البيولوجيا الجزيئية

علم الأحياء الجزيئي ، هو مجال العلوم المعني بدراسة الهياكل ، والعمليات الكيميائية للظواهر البيولوجية ، التي تنطوي على الوحدات الأساسية للحياة ، والجزيئات.

ويركز مجال البيولوجيا الجزيئية بشكل خاص على الأحماض النووية ، (على سبيل المثال ، DNA و RNA) والبروتينات ، والجزيئات الضخمة الضرورية لعمليات الحياة ،  وكيف تتفاعل هذه الجزيئات وتتصرف داخل الخلايا.

وقد ظهرت البيولوجيا الجزيئية في ثلاثينيات القرن العشرين ، بعد أن تطورت من المجالات ذات الصلة للكيمياء الحيوية ، وعلم الوراثة ، والفيزياء الحيوية ، واليوم لا تزال مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بتلك المجالات.[1]

تطور البيولوجيا الجزئية

تم تطوير تقنيات مختلفة لعلم الأحياء الجزيئي ، على الرغم من أن الباحثين في هذا المجال ، قد يستخدمون أيضًا أساليب وتقنيات محلية للوراثة ، وغيرها من المجالات المرتبطة ارتباطًا وثيقًا ، وعلى وجه الخصوص ، يسعى علم الأحياء الجزيئي إلى فهم البنية ثلاثية الأبعاد للجزيئات البيولوجية الكبيرة ، من خلال تقنيات مثل حيود الأشعة السينية ، و

المجهر الإلكتروني

.[2]

كما يسعى النظام بشكل خاص إلى فهم الأساس الجزيئي للعمليات الجينية ،  يحدد علماء الأحياء الجزيئية موقع الجينات على كروموسومات معينة ، ويربطون هذه الجينات بشخصيات معينة من كائن حي ، ويستخدمون

الهندسة الوراثية

(تقنية الحمض النووي المؤتلف) ، لعزل وتسلسل وتعديل جينات معينة.

ويمكن أن تتضمن هذه الأساليب أيضًا تقنيات مثل تفاعل سلسلة البلمرة ، النشاف الغربي ، وتحليل المصفوفة الدقيقة.

البيولوجيا الجزئية


بالأربعينات

وفي الفترة المبكرة خلال الأربعينيات من القرن العشرين ، كان مجال البيولوجيا الجزيئية معنيًا بتوضيح البنية الأساسية ثلاثية الأبعاد للبروتينات ، ومكنت زيادة المعرفة ببنية البروتينات في أوائل الخمسينات من القرن الماضي ، من تكوين حمض الحمض النووي الريبي (DNA) ، المخطط الجيني الموجود في جميع الكائنات الحية ، والذي تم وصفه في عام 1953م.

وقد مكنت الأبحاث الإضافية العلماء ، من اكتساب معرفة مفصلة بشكل متزايد ليس فقط من الحمض النووي ، وحمض الريبونوكليك (RNA) ، ولكن أيضًا من المتواليات الكيميائية ، داخل هذه المواد التي توجه الخلايا والفيروسات ، إلى إنتاج البروتينات.

البيولوجيا الجزئية


بالسبعينات

ظلت البيولوجيا الجزيئية علمًا نقيًا مع بعض التطبيقات العملية حتى السبعينيات ، عندما تم اكتشاف أنواع معينة من الإنزيمات التي يمكن أن تقطع ، وإعادة تجميع أجزاء من الحمض النووي في الكروموسومات لبعض البكتيريا ، أصبحت تقنية الحمض النووي المؤتلف الناتجة ، واحدة من أكثر الفروع نشاطًا في علم الأحياء الجزيئي ، لأنها تسمح بمعالجة التسلسل الجيني ، الذي يحدد السمات الأساسية للكائنات الحية.[3]

تقنيات البيولوجيا الجزيئية الشائعة

تغطي القائمة التالية بعضًا من تقنيات البيولوجيا الجزيئية الأكثر استخدامًا ، فهي ليست شاملة بأي حال من الأحوال.

الرحلان الكهربائي

الرحلان الكهربائي هو عملية تفصل بين الجزيئات ، مثل الحمض النووي ، أو البروتينات حسب حجمها ، والرحلان الكهربائي هو الدعامة الأساسية لمختبرات البيولوجيا الجزيئية ،  في حين أن معرفة حجم الجزيء قد لا تبدو مثل هذه المعلومات الكثيرة ، ويمكن استخدامها لتحديد الجزيئات ، أو أجزاء من الجزيئات ، وكفحص للتأكد من وجود الجزيء الصحيح.

تفاعل البوليميراز المتسلسل (


PCR


)

تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) ، هو عملية تستخدم لتضخيم كميات صغيرة جدًا من الحمض النووي ، إلى كميات يمكن استخدامها في المزيد من التجارب ، ويتم استخدامه كأداة أساسية في علم الأحياء الجزيئي ، للتأكد من أن لدينا ما يكفي من الحمض النووي ، لتنفيذ تقنيات أخرى مثل التعديل الوراثي ، ومع ذلك فإن لها استخدامات عملية أوسع مثل الطب الشرعي ، (تحديد باستخدام توصيف الحمض النووي) ، وتشخيص المرض.

ويمكن أيضًا استخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) ، لإدخال طفرات نقطة صغيرة في الجين ، في عملية تسمى الطفرات الموجهة للموقع.

ملخص التقييد

ملخص التقييد هو عملية قطع الحمض النووي ، إلى أجزاء أصغر ، باستخدام الإنزيمات التي تعمل فقط في تسلسل جيني معين.

