Nukleinsäure- und Proteinsynthese sind durch eine Reihe von Schritten verbunden, die in biologischen Zellen ablaufen. Die genetische Information eines lebenden Organismus, die in seiner Desoxyribonukleinsäure (DNA) kodiert ist, wird durch die Synthese von Proteinen exprimiert. Die Wechselwirkungen von Nukleinsäure- und Proteinsynthese lassen sich in zwei Prozesse unterteilen: Transkription, bei der die Informationen der DNA auf eine Ribonukleinsäure (RNA)-Matrize transkribiert werden, und Translation, bei der die RNA-Matrize zur Bildung eines Proteins verwendet wird.
Ein DNA-Molekül besteht aus zwei langen Ketten von Untereinheiten, die als Nukleotide bezeichnet werden und die miteinander verbunden sind, um die charakteristische Doppelhelixform zu bilden. Jedes Nukleotid enthält eine molekulare Komponente, die als Nukleobase bekannt ist und von denen es vier Typen gibt: Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T). In der RNA wird Thymin durch Uracil (U) ersetzt. Die genetische Information des Organismus ist in sich wiederholenden Mustern dieser vier Basen gespeichert. Jede Nukleobase bildet ein Basenpaar mit einer komplementären Nukleobase am Gegenstrang – Adenin bindet an Thymin oder Uracil und Guanin an Cytosin.
Bei der Transkription, dem ersten Schritt bei der Verbindung von Nukleinsäure- und Proteinsynthese, spalten Enzyme die DNA in ihre beiden Teilstränge. Aus der exponierten DNA-Matrize wird dann ein Molekül Messenger-RNA (mRNA) zusammengesetzt. MRNA wird von Enzymen gebildet, die komplementäre Nukleobasen zu denen in der DNA binden, wodurch eine Kopie der Information in einer Kette von Nukleotiden erstellt wird. Diese Kette wird dann von der DNA freigesetzt und bildet ein einzelsträngiges mRNA-Molekül.
Die Transkription erfolgt im Zellkern, aber der nächste Schritt, die Translation, erfolgt im Zytoplasma – insbesondere an der Stelle von Organellen, die als Ribosomen bekannt sind. MRNA wandert zum Ribosom und wird in Sätzen von drei Nukleotid-Codons entschlüsselt. Jedes Codon in mRNA entspricht einem komplementären Anticodon, das von einem Transfer-RNA-(tRNA)-Molekül getragen wird. Beispielsweise entspricht das mRNA-Codon mit den Basen GAU dem tRNA-Anticodon CUA.
Jedes tRNA-Molekül besteht aus dem an eine bestimmte Aminosäure gebundenen Nukleotidtriplett. Wenn tRNAs an den mRNA-Strang binden, verbinden sich die von ihnen getragenen Aminosäuren zu einer Polypeptidkette. Schließlich wird die Translation beendet und die Polypeptidkette wird vervollständigt, wodurch ein Protein gebildet wird.
Transkription und Translation verbinden die Nukleinsäure- und Proteinsynthese auf vielfältige Weise. Die Information in der mRNA steuert die Sequenz der Aminosäuren in der Polypeptidkette und bestimmt somit das gebildete Protein. MRNA wird aus der ursprünglichen DNA-Sequenz konstruiert. Auch die TRNA, eine weitere Nukleinsäure, spielt eine wichtige Rolle beim Aufbau der Polypeptidkette. Auf diese Weise sind Nukleinsäure- und Proteinsynthese biologische Konzepte, die eng miteinander verbunden sind.