Sinteza proteinelor este procesul celular de creare a proteinelor. Formulele lor și instrucțiunile despre cum să le facă sunt codificate în ADN. Este util să faceți referire la proces în două părți. Transcripția sintezei proteinelor copiază codul ADN. Traducerea sintezei proteinelor potrivește codul cu compușii chimici din celulă, a căror combinație devine o proteină.
Acidul dezoxiribonucleic (ADN), modelul principal al unui organism individual, este structurat ca un dublu helix. O analogie bună este o fâșie lungă de fermoar răsucit. Există două fire formate din zaharuri cu 5 atomi de carbon și fosfați. Legături între ele sunt nucleotide pereche care se întrepătrund, ca dinții opuși ai unui fermoar închis. Adenina (A) se potrivește cu timina (T), citozina (C) cu guanina (G) și invers.
Transcripția sintezei proteinelor începe în nucleul unei celule, unde ADN-ul este „deschis” de o enzimă numită helicază, rezultând două catene separate. O enzimă critică numită ARN polimerază (RNAP) se atașează apoi de una dintre fire pentru a începe un proces numit alungire. Identifică prima nucleotidă de pe catena matriță a ADN-ului și, făcând acest lucru, atrage o nucleotidă liberă care trebuie să fie asociată cu aceasta. RNAP se deplasează apoi la următoarea nucleotidă de pe catena ADN și continuă la următoarea și următoarea, până când un lanț de acid ribonucleic (ARN) a fost asamblat.
ARN-ul este o singură catenă de nucleotide nepereche capabilă să-și păstreze integritatea structurală cu adăugarea de molecule de oxigen. Lanțul de ARN care a fost construit de agentul său polimerază, unele cu mai mult de 2 milioane de nucleotide, se numește ARN mesager (ARNm). În teorie, mARN-ul este menit să fie un duplicat exact al catenei unice de ADN neutilizate rămase în urmă. În practică, nu este exact și pot apărea și erori de transcripție la sinteza proteinelor.
ARNm este, prin urmare, un lanț foarte lung de doar patru nucleotide diferite. Secvența sa este denumită transcriere. Un exemplu ar putea fi AAGCAUGAC – patru litere, poate 2 milioane dintre ele, în ordine aparent aleatorie. Este oarecum util să comparați viața carbonului ca fiind un bio-computer pe 4 biți la scară foarte mare. De remarcat este faptul că, în ARN, timina este înlocuită cu o nucleotidă similară numită uracil (U).
După cum sugerează și numele, ARN-ul mesager scapă de izolarea sa în nucleul unei celule prin porii de-a lungul membranei nucleare. Odată ajuns în citoplasma celulei, destinul acesteia este să livreze transcripția sintezei proteinelor, copiată din ADN, către structuri numite ribozomi. Ribozomii sunt fabricile de proteine ale celulei și, acolo, are loc a doua etapă a sintezei proteinelor.
Secvența codificată de nucleotide trebuie tradusă. Un ribozom se leagă de ARNm și, în procesul de citire a secvențelor sale, atrage fragmente de ARN numite ARN de transfer (ARNt), care se vor fi găsit și se vor lega cu un aminoacid liber specific secvenței sale scurte de nucleotide. Dacă există o potrivire, ARNt-ul și încărcătura sa se leagă de ribozom. Pe măsură ce ribozomul continuă să citească următoarea secvență, iar următoarea, într-un proces numit și alungire, rezultă un lanț polipeptidic lung de aminoacizi.
Proteinele care diferențiază țesutul organic ca formă și funcție sunt așa-numitele „blocuri de construcție ale vieții”. Ei, la rândul lor, sunt construiti ca un lanț de diferiți aminoacizi – traducerea codului ADN așa cum este transcris de ARN pentru cea mai importantă sarcină metabolică a celulei gazdă. Mai rămâne, totuși, un ultim pas pentru a finaliza sinteza proteinelor, care este frustrant înțelegerea științifică. Într-un proces numit plierea proteinelor, lanțul lung de aminoacizi se îndoaie, se îndoaie, se îndoaie și se compactează altfel în structura sa unică. În timp ce supercalculatoarele au avut un oarecare succes în plierea formulelor de proteine în formele lor tridimensionale corecte, majoritatea puzzle-urilor cu proteine au fost rezolvate intuitiv de oameni cu un simț sporit al dimensiunilor spațiale variabile.