Sinh học phân tử
Lịch sử

Sinh học phân tử là sự giao thoa giữa ngành di truyền học và hóa sinh. Ở thế kỷ 20 khi di truyền học và hóa sinh vừa hình thành và bắt đầu phát triển, cả hai lĩnh vực rõ ràng đều nỗ lực tìm cách xác định các cơ chế phân tử giúp tạo nên nền tảng cho các chức năng quan trọng của tế bào. Những tiến bộ trong sinh học phân tử có liên quan chặt chẽ đến sự phát triển của các công nghệ mới và sự tối ưu hóa trong cả hai lĩnh vực di truyền học và hóa sinh. Sinh học phân tử đã được làm sáng tỏ bởi công trình nghiên cứu của nhiều nhà di truyền học và hóa sinh, và do đó lịch sử của phân ngành này phụ thuộc vào sự hiểu biết của các nhà khoa học này và những thí nghiệm của họ.[cần dẫn nguồn]
Có thể nói, tất cả kiến thức hiện tại của sinh học phân tử đều bắt đầu từ hiện tượng biến nạp ở vi khuẩn. Năm 1928, Frederick Griffith, đã quan sát thấy hiện tượng biến đổi từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác mà ngày nay được gọi là biến nạp, và ở thời điểm đó, ông không thể tìm ra lý do để giải thích sự việc này. Do đó, người ta còn gọi ông là nhà vi sinh vật học. Mãi cho đến năm 1944, ba nhà khoa học Oswald Avery, Colin Macleod và Maclyn McCarty, đã chứng minh toàn bộ hiện tượng biến nạp ở vi khuẩn. Vào năm 1930, hai năm sau thí nghiệm của Griffith, sinh học phân tử được thành lập như một phân ngành khoa học chính thức. Tuy nhiên, thuật ngữ “sinh học phân tử” vẫn chưa tồn tại cho đến năm 1938 khi nhà khoa học Warren Weaver, người đang làm việc với tư cách là giám đốc lĩnh vực Khoa học Tự nhiên tại Quỹ Rockefeller, đặt tên phân ngành này là sinh học phân tử.
Sau một loạt các thí nghiệm được trải dài sang nhiều năm, những nhà nghiên cứu sinh học phân tử mới kết luận được rằng DNA là vật chất di truyền cơ bản gây ra các biến đổi di truyền. Thành phần cơ bản của DNA chứa bốn nucleobase là -  Adenin (A), Guanin (G), Thymine (T), và Cytosine (C). Dựa trên thành phần hóa học và thông tin từ tinh thể học tia X được thực hiện bởi Maurice Wilkins và Rosalind Franklin, cấu trúc ADN đã được đề xuất bởi James Watson và Francis Crick. Tuy nhiên, trước khi Watson và Crick đề xuất cấu trúc DNA, vào năm 1950, nhà khoa học người Áo Erwin Chargaff, đã đề xuất một lý thuyết hay quy luật mà ngày nay được gọi là quy luật Chargaff. Quy luật nêu rằng tỷ lệ của Adenin với Thymine và Guanin với Cytosine là bằng nhau.
Nguyên văn:
"Chargaff's rule stated that DNA from any species of any organism should have a 1:1 stoichiometric ratio of purine and pyrimidines (i.e., A+G=T+C) and, more specifically, that the amount of guanine should be equal to cytosine and the amount of adenine should be equal to thymine. This pattern is found in both strands of the DNA".
Tạm dịch:
"Quy luật Chargaff nêu rằng DNA từ bất kỳ loài sinh vật nào đều phải có tỷ lệ phân cực là 1:1 giữa purine và pyrimidine (tức là A + G = T + C) và đặc biệt hơn, số lượng guanine phải bằng cytosine, và số lượng adenine phải bằng thymine. Mô típ này được tìm thấy ở cả hai mạch của DNA".
