Podstawowe zagadnienia związane z biologią molekularną to  m.in. budowa DNA i RNA, procesy replikacji, transkrypcji i translacji, regulacja ekspresji genów, a także metody molekularne stosowane w badaniach biologicznych.

Budowa DNA i RNA

DNA i RNA są kwasami nukleinowymi, które stanowią materiał genetyczny organizmów. DNA składa się z dwóch łańcuchów nukleotydów, które tworzą podwójną helisę. Każdy nukleotyd składa się z cukru, zasady azotowej i reszty kwasu fosforowego. W DNA występują cztery zasady azotowe: adenina (A), cytozyna (C), guanina (G) i tymina (T), które łączą się w parach A-T i C-G.

RNA jest jednoniciowym kwasem nukleinowym, który powstaje z DNA podczas procesu transkrypcji. RNA składa się z jednej nici nukleotydowej, która zawiera cukier rybozę, zasady azotowe (adenina, cytozyna, guanina i uracyl) oraz resztę kwasu fosforowego.

Procesy replikacji, transkrypcji i translacji

Replikacja DNA to proces, w którym podwójna helisa DNA jest kopiowana przed podziałem komórki. Proces ten wymaga białek enzymatycznych oraz wolnych nukleotydów, które łączą się z nukleotydami na istniejącej już nici DNA.

Transkrypcja to proces, w którym informacja genetyczna z DNA jest przepisywana na RNA. Proces ten wymaga białek enzymatycznych i nukleotydów RNA, które łączą się z DNA na zasadzie dopasowania komplementarnego.

Translacja to proces, w którym informacja genetyczna zawarta w RNA jest wykorzystywana do syntezy białek. Proces ten wymaga maszynerii translacyjnej, w tym rybosomów, tRNA i aminoacylo-tRNA syntetaz.

Regulacja ekspresji genów

Regulacja ekspresji genów to proces, w którym organizm kontroluje, które geny są włączone, a które wyłączone w danym czasie i miejscu. Mechanizmy regulacji ekspresji genów obejmują m.in. modyfikacje chromatyny, inter

akcje czynników transkrypcyjnych z DNA oraz mechanizmy kontroli stabilności mRNA i syntezy białek.

Modyfikacje chromatyny, takie jak metylacja DNA i modyfikacje histonów, wpływają na dostępność DNA do białek transkrypcyjnych, co może prowadzić do zwiększonej lub zmniejszonej ekspresji genów.

Czynniki transkrypcyjne są białkami, które łączą się z określonymi sekwencjami DNA i wpływają na aktywność genów. Mogą one zwiększać lub zmniejszać ekspresję genów.

Kontrola stabilności mRNA i syntezy białek polega na regulacji ilości mRNA, która jest produkowana z danego genu, oraz ilości białek, które są syntezowane z tego mRNA. Mechanizmy te obejmują m.in. degradację mRNA, translację, stabilizację mRNA i regulację szybkości translacji.

Metody molekularne stosowane w badaniach biologicznych

Metody molekularne są szeroko stosowane w badaniach biologicznych, zarówno w badaniach podstawowych, jak i w diagnostyce chorób. Niektóre z metod molekularnych obejmują sekwencjonowanie DNA i RNA, amplifikację DNA, hybrydyzację DNA i RNA, elektroforezę i analizę białek.

Sekwencjonowanie DNA i RNA to proces określenia sekwencji nukleotydów, które tworzą DNA lub RNA. Metody sekwencjonowania obejmują m.in. elektroforezę kapilarną, sekwencjonowanie nowej generacji i sekwencjonowanie pojedynczej cząsteczki.

Amplifikacja DNA to proces, w którym małe ilości DNA są powielane, aby uzyskać większe ilości DNA do dalszych badań. Najpopularniejszą metodą amplifikacji DNA jest reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR).

Hybrydyzacja DNA i RNA polega na łączeniu się jednoniciowych nici DNA lub RNA z komplementarnymi sekwencjami DNA lub RNA. Metoda ta jest wykorzystywana do identyfikacji genów, badania związków między genami i badania ekspresji genów.

Elektroforeza to technika, w której molekuły są oddzielane w polu elektrycznym w oparciu o ich rozmiar i ładunek. Metoda ta jest wykorzystywana do separacji i analizy kwasów nukleinowych i białek.

Analiza białek obejmuje wiele technik, takich jak chromatografia, spektrometria mas i spektroskopia NMR. Metody te pozwalają na identyfikację białek, określenie ich sekwencji aminokwasowej i analizę ich struktury i funkcji.

