STADIO 1: attivazione degli aminoacidi
Nella prima fase della sintesi proteica, che avviene nel citoplasma, i 20 diversi aminoacidi si legano tramite legame estere tra il gruppo carbossilico dell’aminoacido e quello ossidrilico del residuo di adenosina all'estremità 3' del loro tRNA, ad opera di un enzima chiamato aminoacil-tRNA sintetasi.L'aminoacido è così attivato ed è pronto per essere trasportato sulla catena polipeptidica in crescita dove avverrà la formazione del legame peptidico con l'aminoacido successivo.
In figura si vede la struttura generale di un aminoacil-tRNA che è l’aminoacido legato al suo tRNA e attivato per la sintesi. Esiste generalmente in ogni organismo una aminoacil-tRNA sintetasi per ciascun aminoacido.
La reazione globale è endoergonica e può avvenire con la contemporanea idrolisi dell’ATP Mg++ dipendente.
STADIO 2: Formazione del complesso d’inizio.
La subunità minore 30S si ancora ai due fattori d’inizio IF1 e IF3 L’mRNA si lega alla subunità 30S.
La sintesi proteica comincia con la lettura del codone d'inizio sintesi AUG che specifica per un residuo di metionina (met) ammino-terminale (formil-metionina nei batteri fMet) Il tRNA per la metionina (fMet) avrà l'anticodone UAC.
L'innesco della sintesi proteica necessita di tre proteine chiamatifattori d'inizio (IF-1, IF-2, IF-3).
(1) I ribosomi presentano nelle loro subunità due siti, il sito P(peptidilico) e sito A (aminoacilico). Nella figura il sito A è inizialmente bloccato dal IF-1 per impedirne eventuali legami.
La subunità ribosomiale minore (30S) si lega ai fattori d'inizio IF-1 e IF-3 e su di essa ha luogo il legame con l'mRNA in direzione
5'→ 3'. Sul ribosoma esiste una cosiddetta sequenza consenso(sequenza di Shine-Dalgarno) che immobilizza l'RNA ribosomiale al tRNA indirizzando il codone d'inizio AUG nella posizione giusta per l'inizio della traduzione: nel sito P. Osservare che solo il fMet-tRNAsi posiziona nel sito P, tutti gli altri si posizioneranno nel sito A. Come si vede in figura i siti P ed A contengono lo "spazio" per l'alloggio di una tripletta per sito.
(2) A questo punto al sito P si addiziona il tRNA portante la metionina "attivato" dall'IF-2 legato al GTP. Si ha il corretto appaiamento dell'anticodone che scorre in direzione 3'→ 5'al codone dell'mRNA. Successivamente a questo voluminoso complesso si aggiunge la subunità 50S (3) e tutti i fattori d'inizio si staccano dal ribosoma.
Il fattore d’inizio è dunque composto dal ribosoma intero con entrambe le due subunità. Nel sito P la fMet-tRNA fa, con l’anticode del transfer, legami idrogeno con le basi complementari dell’mRNA.
STADIO 3 Allungamento della catena polipeptidica con formazione di legami peptidici
Dopo che si è insediato il primo tRNA e quindi il primo aminoacido, la metionina o la formilmetionina, si passa alla fase dell'allungamento della catena che consiste nella formazione dei legami peptidici del nuovo aminoacido con quello preesistente. Così la crescita della catena presuppone che la metionina resti il primo aminoacido (col gruppo N terminale a sinistra). Durante l'allungamento entrano in azione i fattori d'allungamento che sono tre proteine solubili nel citosol.
Il secondo aminoacil-tRNA, legato ai fattori d'allungamento, entra nel sito A del ribosoma intero. L’anticodone sarà ovviamente complementare alla tripletta (codone) del mRNA posta sul sito A.
Il legame peptidico si forma per trasferimento della formilmetionina sul nuovo aminoacido. (vedi dettaglio). Si forma il legame peptidico che impegna il gruppo carbossilico della metionina e quello amminico del 2° aminoacido. Si ottiene così un dipeptide e un tRNA "scarico", nel sito P. I legami peptidici sono catalizzati dall'enzima peptidil transferasi.
A questo punto il ribosoma si sposta lungo l'mRNA in direzione 3' di un solo codone con conseguente traslocazionedel complesso portante il dipeptide sul sito P. Il sito A si libera per essere "letto" da un nuovo tRNA che trasporta l'aminoacido del nuovo codone. Come si vede nella subunità 50S è presente un altro sito, E (exit), che è il sito d'uscita dei tRNA deacilati. (privi dell’aminoacido)
La traslocazione e lo spostamento richiedono consumo d'energia.
STADIO 4 : Fine sintesi.
Il ciclo continua fino a che l'mRNA non presenta sul sito A un codone UAA, UAG o UGA, codoni di fine lettura.
Nei batteri intervengono tre fattori di rilascio che provvedono ad idrolizzare il legame terminale del peptidil-tRNA, il rilascio del polipeptide e la dissociazione delle subunità dei ribosomi, pronti così a cominciare una nuova sintesi.
STADIO 5 : modificazioni post sintetiche
La catena polipeptidica neosintetizzata si libera con l'estremità N-terminale a sinistra e subisce tutte quelle modificazioni che la sua sequenza aminoacidica le consentono. Assumerà quindi la sua conformazione che permetta il massimo numero di legami idrogeno, di interazioni di van der Waals, di interazioni ioniche e idrofobiche oltre i ponti disolfuro tra cisteine.
Alcune proteine potranno raggiungere la loro conformazione biologicamente attiva solo dopo aver subito modificazioni post-traduzionali come ad esempio la rimozione della metionina iniziale.
Possono essere aggiunti alla proteina catene laterali di carboidrati formando le glicoproteine, oppure, fondamentale nelle proteine con funzione enzimatica, è l'aggiunta dei gruppi prostetici.