Lĩnh vực di truyền học ra đời như một nỗ lực nhằm tìm hiểu các cơ chế phân tử của di truyền gen và cấu trúc của một gen. Gregor Mendel đã đi tiên phong trong công việc này vào năm 1866 khi ông lần đầu tiên viết các quy luật di truyền dựa trên các nghiên cứu của mình về phép lai giao phối ở cây đậu. Một trong những quy luật di truyền là quy luật phân li. Quy luật này phát biểu rằng các cá thể lưỡng bội có hai alen cho một gen cụ thể sẽ truyền một trong các alen này cho con cái của chúng.  Do có vai trò quan trọng trong lĩnh vực di truyền học, các nghiên cứu về di truyền gen thường được gọi là di truyền Mendel.
Một cột mốc quan trọng trong phân ngành sinh học phân tử là việc tìm ra cấu trúc của DNA. Công việc này bắt đầu vào năm 1869 bởi Friedrich Miescher, một nhà hóa sinh người Thụy Sĩ, người đầu tiên đề xuất một cấu trúc gọi là nuclein, mà ngày nay chúng ta biết là deoxyribonucleic acid, hay DNA. Ông đã phát hiện ra chất hóa học này bằng cách nghiên cứu các thành phần có trong mủ dính trên băng dán cá nhân, và ghi nhận các đặc tính độc đáo của "chất chứa phosphorus". Một người đóng góp quan trọng khác cho mô hình DNA là Phoebus Levene, người đã đề xuất "mô hình polynucleotide" của DNA vào năm 1919 dựa trên kết quả của các thí nghiệm sinh hóa của ông trên nấm men. Vào năm 1950, Erwin Chargaff đã mở rộng nghiên cứu của Levene và làm sáng tỏ một số đặc tính quan trọng của nucleic acid. Thứ nhất, trình tự của nucleic acid trên các loài khác nhau. Thứ hai, tổng nồng độ của purine (A và G) luôn bằng tổng nồng độ của pyrimidine (C ​​và T) và điều này bây giờ được gọi là quy luật Chargaff. Năm 1953, James Watson và Francis Crick công bố cấu trúc xoắn kép của DNA dựa trên công trình tinh thể học tia X do Rosalind Franklin và Maurice Wilkins thực hiện. Watson và Crick mô tả cấu trúc của DNA và phỏng đoán về ảnh hưởng của cấu trúc độc đáo này đối với cơ chế nhân bản DNA. Sau cùng, J. D. Watson và F. H. C. Crick đã được trao giải Nobel năm 1962, cùng với Maurice Wilkins, vì đã đề xuất một mô hình về cấu trúc của ADN.
Thời gian trôi qua, vào năm 1964, Kjeld Marker và Frederick Sanger đã phát hiện ra một RNA vận chuyển amioacyl đặc biệt ở E.coli, được gọi là RNA vận chuyển N-formyl-methionyl và giải thích rằng phân tử này đóng một vai trò trong cơ chế đặc biệt của quá trình kéo dài mạch khi tế bào dịch mã. Ông đã được trao giải Nobel thứ hai vì đã tìm ra trình tự hoàn chỉnh bao gồm 5400 nucleotide trên mạch đơn DNA của thể thực khuẩn Phi X174.
Vào năm 1961, các nhà khoa học đã chứng minh được rằng khi một gen mã hóa thành protein, ba base liên tiếp của DNA của gen sẽ chỉ định từng amini acid kế tiếp của protein. Do đó, mã di truyền là mã bộ ba, trong đó mỗi bộ ba (được gọi là codon) chỉ định một amino acid cụ thể. Hơn nữa, các nghiên cứu chỉ ra rằng các codon không chồng chéo với nhau trong trình tự DNA và mỗi trình tự được đọc từ một điểm bắt đầu cố định.
Trong giai đoạn 1962–1964, thông qua việc sử dụng các thể thực khuẩn mang đột biến gây tự chết có điều kiện, các nhà sinh học phân tử đã đạt được những tiến bộ cơ bản trong việc hiểu biết về các chức năng và tương tác của các protein được sử dụng trong quá trình sao chép, sửa chữa, và tái tổ hợp DNA, và trong việc hình thành các cấu trúc phân tử.