Sinteza beljakovin je celični proces ustvarjanja beljakovin. Njihove formule in navodila, kako jih narediti, so kodirani v DNK. Koristno je sklicevanje na postopek v dveh delih. Transkripcija sinteze beljakovin kopira kodo DNK. Prevod sinteze beljakovin poveže kodo s kemičnimi spojinami v celici, katerih kombinacija postane beljakovina.
Deoksiribonukleinska kislina (DNK), glavni načrt posameznega organizma, je strukturirana kot dvojna vijačnica. Dobra analogija je dolg trak zvite zadrge. Obstajata dve verigi, sestavljeni iz 5-ogljikovih sladkorjev in fosfatov. Premostijo jih prepleteni parni nukleotidi, kot nasprotni zobje zaprte zadrge. Adenin (A) se ujema s timinom (T), citozin (C) se ujema z gvaninom (G) in obratno.
Transkripcija sinteze beljakovin se začne v jedru celice, kjer se DNK “odpne” z encimom, imenovanim helikaza, kar ima za posledico dve ločeni verigi. Kritični encim, imenovan RNA polimeraza (RNAP), se nato pritrdi na eno od verig, da začne proces, imenovan raztezanje. Identificira prvi nukleotid na vzorčni verigi DNK in pri tem pritegne prosti nukleotid, ki mora biti z njim povezan. RNAP se nato premakne na naslednji nukleotid na verigi DNK in nadaljuje do naslednjega in naslednjega, dokler ni sestavljena veriga ribonukleinske kisline (RNA).
RNA je ena veriga neparnih nukleotidov, ki lahko ohrani svojo strukturno celovitost z dodatkom kisikovih molekul. Veriga RNA, ki jo je zgradil njen polimerazni agent, nekateri z več kot 2 milijoni nukleotidov, se imenuje sporočilna RNA (mRNA). V teoriji naj bi bila mRNA natančen dvojnik neuporabljene ene verige DNK, ki je ostala za sabo. V praksi ni natančen in lahko pride do napak pri transkripciji pri sintezi beljakovin.
mRNA je torej zelo dolga veriga samo štirih različnih nukleotidov. Njegovo zaporedje se imenuje transkript. Primer je lahko AAGCAUUGAC – štiri črke, morda 2 milijona od njih, v navidez naključnem vrstnem redu. Nekoliko koristno je analogizirati življenje ogljika kot 4-bitni bioračunalnik zelo velikega obsega. Posebej je treba omeniti, da je v RNA timin nadomeščen s podobnim nukleotidom, imenovanim uracil (U).
Kot pove že njeno ime, se sporočilna RNA izogne zaprtju v celičnem jedru skozi pore vzdolž jedrske membrane. Ko je enkrat v celični citoplazmi, je njena usoda, da dostavi transkripcijo sinteze beljakovin, kopirano iz DNK, v strukture, imenovane ribosomi. Ribosomi so celične tovarne beljakovin in tam se pojavi drugi korak sinteze beljakovin.
Kodirano zaporedje nukleotidov je treba prevesti. Ribosom se veže na mRNA in v procesu branja njegovih zaporedij pritegne fragmente RNA, imenovane prenosna RNA (tRNA), ki bodo našli in vezali prosto aminokislino, specifično za njeno kratko zaporedje nukleotidov. Če obstaja ujemanje, se tRNA in njen tovor vežeta na ribosom. Ko ribosom nadaljuje z branjem naslednjega zaporedja in naslednjega, v procesu, imenovanem tudi raztezanje, nastane dolga polipeptidna veriga aminokislin.
Beljakovine, ki razlikujejo organsko tkivo po obliki in delovanju, so tako imenovani »gradniki življenja«. Ti pa so zgrajeni kot veriga različnih aminokislin – prevod kode DNK, kot jo prepisuje RNA za najpomembnejšo presnovno nalogo svoje gostiteljske celice. Vendar pa je za dokončanje sinteze beljakovin še zadnji korak, ki je frustrirajoče znanstveno razumevanje. V procesu, imenovanem zlaganje beljakovin, se dolga veriga aminokislin upogne, zvije, zavozi in drugače stisne v svojo edinstveno strukturo. Medtem ko so superračunalniki dosegli nekaj uspeha pri zlaganju beljakovinskih formul v njihove pravilne tridimenzionalne oblike, so večino beljakovinskih ugank intuitivno rešili ljudje s povečanim občutkom za spremenljive prostorske dimenzije.