Η πρωτεϊνική σύνθεση είναι η κυτταρική διαδικασία δημιουργίας πρωτεϊνών. Οι τύποι τους και οι οδηγίες για τον τρόπο παρασκευής τους κωδικοποιούνται στο DNA. Είναι χρήσιμο να αναφερθούμε στη διαδικασία σε δύο μέρη. Η μεταγραφή πρωτεϊνικής σύνθεσης αντιγράφει τον κώδικα DNA. Η μετάφραση σύνθεσης πρωτεΐνης ταιριάζει με τον κώδικα με χημικές ενώσεις στο κύτταρο, ο συνδυασμός των οποίων γίνεται πρωτεΐνη.
Το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA), το κύριο σχέδιο ενός μεμονωμένου οργανισμού, είναι δομημένο ως διπλή έλικα. Μια καλή αναλογία είναι μια μακριά λωρίδα στριμμένου φερμουάρ. Υπάρχουν δύο σκέλη κατασκευασμένα από σάκχαρα 5 και άνθρακα και φωσφορικά άλατα. Η γέφυρά τους συμπλέκει ζευγαρωμένα νουκλεοτίδια, όπως τα αντίθετα δόντια ενός κλειστού φερμουάρ. Η αδενίνη (Α) ταιριάζει με τη θυμίνη (Τ), η κυτοσίνη (Γ) με τη γουανίνη (G) και αντίστροφα.
Η μεταγραφή πρωτεϊνικής σύνθεσης ξεκινά στον πυρήνα ενός κυττάρου, όπου το DNA «αποσυμπιέζεται» από ένα ένζυμο που ονομάζεται ελικάση, με αποτέλεσμα δύο διαχωρισμένους κλώνους. Ένα κρίσιμο ένζυμο που ονομάζεται πολυμεράση RNA (RNAP) στη συνέχεια προσκολλάται σε ένα από τα σκέλη για να ξεκινήσει μια διαδικασία που ονομάζεται επιμήκυνση. Προσδιορίζει το πρώτο νουκλεοτίδιο στο πρότυπο κλώνο του DNA και, με αυτόν τον τρόπο, προσελκύει ένα ελεύθερο νουκλεοτίδιο που πρέπει να συνδυαστεί με αυτό. Το RNAP στη συνέχεια μετακινείται στο επόμενο νουκλεοτίδιο του κλώνου DNA και συνεχίζει στον επόμενο και στον επόμενο, έως ότου συναρμολογηθεί μια αλυσίδα ριβονουκλεϊκού οξέος (RNA).
Το RNA είναι ένα μονόκλωνο μη ζευγαρωμένων νουκλεοτιδίων ικανό να διατηρήσει τη δομική του ακεραιότητα με την προσθήκη μορίων οξυγόνου. Η αλυσίδα RNA που έχει κατασκευαστεί από τον παράγοντα πολυμεράσης της, μερικά με περισσότερα από 2 εκατομμύρια νουκλεοτίδια, ονομάζεται αγγελιοφόρο RNA (mRNA). Θεωρητικά, το mRNA σκοπεύει να είναι ένα ακριβές αντίγραφο του αχρησιμοποίητου κλώνου DNA που έχει μείνει πίσω. Στην πράξη, δεν είναι ακριβές και μπορεί επίσης να προκύψουν σφάλματα μεταγραφής σύνθεσης πρωτεΐνης.
Το mRNA είναι, συνεπώς, μια πολύ μεγάλη αλυσίδα μόνο τεσσάρων διαφορετικών νουκλεοτιδίων. Η ακολουθία του αναφέρεται ως μεταγραφή. Ένα παράδειγμα μπορεί να είναι το AAGCAUUGAC – τέσσερα γράμματα, ίσως 2 εκατομμύρια από αυτά, σε φαινομενικά τυχαία σειρά. Είναι κάπως χρήσιμο να αναλύσουμε τη ζωή του άνθρακα ως βιο-υπολογιστή 4-bit πολύ μεγάλης κλίμακας. Ιδιαίτερα αξιοσημείωτο είναι ότι, στο RNA, η θυμίνη αντικαθίσταται από ένα παρόμοιο νουκλεοτίδιο που ονομάζεται ουρακίλη (U).
Όπως υποδηλώνει το όνομά του, το αγγελιοφόρο RNA διαφεύγει από τον περιορισμό του στον πυρήνα ενός κυττάρου μέσω πόρων κατά μήκος της πυρηνικής μεμβράνης. Μόλις βρεθεί στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου, ο προορισμός του είναι να μεταφέρει τη μεταγραφή της πρωτεϊνικής σύνθεσης, αντιγραμμένη από το DNA, σε δομές που ονομάζονται ριβοσώματα. Τα ριβοσώματα είναι τα εργοστάσια πρωτεΐνης του κυττάρου και, εκεί, συμβαίνει το δεύτερο βήμα της πρωτεϊνικής σύνθεσης.
Η κωδικοποιημένη αλληλουχία νουκλεοτιδίων πρέπει να μεταφραστεί. Ένα ριβόσωμα συνδέεται με το mRNA και, κατά τη διαδικασία ανάγνωσης των αλληλουχιών του, προσελκύει θραύσματα RNA που ονομάζονται RNA μεταφοράς (tRNA), το οποίο θα έχει βρεθεί και θα συνδεθεί με ένα ελεύθερο αμινοξύ ειδικό για τη σύντομη αλληλουχία νουκλεοτιδίων του. Εάν υπάρχει αντιστοιχία, το tRNA και το φορτίο του συνδέονται με το ριβόσωμα. Καθώς το ριβόσωμα προχωρά στην ανάγνωση της επόμενης ακολουθίας και της επόμενης, σε μια διαδικασία που ονομάζεται επίσης επιμήκυνση, προκύπτει μια μακρά πολυπεπτιδική αλυσίδα αμινοξέων.
Οι πρωτεΐνες που διαφοροποιούν τον οργανικό ιστό σε μορφή και λειτουργία είναι τα λεγόμενα «δομικά στοιχεία της ζωής». Αυτά, με τη σειρά τους, είναι χτισμένα ως αλυσίδα διαφόρων αμινοξέων – η μετάφραση του κώδικα DNA όπως μεταγράφηκε από το RNA για το σημαντικότερο μεταβολικό έργο του κυττάρου ξενιστή. Ωστόσο, απομένει ένα τελευταίο βήμα για την ολοκλήρωση της πρωτεϊνικής σύνθεσης που απογοητεύει την επιστημονική κατανόηση. Σε μια διαδικασία που ονομάζεται αναδίπλωση πρωτεΐνης, η μακρά αλυσίδα αμινοξέων λυγίζει, κυρτώνει, κόμπει και αλλιώς συμπιέζεται στη μοναδική της δομή. Ενώ οι υπερυπολογιστές είχαν κάποια επιτυχία στο δίπλωμα τύπων πρωτεΐνης στα σωστά τρισδιάστατα σχήματά τους, οι περισσότεροι γρίφοι πρωτεΐνης έχουν λυθεί διαισθητικά από άτομα με αυξημένη αίσθηση μεταβλητών χωρικών διαστάσεων.