Biosynteza białek u prokariotów

Biosynteza białek to kilkuetapowy proces, który polega na przetłumaczeniu informacji genetycznej zapisanej w kolejności nukleotydów łańcucha DNA na kolejność aminokwasów w łańcuchu białka.

Proces dzieli się na dwa główne etapy:
- transkrypcja – synteza mRNA na bazie matrycowej nici DNA
- translacja – synteza łańcucha polipeptydowego na podstawie mRNA (matrycowego RNA)

Białka mogą być ekspresjonowane w sposób konstytutywny (ciągły) lub indukowany, wywołany czynnikiem zewnętrznym np. obecnością określonej cząsteczki w komórce. W komórkach bakteryjnych wszystkie etapy biosyntezy odbywają się w cytoplazmie. Polimeraza RNA przyłącza się do miejsca promotorowego na nici DNA i rozpoczyna syntezę mRNA (transkrypcję) i kontynuuje ją aż do terminatora (fragmentu nici DNA, która tworzy tzw. spinkę, fizyczną przeszkodę uniemożliwiającą dalsze przemieszczanie się polimerazy po nici DNA). W transkrypcji można wyróżnić: inicjację, elongację oraz terminację. 

Translacja

Proces translacji odbywa się na rybosomach (kompleksach białek i rRNA – rybosomalnego RNA), gdzie kolejne kodony mRNA są „tłumaczone” na aminokwasy syntetyzowanego łańcucha polipeptydowego. W procesie translacji wyróżnia się 4 fazy – aktywację, inicjację, elongację oraz terminację. Podczas aktywacji odpowiednie aminokwasy łączą się za pomocą wiązań estrowych z odpowiadającymi im tRNA (transportowymi RNA), które transportują je do rybosomów. Następnie podczas inicjacji 5’ koniec mRNA łączy się z małą podjednostką rybosomu, do której przyłącza się duża, co prowadzi do rozpoczęcia procesu elogancji, czyli właściwej syntezy łańcucha polipeptydowego, podczas której kolejne aminokwasy za pośrednictwem tRNA są łączone wiązaniami peptydowymi. Po każdym przyłączeniu się aminokwasu następuje przesunięcie się mRNA w kompleksie rybosomalnym o trzy nukleotydy (kodon). Synteza trwa do momentu napotkania kodonu stop. Co ciekawe, za aktywność katalityczną rybosomów odpowiada rRNA, natomiast część białkowa kompleksu pełni funkcję kofaktora reakcji tworzenia wiązania peptydowego. Szybkość biosyntezy białek w komórkach bakteryjnych może wynosić do 16-17 cząsteczek aminokwasów na sekundę.

Translacja u Procaryota może rozpocząć się jeszcze przed całkowitym zsyntetyzowaniem łańcucha mRNA przez polimerazę. Ze względu na policystroniczne ułożenie genów w genomie bakterii (kilka genów znajduje się pod kontrolą jednego promotora) jedna cząsteczka bakteryjnego mRNA może prowadzić do syntezy kilku białek jednocześnie.

Etapy biosyntezy białek u Procaryota w odróżnieniu od Eucaryota nie są rozdzielone w przestrzeni i czasie oraz nie obejmują obróbki potranskrypcyjnej mRNA i potranslacyjnej białek.