Są dwie grupy metod stosowanych w diagnostyce molekularnej

Do pierwszej z nich należą techniki hybrydyzacji kwasów nukleinowych, które pozwalają na wykrycie i pomiar stężenia specyficznych sekwencji kwasu nukleinowego z wykorzystaniem znakowanej sondy DNA. W badaniach ilościowych nadmiar sondy ulega rozkładowi za pomocą nukleazy, a ilość sondy która nie uległa rozkładowi stanowi miarę stężenia badanej sekwencji. Do metod hybrydyzacyjnych zaliczamy m.in.: Metodę Southerna, opartą na elektroforetycznym rozdziale fragmentów DNA,
Metodę Northerna, będącą analogiczną metodą, z tym, że analizie poddawane jest RNA
Hybrydyzacje in situ, w której badaną tkankę inkubuje się z sondą w postaci znakowanego kwasu nukleinowego.

Drugą grupę stanowią metody pozwalające na analizę odcinków DNA powstałych po strawieniu enzymami restrykcyjnymi, które to enzymy rozpoznają w dwuniciowym DNA specyficzne sekwencje nukleotydowe i rozcinają obydwie nici DNA w ściśle określonych miejscach umiejscowionych w obrębie rozpoznawanej sekwencji. Uzyskane w ten sposób fragmenty restrykcyjne można rozdzielić elektroforetycznie a następnie sporządzić mapę restrykcyjną pokazującą lokalizację miejsc rozcięcia. Mapy te umożliwiają porównanie dwóch cząsteczek DNA bez konieczności określania ich sekwencji nukleotydowych oraz umożliwiają tworzenie zrekombinowanych cząsteczek DNA in-vitro.

Do amplifikacji materiału genetycznego służą między innymi:

1. PCR (reakcja łańcuchowa polimerazy) Jest to prosta  i bardzo skuteczna metoda pozwalająca na wielokrotne powielanie dowolnej sekwencji DNA, pod warunkiem, że znane są sekwencje krótkich odcinków DNA po każdej stronie sekwencji przeznaczonej do powielania.
2. LCR (ligazowa reakcja łańcuchowa).
3. Amplifikacja RNA.

W nowoczesnych metodach immunochemicznych wykorzystywane są reakcje antygen-przeciwciało. Charakteryzują się one wysoką czułością rzędu pikogram – nanogram/ml i można je podzielić na:

• Metody radioimmunologiczne (RIA)  izotopowe, oparte na pomiarze radioaktywności substancji znakowanej izotopem promieniotwórczym wchodzącej w skład reakcji antygen-przeciwciało. Znakowaniu można poddać antygenu lub przeciwciało
• Metody immunoenzymatyczne (EIA)
• Metody fluorescencyjne (FIA)
• Metody chemiluminescencyjne

Diagnostyka molekularna znajduje szerokie zastosowanie w onkologii, w wykrywaniu chorób zakaźnych, w badaniach zgodności tkankowej w przypadku doboru dawców i biorców przeszczepów,. Głównym przedmiotem badań jest wykrywanie zmiany w obrębie materiału genetycznego osoby chorej w przypadku kiedy chorobę cechuje występowanie zmienionych pod wpływem mutacji fragmentów DNA lub wykrywania materiału genetycznego patogenu. Takim materiałem może być genom mikroorganizmu wywołującego chorobę.

Sekwencjonowanie DNA, pozwala na identyfikację mutacji genetycznych, które są związane z chorobami dziedzicznymi, takimi jak mukowiscydoza, dystrofia mięśniowa i choroba Huntingtona. Badania te pozwalają również na ocenę ryzyka wystąpienia chorób dziedzicznych u osób z rodzinami obciążonymi takimi chorobami.

źródło;

http://laboratoria.net/home/10369.html

1. Dulak J., Piwońska B., Dębińska-Kieć A.: Metody biologii molekularnej w diagnostyce klinicznej. „Badania Diagnostyczne”, 1998,4 , 1-6.
2. Odrowąż–Sypniewska G., Czerski T.: Nowe metody diagnostyki molekularnej w badaniach epidemiologicznych. „ Laboratorium – Przegląd ogólnopolski”, 2004, 6, 36-38.
3. Kozik A., Rąpała–Kozik M., Guevara-Lora I.: Analiza instrumentalna w biochemii, Kraków 2001
4. Hames B.D., Hooper N.M., Houghton J.D.: Biochemia-krótkie wykłady. Wydawnictwo Naukowe PWN, 2000.
5. Dębińska-Kieć A., Naskalski J. Diagnostyka laboratoryjna z elementami biochemii klinicznej. Wrocław 2002, 59-106