v., de opbouw van eiwit uit aminozuren in de levende cel.
Het probleem van de biologische eiwitsynthese bestaat voornamelijk hierin dat een groot aantal bouwstenen, de aminozuren, in een specifieke volgorde moeten worden geassembleerd en vervolgens aan elkaar gekoppeld. Bij de assemblage maakt de cel gebruik van een matrijs. De moleculen die als matrijs dienst doen, zijn zelf ook lineaire ketens, opgebouwd uit bouwstenen in een specifieke volgorde. Uit vele experimenten, o.a. met virussen, is komen vast te staan dat het hier RNA ribonucleïnezuur) betreft, opgebouwd uit slechts vier verschillende bouwstenen, de nucleotiden. Het matrijs-RNA bevat doorgaans vele honderden tot duizenden van deze nucleotiden, waarvan de volgorde de aminozuurvolgorde in het corresponderende eiwit bepaalt (zie genetische code). De nucleotiden geeft men aan met de beginletters van hun namen: A (adenylzuur), G (guanylzuur), C (citidylzuur) en U (uridylzuur).
Naast RNA dat ribosebevat, vindt men in de cel het DNA (zie desoxyribonucleïnezuur), waarin desoxyribose voorkomt. Het DNA is een bestanddeel van de chromosomen en is geïdentificeerd als de erfsubstantie van de cel.
Het belangrijkste verschil tussen het DNA en het R N A is dat het eerstgenoemde nucleïnezuur uit twee ketens bestaat, die schroefvormig om elkaar slingeren en door zgn. waterstof bruggen contact met elkaar houden (‘dubbele helix’; ). Het RNA daarentegen bestaat uit slechts één keten. De twee ketens van het DNA zijn elk ook weer opgebouwd uit nucleotiden, die men eveneens kan aanduiden met letters, zoals voor RNA met dien verstande dat men de U’s moet vervangen door T’s (T staat voor thymidylzuur waarvan de structuur slechts weinig afwijkt van die van uridylzuur). De twee ketens van het DNA zijn complementair doordat er paarvorming optreedt tussen de tegenover elkaar geplaatste nucleotiden in beide ketens. Slechts twee paren worden aangetroffen, nl. A en T, G en C.
De beide nucleotiden in één paar zijn verbonden door waterstofbruggen, een tweevoudige in het (A = T)-paar, en een drievoudige in het (G = C)-paar. De volgorde van de nucleotiden in de ene DNA-keten bepaalt dus die in de andere complementaire keten. De genetische informatie in de erfsubstantie is dus dubbel vastgelegd. De specifieke eigenschappen van een eiwit liggen, samenhangend met de lineaire rangschikking van zijn aminozuren, verankerd in de lineaire opeenvolging van de nucleotiden in de erfsubstantie (DNA).
Het RNA, waarvan de nucleotidevolgorde eveneens de aminozuurvolgorde dicteert, vervult in het algemeen een intermediaire functie. Aangezien de chromosomen gelokaliseerd zijn in de celkern en de eiwitsynthese buiten de kern plaatsvindt, moet er een molecule bestaan dat als boodschapper fungeert tussen het DNA in de kern en de eiwitsynthetiserende centra daarbuiten. Deze boodschapperfunctie wordt vervuld door RNA-moleculen (‘boodschapper-RNA’ of m-RNA). Hun boodschap, de nucleotidevolgorde, wordt ontleend aan de nucleotidevolgorde van een DNA-gedeelte, dat de informatie voor een bepaald eiwit bevat (een gen, of cistron). Bij de overdracht van de genetische informatie in het DNA naar de eiwitsynthetiserende centra kan men twee fasen onderscheiden, schematisch als volgt voor te stellen: DNA m-RNA en m-RNA eiwit De eerste fase is de overschrijving (transcriptie) van de nucleotidevolgorde van het DNA in die van het RNA; de tweede echter houdt in een vertaling (translatie) van de nucleotidevolgorde van het RNA in de aminozuurvolgorde van het eiwit. Bij het transcriptieproces speelt paarvorming tussen de nucleotiden wederom een rol. De nucleotiden van het te synthetiseren m-RNA worden in de juiste volgorde geassembleerd door paring met de nucleotiden van één keten van de dubbele DNA-helix.