الربط

الربط هو عملية ربط قطعتين من الحمض النووي معًا ، ويكون الربط مفيدًا عند إدخال قطعة جديدة من DNA ، في جينوم آخر.

5-


النشاف

النشاف هي تقنية تستخدم لتحديد الجزيئات الحيوية ، على وجه التحديد بعد الرحلان الكهربائي ، ويشار إلى الجزيء المطلوب ، إما باستخدام مسبار مسمى (حبلا مكمل للحمض النووي) ، أو جسم مضاد معلوم مرفوع ضد بروتين معين.

الاستنساخ

الاستنساخ

هو أسلوب إدخال جين جديد ، في الخلية أو الكائن الحي ، و يمكن استخدام ذلك لمعرفة تأثير تعبير هذا الجين على الكائن الحي ، لتحويل الكائن إلى مصنع ينتج كميات كبيرة من الجين ، أو البروتين الذي يرمز له ، أو (ضمن تضمين ملصق) ل تشير إلى مكان التعبير عن منتجات ذلك الجين ، في الكائن الحي.

ويسمى إدخال المادة الوراثية في البكتيريا بالتحول ، بينما يسمى الإدخال في خلية حقيقية النواة ترنسفكأيشن ، إذا تم استخدام فيروس لإدخال هذه المادة ، فإن العملية تسمى التنبيغ.

ويتم استخدام كل من هذه التقنيات ، بالاقتران مع تقنيات أخرى لمساعدة العلماء على حل سؤال بحثي معين ، على سبيل المثال ، بعد استخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) ، لإنشاء كميات كبيرة من جين معين ، يمكن للعلم أن يسجل جينًا لبروتين معين ، في ناقل بلازميد (خيط دائري قصير من الحمض النووي يعمل كحامل) ، ويؤدي إلى هضم وتقييد سريع للرحلان الكهربائي ، إلى تأكد من إدخال الجين بشكل صحيح ، ثم استخدم هذا البلازميد لتحويل خلية بكتيرية ، تستخدم لإنتاج كميات كبيرة من الناقل.

وبعد تنقية الناقل من البكتيريا ، يتم استخدامه بعد ذلك في نقل خلايا الثدييات في المزرعة ، ثم يستخدم العالم الرحلان الكهربائي للبروتين والنشاف الغربي ، لتوضيح تعبير المنتج الجيني.

الفرق بين البيولوجيا الجزيئية والكيمياء الحيوية وعلم الوراثة

علم الأحياء الجزيئي هو واحد من أحدث الفروع العلمية والبحث العلمي ، والذي يتعلق بجميع الأنشطة البيولوجية ، ويتعامل معها على أدنى مستوى جزيئي ، علاوة على ذلك تتداخل وتختلط مع مجالات العلوم الأخرى من الكيمياء والبيولوجيا ، إلى الكيمياء الحيوية و

علم الوراثة

.

المجال الرئيسي وجانب أبحاثه هو فهم كيفية تفاعل جميع الأنظمة الخلوية ، ولفهم ذلك ، يجب على المرء أن يفكر من حيث الجسيمات الأكثر أهمية لجميع البشر – DNA ، وبالطبع ، RNA والبروتينات الأخرى ، وجميع وظائفها في التوليف ، ولهذا السبب يصعب التمييز بين الكيمياء الحيوية ، وعلم الوراثة ، والبيولوجيا الجزيئية.

ومع ذلك ، إذا كنت ترغب في تحديد ما يفعله العلماء في هذه المجالات الثلاثة بشكل مستقل ، فيجب ملاحظة أن الكيميائي الحيوي ، يتعامل ويدرس المواد والعمليات الكيميائية التي تحدث في جميع الكائنات الحية ، ويدرسون وظائف وهياكل وأدوار الجزيئات الحيوية ، والتي هي محور التركيز الرئيسي لجميع الكيمياء الحيوية.  [4]

ومجال التركيز المهم الآخر هو كيمياء جميع الوظائف البيولوجية ، وتوليف كل جزيء حيوي يشارك في الكائنات الحية.

ويهتم أخصائي البيولوجيا الجزيئية بجميع الآليات الجزيئية ، التي تقف خلف العمليات البيولوجية المختلفة مثل النسخ والترجمة ووظائف الخلية ، وأساس علم الأحياء الجزيئي ، هو فهم كيفية تحويل الجينات إلى جزيء الحمض النووي الريبي في عملية النسخ ، ثم كيفية ترجمة الحمض النووي الريبي إلى بروتينات.

في الوقت الحاضر ، تمت إعادة النظر في هذه العقيدة البسيطة بسبب أحدث الاكتشافات ، والتي تتعلق بالأدوار الحقيقية لل RNA في الكائنات الحية.

وأخيرًا ، يتعلق علم الوراثة بالجينات ، وتأثيراتها على جميع الكائنات الحية ، ويتم فحص هذه الآثار في الغالب خلال دراسات خروج المغلوب ، حيث يستخدم الباحثون نماذج مصممة على الحيوانات ، بحيث يفتقرون إلى بعض جيناتهم مقارنة بالنمط الظاهري المنتظم.

يحاول العلماء نمذجة وتحديد آلية أورام المخ العدوانية ، والمميتة على أجهزة الكمبيوتر، وقد طوروا طريقة جديدة خالية من الملصقات ، تستخدم للكشف عن تضخيم الحمض النووي في الوقت الحقيقي ، وتتطلب هذه الدراسة أن يعمل علماء الأحياء الجزيئية والكيمياء الحيوية وعلم الوراثة والتعاون مع بعضهم البعض.