Перший етап біосинтезу білка – транскрипція – пов’язаний із синтезом молекули іРНК. При цьому особливий фермент РНК- полімераза розщеплює подвійну спіраль ДНК і на одному з її ланцюгів за принципом комплементарності синтезується молекула іРНК, яка таким чином повторює послідовність нуклеотидів певної ділянки молекули ДНК. Потім молекула іРНК з ядра надходить у цитоплазму клітини до рибосом.
На наступномі етапі процесу біосинтезу білків, який названо трансляція, послідовність нуклеотидів у молекулі іРНК переводиться в послідовність амінокислотних залишків молекули білка, що синтезується.
У цитоплазмі кожна з 20 амінокислот за допомогою ковалентного зв’язку приєднується до певної тРНК, яка вивільнюється при розщепленні АТФ. Потім іРНК зв’язується з рибосомою, а згодом – із амінокислотним залишком, прикріпленим до певної тРНК. Транспортна РНК, що переносить амінокислоту, за принципом компліментарності взаємодіє з особливим триплетом іРНК, який дає сигнал про початок синтезу полепептидного ланцюга. Внаслідок цього процесу виникає ініціативний комплекс, який складається з триплету іРНК, рибосоми та певної тРНК.
Далі поліпептидний ланцюг продовжується завдяки тому, що амінокислотні залишки послідовно з’єднуються між собою за допомогою пептидних зв’язків.
Під час синтезу молекули білка рибосома насувається на ниткоподібну молекулу іРНК таким чином, що іРНК опиняється між її двома субодиницями. Рибосома «ковзає» зліва направо по іРНК і складає білкову молекулу. В рибосомі є особлива ділянка – функціональний центр, де відбувається трансляція. Молекула іРНК з нанизаними на неї рибосомами називають полі сомою. Для здійснення процесу синтезу необхідні особливі білки та енергія, яка вивільнюється при розщепленні АТФ.
Коли рибосома досягає стоп-кодону, синтез білкової молекули завершується, і рибосома разом з нею залишає іРНК. Потім рибосома потрапляє на будь-яку іншу молекулу іРНК, а молекула білка – в ендоплазматичну сітку, по якій вона транспортується у певну ділянку клітини. На іРНК з її лівого кінця насуваються нові рибосоми, і біосинтез білкових молекул триває далі.
На заключному етапі синтезований білок набуває своєї природної структури, утворюючи певну просторову конфігурацію. За участю відповідних ферментів відбувається відщеплення зайвих амінокислотних залишків, введення фосфатних, карбоксильних та інших груп, приєднання вуглеводів. Лише після цих процесів молекула білка стає функціонально активно.
Процеси синтезу білкових молекул потребують затрат енергії, яка вивільняється при розщепленні молекул АТФ.