Białka powstają w wyniku biosyntezy. W procesie tym dochodzi do ekspresji informacji genetycznej. DNA, a ściślej mówiąc sekwencja zasad, determinuje budowę białka, czyli kolejność występowania w nim aminokwasów. Kwas dezoksyrybonukleinowy nie bierze jednak bezpośredniego udziału w tym procesie. Informacja z DNA jest przepisywana na mRNA. Dzięki pośredniemu uczestnictwu w biosyntezie białka, DNA zabezpieczany jest m.in. przed uszkodzeniami, poza tym jednoniciowy charakter RNA ułatwia przeprowadzanie całego cyklu przemian.

Biosyntezę białek możemy podzielić na dwa etapy:

- etap 1 - transkrypcja,

- etap 2 - translacja.

TRANSKRYPCJA

Proces transkrypcji rozpoczyna się od odnalezienia promotora, czyli charakterystycznego odcinka matrycowego DNA, przez polimerazę RNA która się z nim wiąże. Po rozsunięciu dwóch nici DNA, polimeraza RNA przesuwa się następnie wzdłuż matrycowej nici DNA i przeprowadza syntezę RNA. Rozpoczyna się proces elongacji, który obejmuje polimeryzację trifosforanów rybonukleozydów. Zachodzi ona w kierunku od końca 5' do końca 3', czyli przeciwnym niż ułożenie matrycy. Należy zaznaczyć, iż nukleotydy włączane są na zasadzie komplementarności. Polimeraza RNA przyłącza rybonukleotydy do końca 3' cząsteczki RNA. Ten końcowy odcinek RNA jest połączony z matrycą i w związku z tym powstaje hybrydowy kompleks DNA-RNA, który w trakcie dalszej syntezy RNA ulega rozpadowi, rejon 5' oddziela się od matrycy, a DNA powraca do struktury dwuniciowej. Przeważnie transkrypcji ulega najpierw tzw. sekwencja liderowa, zlokalizowana powyżej sekwencji kodującej genu. Sygnałem do terminacji transkrypcji jest specyficzna sekwencja zasad. U E. coli są to sekwencje palindromowe. W czasie terminacji, polimeraza RNA zatrzymuje się, a od matrycy oddziela się nowy produkt, czyli pierwotny transkrypt. Oddzieleniu ulega także polimeraza RNA, która może następnie przeprowadzać kolejną transkrypcję.

U "Eucaryota" transkrypcja przebiega podobnie, jak u "Procaryota". Jedną z najważniejszych różnic jest to, iż w komórce eukariotycznej występują trzy klasy polimeraz RNA, a nie jedna jak w komórce prokariotycznej. U "Eucaryota" polimerazy odpowiadają za transkrypcję innego zestawu genów, a sposób ich funkcjonowania jest nieco odmienny. Enzymy, które katalizują transkrypcję to:

- Polimeraza RNA I - odpowiada m.in. za syntezę rybosomalnego RNA, czyli rRNA;

- Polimeraza RNA II - transkrybuje geny kodujące białka;

- Polimeraza RNA III - odpowiada za transkrypcję krótkich genów kodujących małe cząsteczki RNA, jak np. transportujący, inaczej transferowy RNA, czyli tRNA.

Poza tym powstający pierwotny transkrypt, nazwany tu heterogennym jądrowym RNA, czyli hnRNA zawiera zarówno sekwencje kodujące, czyli egzony, jak i sekwencje niekodujące - introny. Musi on zatem przejść tzw. obróbkę posttranskrypcyjną, czyli m.in. splicing polegający na wycinaniu intronów. mRNA przechodzi także inne modyfikacje, które przygotowują go do translacji.

