molekularna biologija

molekularna biologija, grana biologije koja biol. pojave tumači svojstvima molekula što izgrađuju živa bića. Naziv molekularna biologija prvi je 1938. upotrijebio Warren Weaver, ravnatelj Odsjeka za prirodne znanosti Rockefellerove zaklade u New Yorku. Molekularna biologija utemeljena je pol. XX. st. iako su i prije toga ostale molekularne znanosti tumačile pojedine biol. pojave, primjerice biokemija (zvana i »fiziološkom kemijom«) metabolizam, a biofizika kontrakciju mišića i prijenos živčanih impulsa. Otkrićem genetičke uloge deoksiribonukleinske kiseline (DNA), amer. je bakteriolog Oswald Avery 1944. pokazao da nasljeđivanje ima molekularnu osnovu. E. Schrödinger potaknuo je razvoj molekularne biologije svojim djelom Što je život (What is Life, 1944), u kojem je iznio mišljenje da se pojava života može objasniti jednostavnim fizikalnim zakonima. Potom su započela istraživanja jednostavnih živih sustava, primjerice bakterijskih i biljnih virusa. Proučavajući hemoglobin pacijenata koji boluju od prirođene srpaste anemije, L. Pauling je 1949. prepoznao postojanje »molekularnih bolesti«. God. 1953. J. D. Watson i F. H. C. Crick objasnili su strukturu DNA, što je pridonijelo daljnjemu razumijevanju molekularne osnove nasljeđivanja (→ molekularna genetika). Poslije se pokazalo da sve biol. pojave imaju molekularnu osnovu koja je zajednička svim živim bićima, a što, uz staničnu organizaciju, evoluciju iz zajedničkih predaka prirodnom selekcijom, te Mendelove zakone nasljeđivanja, čini četvrto, univerzalno načelo sveukupne biologije.

Temeljno je načelo molekularne biologije Crickova centralna dogma, po kojoj se genetička informacija prenosi s nukleinskih kiselina na bjelančevine, a nikada u suprotnom smjeru. Snažan poticaj razvoju molekularne biologije dalo je otkriće genskoga koda početkom 1960-ih, koje je omogućilo izravnu usporedbu strukture gena sa strukturom bjelančevina. Poznavanje stvarne prostorne građe (→ konformacija) biol. makromolekula (bjelančevina i nukleinskih kiselina) prijeko je potrebno za razumijevanje biol. procesa na razini molekula. Budući da je konformacija posljedica primarne strukture (redoslijed aminokiselina, odnosno nukleotida), dosadašnja istraživanja na polju molekularne biologije provodila su se u dva smjera: istraživanja primarne strukture bjelančevina i nukleinskih kiselina te istraživanja konformacije tih molekula. Do kraja XX. st. usavršene su automatizirane metode za određivanje primarnih struktura (sekvenciranje). U javno dostupnim bankama podataka 2004. bili su pohranjeni podatci o strukturi oko 1,6 mil. bjelančevina iz 60 000 biol. vrsta, te o sljedovima milijardi nukleotida u njihovim genomima, uključujući ukupni ljudski genom (oko 3 mlrd. nukleotida). Istodobno je, zahvaljujući uporabi akceleratora i računala, načinjen velik napredak u kristalografskim istraživanjima konformacije biol. makromolekula i supramolekularnih nakupina, primjerice nukleosoma i ribosoma, u kojima su određeni točni položaji svih atoma.

Danas ne postoji biol. pojava koja se ne nastoji razumjeti na molekularnoj razini, pa su se primjenom molekularno-biol. načela razvile različite molekularne discipline: molekularna genetika, fiziologija, imunologija, taksonomija, ontogeneza, evolucija, medicina, patologija i dr. Molekularna biologija primjenjuje se u svim biol., biomedicinskim, biotehničkim, farmaceutskim i sličnim istraživanjima, pa se procjenjuje da 50% svih istraživača u svijetu radi na području molekularne biologije ili njezine primjene. Radi razumijevanja životnih procesa na razini molekule, molekularna biologija nastoji ujediniti sve molekularne sastavnice u organizmu. Tako genom predstavlja svu DNA nekog organizma, proteom sve njegove bjelančevine, metabolom sve metabolite itd. Od početka razvoja te biol. discipline bilo je jasno da se fenomen života ne sastoji od mnoštva odvojenih procesa, već da su biol. strukture i procesi visoko organizirani i usklađeni. Vrlo rano otkrivena je alosterija u regulaciji aktivnosti bjelančevina, operon (F. Jacob i J. Monod) u regulaciji ekspresije bakterijskih gena, objašnjen je mehanizam hormonske regulacije, kao i mnogi još složeniji regulacijski procesi.

Prva institucija koja je u svojem nazivu obuhvaćala termin molekularna biologija bila je Jedinica Medicinskog istraživačkoga vijeća za molekularnu biologiju (Medical Research Council Unit for Molecular Biology), utemeljena 1957. u engl. gradu Cambridgeu. Razvila se iz Cavendishova laboratorija unutar Fizičkog odsjeka Sveučilišta u Cambridgeu, u kojem su odgonetnute strukture mioglobina, hemoglobina i DNA. Dvije godine poslije J. C. Kendrew u Cambridgeu je pokrenuo Journal of Molecular Biology, jedan od vodećih časopisa u biol. znanostima.

U Hrvatskoj se molekularna biologija počela razvijati oko 1960. u Institutu »Ruđer Bošković«, gdje je S. Maričić započeo molekularna istraživanja na hemoglobinu, a B. Miletić na nukleinskim kiselinama. Središte istraživanja i danas je Zavod za molekularnu biologiju tog instituta, a slični zavodi i jedinice postoje na pojedinim fakultetima sveučilišta u Zagrebu, Osijeku, Splitu i Rijeci. Uobičajena je problematika hrv. molekularne biologije radijacijsko oštećenje DNA, molekularna evolucija i mehanizam biosinteze bjelančevina. Molekularna biologija se u Hrvatskoj primjenjuje u medicinsko-biokemijskim, forenzičnim i industr. laboratorijima, posebice u PLIVI. Neki su istaknuti hrv. molekularni biolozi članovi Europska organizacija za molekularnu biologiju (European Molecular Biology Organization, akr. EMBO), a u svjetskim su razmjerima poznati primjerice M. Radman (otkrivač tzv. SOS-popravka DNA) i N. Ban (otkrivač molekularne strukture ribosoma).

molekularna biologija. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 22.10.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=41590>.