Protein sentezi işlemi, bir hücrenin içindeki enzimler tarafından tahrik edilen iki ana adımda gerçekleşir. İlk olarak, deoksiribonükleik asit (DNA), RNA polimeraz enzimi ile ribonükleik aside (RNA) kopyalanır. İkincisi, RNA daha sonra hücrede ribozomlar tarafından bir protein molekülüne çevrilir. DNA'nın transkripsiyonu ve RNA'nın translasyonu, protein biyosentezinin merkezi prosesinde anahtar basamaklardır.
Transkripsiyon, protein sentezi sürecinde ilk adımdır ve genellikle hücrenin çekirdeğindeki çeşitli sinyal molekülleri tarafından başlatılır. Başlamak için, DNA sarmal enzimi DNA'nın iki şeridini açarak, kopyalanacak RNA'yı kodlayacak olan şablon şeridini ortaya çıkarır. Daha sonra, RNA polimeraz enzimi, şablon teline bağlanır, onunla birlikte hareket eder ve DNA şablon teline tamamlayıcı olan bir mesajcı RNA dizisini (mRNA) sentezler. DNA'nın her bir tek nükleotidi, mRNA zincirine eklenecek bir RNA nükleotidini kodlayacaktır.
Ökaryotik hücrelerde, mRNA genellikle yapıldıktan sonra değiştirilecektir. Protein sentezi işlemindeki bu adım, cepheye, genellikle metillenmiş bir guanin nükleotidi ve arkaya bir poli-adenin kuyruğu (poli-A kuyruğu) olan bir başlık eklemeyi içerir. MRNA da eklenecektir, çünkü hücredeki enzimler, hedef protein için kodlamada doğrudan yer almayan herhangi bir mRNA segmentini çıkarır. Bu segmentler intronlar olarak bilinirken, proteine kodlama yapan kısımlar ekzon olarak bilinir.
Protein sentezi işleminde bir sonraki adım, RNA'nın spesifik amino asitleri kodladığı çeviridir. Bu işlem, çekirdeğin dışında, ribozomlar, ribozomal RNA'dan (rRNA) ve proteinden oluşan küçük organeller tarafından katalize edilir. Ribozomlar hem mRNA zincirine hem de son proteini oluşturan amino asitlere bağlanır. Her üç mRNA nükleotit grubu, bir spesifik amino asidi kodlar. Ribozomlar mRNA sarmalında aşağı hareket eder, poli-A kuyruğuna ulaşana ve protein translasyonunu tamamlayana kadar bir seferde bir amino asit ekler.
Bazen protein sentezi işlemi, polipeptit oluşturulduktan sonra ek adımlar içerir. Proteinler, doğal yapılarına veya hidrofobik etkileşimlerle en stabil üç boyutlu konformasyona katlanmaya başlayabilir. Hücre sulu veya su bazlı bir ortam olduğundan, oldukça polardir ve bu ortama maruz kalmamak için hidrofobik amino asitler bir araya gelir. Hidrofobik artıkların bu içe gruplanması, proteine daha enerjik bir stabilite verir ve katlanmasına yardımcı olur.
Sıklıkla, proteinler kendi yapılarına göre kendi yapılarına katlanamazlar. Bu durumda, yeni sentezlenen polipeptide bağlanan ve onu doğru şekle katlayan bir protein enzimi olan bir chaperonin yardımına ihtiyaçları vardır. Şaperoninler ve diğer enzimler denatüre, yanlış katlanmış veya diğer zarar görmüş proteinleri de onarabilir.
