Een van de belangrijkste functies van levende cellen is het produceren van de eiwitten die nodig zijn voor het overleven van een organisme. Eiwitten geven vorm en structuur aan een organisme en reguleren als enzymen de biologische activiteit. Om eiwitten te maken, moet een cel de genetische informatie lezen en interpreteren die is opgeslagen in zijn deoxyribonucleïnezuur of DNA. De plaatsen van cellulaire eiwitsynthese zijn de ribosomen, die vrij of gebonden kunnen zijn. Het belang van het vrije ribosoom is dat de eiwitsynthese daar begint.
DNA en RNA
DNA is een lange moleculaire keten die bestaat uit afwisselende suiker- en fosfaatgroepen. Een van de vier mogelijke stikstofbevattende nucleotidebasen - A, C, T en G - hangt aan elke suiker. De volgorde van de basen langs de DNA-streng bepaalt de volgorde van aminozuren die eiwitten vormen. Ribonucleïnezuur, of RNA, geeft een complementaire kopie van een deel van een DNA-molecuul - een gen - door aan ribosomen, dit zijn kleine korrels die zijn samengesteld uit RNA en eiwit. RNA lijkt op DNA, behalve dat de suikergroepen een extra zuurstofatoom bevatten en de U-nucleotidebase vervangt door de T-base van DNA. De ribosomen maken eiwitten volgens de informatie die is opgeslagen in het boodschapper-RNA of mRNA.
Aanvullende codering Co
De regels voor het transcriberen van DNA naar RNA specificeren een overeenkomst tussen basen op het gen en basen op het mRNA. Een A-base in een gen specificeert bijvoorbeeld een U-base in de mRNA-streng. Evenzo specificeren de T-, C- en G-basen van een gen respectievelijk A-, G- en C-basen in mRNA. De genetische informatie in mRNA neemt de vorm aan van tripletten van nucleotidebasen die codons worden genoemd. Het DNA-triplet TAA creëert bijvoorbeeld het RNA-triplet UTT. De DNA- en RNA-strengen bevatten daarom complementaire, maar unieke informatie die wordt gecodeerd in de sequentie van nucleotidebasen. Bijna elk triplet codeert voor een specifiek aminozuur, hoewel een paar tripletten het einde van een gen specificeren. Verschillende drielingen kunnen coderen voor hetzelfde aminozuur.
ribosomen
De cel produceert ribosomen rechtstreeks van ribosomaal RNA, of rRNA, gecodeerd door specifieke DNA-genen. Het rRNA combineert met eiwitten om grote en kleine subeenheden te vormen. De twee subeenheden komen alleen samen tijdens de eiwitsynthese. In een prokaryotische cel - dat wil zeggen een cel zonder een georganiseerde kern - zweven de ribosoomsubeenheden vrij in de celvloeistof of het cytosol. Bij eukaryoten bouwen enzymen in de celkern ribosoomsubeenheden op. De kern exporteert vervolgens de subeenheden naar het cytosol. Sommige ribosomen kunnen tijdelijk binden aan een celorganel dat het endoplasmatisch reticulum of ER wordt genoemd bij het bouwen van eiwitten, terwijl andere ribosomen vrij blijven terwijl ze eiwitten synthetiseren.
Vertaling
De kleinere subeenheid van een vrij ribosoom grijpt een mRNA-streng vast om de eiwitsynthese te starten. De grotere subeenheid haakt dan aan en begint elk mRNA-codon te vertalen. Dit houdt in dat elk mRNA-codon wordt blootgelegd en gepositioneerd, zodat enzymen het aminozuur dat overeenkomt met het huidige codon kunnen identificeren en hechten. Een molecuul van transfer-RNA, of tRNA, met een complementair anticodon vergrendelt in de grotere subeenheid, het aangewezen aminozuur op sleeptouw. Enzymen brengen het aminozuur vervolgens over naar de groeiende eiwitketen, verdrijven het gebruikte tRNA voor hergebruik en leggen het volgende mRNA-codon bloot. Als het klaar is, geeft het ribosoom het nieuwe eiwit vrij en dissociëren de twee subeenheden.