Hierbij worden dezelfde regels gevolgd die ook aan de structuur van de helix ten grondslag liggen. G paart met C (of C met G) en A met U (of omgekeerd, waarbij U in het RNA correspondeert met het analogon T in het DNA). Het gesynthetiseerde m-RNA is qua volgorde nu identiek aan het overgeschreven fragment van de ene DNA-keten en complementair aan het corresponderende fragment van de andere DNA-keten.
Dat hetzelfde paringsmechanisme ook aan de vertaling van RN A in eiwit ten grondslag ligt, is niet voor de hand liggend, gezien het verschil in bouwstenen van RNA en eiwit; het blijkt echter uit het feit dat elk aminozuur, voor zijn uiteindelijke incorporatie in een eiwitketen, eerst wordt gebonden aan een ‘transport-RNA’ (t-RNA). Voor elk aminozuur bestaat een specifiek t-RNA van relatief geringe afmetingen (ca. 80 nucleotiden). De assemblage van de aminozuren in een specifieke volgorde onder regie van het m-RNA kan men zich dan voorstellen als een interactie tussen t-RNA’s en m-RNA. Paarvorming tussen de nucleotiden van m-RNA en t-RN A verzekert de specificiteit van deze interactie.
In de bovenstaande voorstelling zijn steeds drie nucleotiden van de boodschapper en drie nucleotiden van de transporteur bij de interactie betrokken. Dit hangt samen met de vraag hoe men door middel van lineaire rangschikking van slechts vier nucleotiden in het nucleïnezuur die van een 20-tal aminozuren in het eiwit kan specificeren. De natuur bedient zich hierbij van een code. De vier nucleotiden zijn op 16 verschillende wijzen te rangschikken in groepjes van twee (zgn. doubletten) en op 64 manieren in groepjes van drie (zgn. tripletten). Aangezien 20 verschillende aminozuren moeten worden gespecificeerd is een doublet-codering uitgesloten; de codering in tripletten is bewezen. De tripletten op de boodschapper worden ook codons genoemd.
De interactie tussen m-RNA en t-RNA speelt zich dan ook af tussen deze codons en de zgn. anticodons op de transporteurs. De aminozuren, aldus in juiste positie tegenover elkaar geplaatst, zijn nu in staat met elkaar te reageren als aangegeven door de pijl in. Zij gaan hierbij een peptidebinding aan. De interactie van de RNAS geschiedt aan het oppervlak van een ribosoom. Nadat een peptidebinding is gevormd (tussen az1en az2) beweegt zich het ribosoom langs de boodschapper over de afstand van één triplet. Een nieuwe transporteur beladen met een specifiek aminozuur (az3) wordt in de juiste positie gebracht en de peptidevorming herhaalt zich.
De groeiende polypeptideketen is dus steeds verbonden aan één t-RNA, totdat een stopcodon (b.v. UAA) op de boodschapper wordt bereikt. Dit stopcodon markeert het einde van het cistron op de boodschapper, en de voltooide eiwitketen wordt afgeworpen. De genetische code kent drie stopcodons, nl. UAA, UAG en UGA. Voor een correct aflezen van de boodschapper is het noodzakelijk dat de translatie op de juiste plaats wordt gestart.
Daarbij is een initiatiecodon (AUG) betrokken. Dit houdt in dat de synthese van alle eiwitten start met de incorporatie van hetzelfde aminozuur (methionine). Soms wordt dit eerste aminozuurresidu later weer afgesplitst.
Een m-RN A-molecule kan gelijktijdig met meerdere ribosomen bezet zijn, die alle met het translatieproces bezig zijn. Zulke structuren worden polysomen genoemd.
Voor de synthese van een specifiek eiwit moet er een mechanisme bestaan dat incorporatie van aminozuren op verkeerde plaatsen feilloos uitsluit. Het deelproces van de totale eiwitsynthese waaraan in dit opzicht de grootste eisen worden gesteld is de enzymatische binding van het aminozuur aan zijn ‘eigen’ transporteur. Voor elk aminozuur is dan ook een ‘eigen’ specifiek enzym beschikbaar. Behalve dat het aminozuur door deze binding als het ware zijn eigen identiteit verliest en voor specifieke assemblage op zijn transporteur is aangewezen, wordt het tevens geactiveerd; d.w.z. chemische energie wordt in deze binding geïnvesteerd, die later verbruikt wordt bij de vorming van de peptidebinding (voor de synthese van eiwit is nl. energie nodig). zie eiwit.