TRANSLACJA

Proces translacji polega na właściwej syntezie białka w komórce. Informacja genetyczna, która została zakodowana w mRNA służy do ustalania kolejności aminokwasów w białku. Tworzenie łańcucha polipeptydowego zachodzi na rybosomach. Podczas translacji dochodzi do "tłumaczenia" zasad kwasów nukleinowych na język białek. Za pośrednictwem RNA kolejne nukleotydy - triplety w DNA, czyli tzw. kodony ustalają sekwencję aminokwasów w syntezowanym białku. Źródłem energii do przeprowadzania procesu translacji jest ATP (trifosforan adenozyny) i GTP (trifosforan guanozyny). Cały proces można podzielić na 3 etapy: proces inicjacji, elongacji i terminacji. Bardzo ważną rolę w translacji odgrywają cząsteczki tRNA, które odpowiadają za dostarczanie do rybosomów aminokwasów w odpowiedniej kolejności. Aminokwasy zostają połączone z tRNA za pomocą wiązań kowalencyjnych. Reakcję wiązania aminokwasów katalizują odpowiednie enzymy nazywane syntetazami aminoacylo-tRNA, niezbędna energia pochodzi z hydrolizy ATP. tRNA wraz z aminokwasem musi następnie rozpoznać kodon mRNA, który koduje właśnie ten aminokwas. Jest to możliwe dzięki pętli antykodonowej tRNA, zawierającej trzy kolejne nukleotydy stanowiące tzw. antykodon. Wiązanie antykodonu z kodonem odbywa się zgodnie z regułą komplementarności zasad. Wszystkie te mechanizmy zapewniają włączenie aminokwasu do łańcucha polipeptydowego zgodnie z informacją przekazana przez sekwencję mRNA. W czasie inicjacji dochodzi do utworzenia tzw. kompleksu inicjującego. Dochodzi do połączenia małej podjednostki rybosomowej najpierw z inicjatorowym metionylo-tRNA, a następnie z mRNA, a ściślej mówiąc z jego początkowym odcinkiem, zawierającym tzw. kodon inicjujący, czyli sekwencję zasad AUG. W dalszej części procesu następuje dołączenie większej podjednostki rybosomu. W rybosomie możemy ponadto wyróżnić dwa miejsca P i A. W zagłębienie P wchodzi początkowo inicjatorowy tRNA. W czasie elongacji miejsce A zajmuje tRNA niosący odpowiedni aminokwas. Układ aminokwasów uzależniony jest od zasady komplementarności pomiędzy kodonem a antykodonem. Pomiędzy aminokwasami niesionymi przez tRNA, które wchodzą do rybosomu tworzy się wiązanie peptydowe. Reakcja przebiega spontanicznie i nie wymaga dostarczenia energii. Grupa aminowa drugiego aminokwasu łączy się z karboksylową grupą pierwszego aminokwasu, na zasadzie nukleofilowego ataku. Następuje uwolnienie tRNA, który opuszcza miejsce P i powraca do cytoplazmy. Następnie dochodzi do translokacji, czyli przejścia powstałego kompleksu z miejsca A do miejsca P. mRNA również ulega przesunięciu - o 3 nukleotydy, co zapewnia nasunięcie na miejsce A kolejnej trójki kodującej i możliwość przeprowadzania dalszej elongacji, czyli dodawania do powstającego łańcucha aminokwasów. Wydłużanie łańcucha peptydowego zachodzi od N-końca do C-końca. Do terminacji translacji dochodzi gdy w miejsce A wejdzie trójka nonsensowna (UAA, UAG, lub UGA), która nie jest rozpoznawana przez żadne tRNA. Łączą się z nią jedynie, tzw. białkowe czynniki uwalniające. Następnie dochodzi do hydrolizy wiązania pomiędzy tRNA a powstałym polipeptydem, który zostaje uwolniony. tRNA oddziela się od mRNA, a rybosom ponownie dzieli się na podjednostki.

Należy zaznaczyć, iż u "Eucaryota" białka powstają przeważnie na polirybosomach, czyli grupie rybosomów związanych z tą samą cząsteczką mRNA. Umożliwia to wydajniejsze wykorzystanie mRNA i utworzenie większej liczby białek.