Molekularbiologie ist ein Gebiet der Biologie, das sich mit der molekularen Maschinerie des Lebens befasst. Das Feld wurde in den frühen 1930er Jahren gegründet, obwohl der Begriff erst 1938 verwendet wurde und das Feld erst Ende der 50er und Anfang der 60er Jahre begann. Seitdem sind die Fortschritte auf diesem Gebiet enorm. Das Feld begann mit der Röntgenkristallographie verschiedener wichtiger biologischer Moleküle. Heute speichern Kristallographiedatenbanken die molekulare Struktur von Zehntausenden dieser Moleküle. Das Verständnis dieser Proteine hilft uns zu verstehen, wie der Körper funktioniert und wie man ihn repariert, wenn er zusammenbricht.
Mit der Aufdeckung der DNA-Struktur in den 1960er Jahren und den gleichzeitigen Fortschritten in Biochemie und Genetik entstand eine wahrhaft moderne Molekularbiologie. Die Molekularbiologie ist eine von drei primären biologischen Wissenschaften im molekularen Maßstab, die anderen sind Biochemie und Genetik. Es gibt keine klare Trennung zwischen den drei, aber sie haben allgemeine Bereiche.
Im Großen und Ganzen betrachtet die Biochemie die Funktion von Proteinen im Körper, die Genetik untersucht, wie Gene vererbt und vermehrt werden, und die Molekularbiologie betrachtet den Prozess der Replikation, Transkription und Translation von Genen. Die Molekularbiologie weist einige oberflächliche Ähnlichkeiten mit der Informatik auf, da Gene als diskreter Code betrachtet werden können, obwohl die Proteine, für die sie kodieren, und ihre nachfolgenden Wechselwirkungen stark nichtlinear sein können.
Die wichtigste Idee der Molekularbiologie ist das sogenannte „zentrale Dogma“ der Molekularbiologie, das besagt, dass der Informationsfluss in Organismen einer Einbahnstraße folgt – Gene werden in RNA transkribiert und RNA in Proteine übersetzt. Obwohl das „zentrale Dogma“ im Allgemeinen richtig ist, ist es nicht so absolut oder sicher, wie sein Name vermuten lässt. In einigen Fällen kann sich der Informationsfluss umkehren, da die Proteinumgebung beeinflussen kann, welche Gene in RNA transkribiert und welche RNA in Proteine übersetzt wird. Das breite Bild hält jedoch, als ob Proteine zu viel Einfluss auf die sie codierenden Gene hätten, würde der Körper im Chaos stecken.
Eines der grundlegendsten Forschungsgebiete in der Molekularbiologie ist die Verwendung von Expressionsklonierung, um zu sehen, welche Proteine von welchen Genen erzeugt werden. Die Expressionsklonierung beinhaltet das Klonieren eines DNA-Segments, das für ein interessierendes Protein kodiert, das Anhängen der DNA an einen Plasmidvektor und das anschließende Einführen des Vektors in eine andere Pflanze oder ein anderes Tier. Die Art und Weise, wie die übertragene DNA exprimiert wird, liefert wertvolle Erkenntnisse über ihre Rolle im Organismus. Dadurch können wir lernen, was Gene tun. Ohne dieses Wissen wäre ein Großteil der Genetik, wie zum Beispiel unser Wissen über das menschliche Genom, nutzlos.
Es gibt viele andere Forschungsrichtungen in der Molekularbiologie. Das Feld ist unglaublich groß. Die oben aufgeführten Informationen dienen jedoch als Einführung.