Das Standardverfahren der Proteinproduktion oder Proteinsynthese umfasst zwei Teile: Proteintranskription und Proteintranslation. Die Proteintranskription erstellt eine Ribonukleinsäure (RNA)-Kopie eines Gens, das den Bauplan zur Herstellung des benötigten Proteins trägt. Bei der Proteintranslation wird die RNA verwendet, um ein Protein aus Aminosäurebausteinen herzustellen. Bakterien, die Prokaryoten sind, produzieren Protein mit einer einfacheren Methode, die keine Änderungen nach der Transkription oder nach der Translation beinhaltet. Komplexere Tiere wie der Mensch sind Eukaryoten und nehmen während der Proteinproduktion Modifikationen an RNA und Proteinen vor.
Die Transkription von Proteinen findet im Zellkern statt, wo die Desoxyribonukleinsäure (DNA) enthalten ist. DNA ist der genetische oder erbliche Teil einer Zelle, und die darin enthaltenen Gene steuern die Proteine, die dann in der Zelle produziert werden. Während der Transkription wird ein DNA-Gen verwendet, um Boten-RNA (mRNA) herzustellen, bei der es sich um eine RNA-Kopie handelt. RNA-Polymerase, ein Enzym, übernimmt die Transkription.
Der Prozess der Proteintranslation wird im Zytoplasma der Zelle durchgeführt, das ist alles in der Zelle außerhalb des Zellkerns. Bei der Translation wird die mRNA-Kopie eines Gens verwendet, um Aminosäuren in der richtigen Reihenfolge hinzuzufügen, um das Protein herzustellen. Die Translation verwendet eine Struktur namens Ribosom, um Proteine zu produzieren.
Die mRNA enthält Codons, die jeweils für eine der 20 Aminosäuren kodieren. Das Ribosom bindet die mRNA ein. Transfer-RNA (tRNA) wird verwendet, um eine neue Aminosäure einzubringen, die mit dem exponierten Codon in der mRNA übereinstimmt. Dann verschiebt sich alles, ein neues Codon ist verfügbar und eine neue tRNA bringt die nächste Aminosäure ein. Dies wird fortgesetzt, bis ein Stoppcodon erreicht ist, was anzeigt, dass das Protein vollständig produziert ist.
Es ist ebenso einfach, sich daran zu erinnern, welche Methoden der Proteinproduktion was bewirken. Etwas zu transkribieren heißt, es zu kopieren. DNA und RNA sind sehr ähnliche Moleküle. DNA zu nehmen und eine RNA-Kopie zu erstellen, wäre also eine Transkription, daher wird dieser Schritt als Transkription bezeichnet.
Übersetzen heißt, eine Sprache zu nehmen und in eine andere zu entziffern. RNA und Proteine bestehen aus unterschiedlichen Bausteinen und sind somit sehr unterschiedliche Moleküle. Es gibt einen universellen genetischen Code, der verwendet wird, um das, was in der RNA enthalten ist, in die Aminosäurebausteine eines Proteins zu übersetzen, daher wird die Umwandlung von RNA in Protein als Translation bezeichnet.
Eukaryontenzellen, zu denen die meisten Tiere von der Hefe bis zum Menschen gehören, nehmen während der Proteinproduktion sowohl Modifikationen nach der Transkription als auch nach der Translation vor. Änderungen nach der Transkription beinhalten einen Prozess namens Spleißen, der benötigt wird, um ein funktionsfähiges mRNA-Molekül herzustellen. Ein Prä-mRNA-Transkript enthält zwei Teile, Exons, die für den zweiten Schritt der Proteinproduktion notwendig sind, und Introns, die nicht benötigt werden. Beim Spleißen werden die Introns herausgeschnitten und die Exons wieder zusammengefügt. Beim Spleißen können auch Exons von einem Gen neu angeordnet werden, um verschiedene Proteine zu erzeugen.
Posttranslationale Modifikationen beinhalten die Unterstützung der Proteinfaltung sowie die richtige Steuerung des Proteins in der Zelle. Oft beginnt ein Protein mit einem sogenannten Signalpeptid. Dieses Signalpeptid fungiert wie eine Adresse, um das Protein dorthin zu leiten, wo es in der Zelle benötigt wird, und wird dann normalerweise entfernt, nachdem das Protein seine Bestimmung erreicht hat. Die meisten eukaryotischen Proteine können sich nicht selbst in ihre spezifischen dreidimensionalen Formen falten. Chaperon-Proteine helfen dann Proteinen, sich zu funktionellen Molekülen zu falten.