Proteinsyntese består av trinnene:
Replikasjon: DNA → DNA
Transkripsjon: DNA → mRNA
Translasjon: mRNA → protein
DNA mRNA Protein
5’ 3’ 5’
G ≡ C G
G ≡ C G → glycin
A = T A
G ≡ C G
T = A U → valin
T = A U
A = T A
C ≡ G C → threonin
T = A U
3’ 5’ 3’
3’-5’-tråden i DNA er templat for mRNA. 5’-enden i mRNA gir NH2-enden i protein og 3’-enden i mRNA gir -COOH-enden i protein. G ≡ C er guanin (G) bundet sammet med cytosin (C) og tre hydrogenbindinger. T = A er thymin (T) bundet sammen med adenin (A) og to hydrogenbindinger. I mRNA erstattes thymin med uracil (U).
Proteinsyntese hos prokaryoter
Det er store likehetstrekk i prinsippene for proteinsyntese hos prokaryoter og eukaryoter, men den er mer kompleks hos eukaryoter. Proteinsyntese hos prokaryoter starter med et initiseringskompleks av 30S ribosomer, mRNA, formylmethionin-tRNA (t-RNAfmet), initiseringsfaktorer (IF) IF1, IF2, IF3 og guanosintrifosfat (GTP) festet til 50 S ribosom. Tre til 9 baser før startkodonet (Shine-Dalgarnosekvens, oppkalt etter John Shine og Lynn Dalgarno) bindes mRNA til ribosomet, komplementær til 16S rRNA og lager kobling mellom mRNA-ribosom som gjør det mulig å bruke polycistronisk mRNA fordi ribosomene finner hvert sitt startsted langs mRNA. Bakterier er vanligvis polycistronisk. Startkodonet er 5'-AUG, etterfulgt av en lang basesekvens kalt en åpen leseramme, og som tilsvarer et gen, og som avsluttes før et stoppkodon. På ribosomet er det tre bindingsseter for tRNA, A (aminoacyl), P (peptidyl) og E (exit). Etter initiering starter elongeringsfasen. hvor ribosomet flytter seg ett kodon mot 3'-enden på RNA (translokasjon). Neste amino-acyl-tRNA bindes og det blir laget en peptidbinding mellom de to første aminosyrene i proteinet katalysert av ribozym, og ikke av en peptidyltransferase som man trodde tidligere. Deretter ribosomet til neste kodon osv. intil terminering av proteinet. Det skjer hydrolyse av den siste peptidyl-tRNA bindingen, frigivelse av protein fra P-sete på ribosomet og dissosiasjon av 70S protein til 30S og 50S. Formylgruppen i N-terminal ende fjernes slik at N-terminal aminosyre blir svovelaminosyren metionin.
Proteinsyntese hos eukaryoter
Hos eukaryotene og arkebakterier (Archaea) starter proteinsyntesen med aminosyren metionin (met-tRNAmet), men denne blir ofte fjernet etterpå. Ribosomet har et A-sete der aminosyre-tRNA festes og et P-sete der peptidet festes. Flere forlengelsesfaktorer er nødvendig, samt GTP. Elongeringsfaktorene omfatter elF1, elF1A, elF2, elF2B, elF3, elF4 A, B, E og F, elF5 og elFr5. mRNA bindes til ribosomet i et stort kompleks med mer enn 12 elongeringsfaktorer. Elongeringsfaktorene er homologe med tilsvarende initiseringsfaktorer hos prokaryoter_ elFA≡ IF1, elF5≡IF2 og elf3≡ IF3.
5'cap og 3'-enden med polyA-hale (AAA3') i mRNA hos eukaryoter kobles sammen i en ringstruktur.
Terminering skjer ved et stoppkodon UAA, UAG eller UGA. Termineringskodonet på A-sete sammen med tre termineringsfkatorer (frigjøringsfaktorer) RF1, RF2 og RF3.
mRNA har 7-metylguanosin (m7G) cap som består av en modifisert nukleotid festet i 5’-5’ binding og deltar i binding av ribosomet, samt en hale med poly-A. Binding av mRNA til ribosomer i proteinsyntesen kan skje ved cap-avhengig eller cap-uavhengig reaksjon. I cap-avhengig translasjon inngår DEAD-boks RNA helikase og RNA-chaperoner.
Små interfererende RNA (siRNA) ble oppdaget i rundomern Caenorhabditis elegans, 21-24 nukleotider dobbelttrådet RNA med overheng fra kutting via enzymet Dicer
Antisenstråden til siRNA blir overført til RNA-indusert stillhetskompleks (RISC) som tiltrekker seg Argonautprotein som gir spesifikk binding av sens-sekvensen i mRNA transkriptet. RISC bryter deretter ned mRNA via RNase og stopper derved proteintranslasjon.
Proteinmodifisering
Etter biosyntese kan proteiner bli modifisert på forskjellig vis.
N-lenkete oligosakkarider hektet på aminosyren asparagin.
O-lenkete oligosakkarider heket på aminosyrene threonin og serin.
Fosforylering av hydroksylgrupper på threonin, serin eller tyrosin.
Metylering av aminosyren lysin
Påhekting av isoprensylsidegruppe e.g. tioeterbinding mellom isoprenyl (farnesylpyrofosfat) og cystein.
Signalsekvenser på proteinet indikerer om proteinet skal fraktes til en bestemt lokalitet eller organelle i cellen. Chaperoner er proteiner som deltar i den tredimensjonale pakkingen av proteinet.
Noen typer antibiotika blokkerer proteinsyntese hos bakterier
Antibiotika som f.eks. streptomycin hemmer starten av proteinsyntesen og puromycin, kloramfenikol og tetracyklin hemmer forlengelse av proteinkjeden. Tetracyklin binder seg til A-sete på ribosomet og blokkerer binding av aminoacyl-tRNA. Streptomycin er et trisakkarid som gir feil i avlesing av den genetiske koden. Puromycin fra Streptomyces alboniger.
Cykloheximid hemmer forlengelse av proteinkjeden på 80S ribosomer hos eukaryoter.