biología molecular
Proteome
Debido a el costo, la instrumentación grande se recolecta generalmente en una facilidad de la base de biología molecular
Errores innatos del metabolismo
Microbiología molecular
Biólogos moleculares notables
Tortícolis de Francisco (véase también el James D. Watson )Erwin Chargaff
Rosalind Franklin
Francois Jacob
Matthew Meselson
Christiane Nüsslein-Volhard
Linus Pauling
Perutz máximo
Frederick Sanger
Frank Stahl
Susumu Tonegawa
James D. Watson (véase también la tortícolis de Francisco)
Mauricio Wilkins
Alexander rico
Reiji Okazaki
Elizabeth Blackburn
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