Synteza i struktura pierwszorzędowa białek
Tak jak wspomniano, białka w żywych komórkach są syntetyzowane przez rybosomy, a kolejność aminokwasów w białku, zwana sekwencją aminokwasów, zakodowana jest w DNA . Każde białko różni się od innych sekwencją i liczbą aminokwasów. Sekwencja chemicznie zróżnicowanych łańcuchów bocznych aminokwasów jest więc czynnikiem decydującym o odmienności białek. Definiuje ona także szkielet polipetydowy białka, wyznaczając tym samym jego strukturę pierwszorzędową.
DNA jest makrocząsteczką zbudowaną z dwóch nici. Każda z nici jest długim polimerem (np. u człowieka 3·106 elementów) zbudowanym z czterech zasad z pierścieniami aromatycznymi: adeniny (A), guaniny (G), cytozyny (C), i tyminy (T). Zasada A z jednej nici jest związana z zasadą T z drugiej nici, a zasada C z G. Mechanizm budowania białka zaczyna się od tzw. procesu transkrypcji, odbywającego się w jądrze komórki. W procesie tym białko enzymatyczne zwane polimerazą RNA przesuwa się wzdłuż DNA, rozszczepia nici DNA i syntetyzuje nić mRNA, która jest komplementarna do otwartego segmentu jednej z nici DNA. Komplementarność polega na tym, że np. z fragmentu CAGACCTTA tworzy się fragment GUCUGGAAU, w którym rolę tyminy pełni bardzo zbliżona zasada — uracyl (U). mRNA jest kopią kodujących fragmentów DNA (eksonów) a fragmenty niekodujące (introny) są pominięte. Po wyjściu z jądra, mRNA podlega tzw. translacji na białko. Proces translacji zachodzi w rybosomie.
Sekwencja zasad A, G, C i U jednoznacznie określa sekwencję aminokwasów w białku według kodu genetycznego, przedstawionego w tabeli 2. Kolejna trójka zasad generuje jeden określony aminokwas. Kilka różnych trójek może oznaczać jednak ten sam aminokwas, na przykład, UUA odpowiada leucynie, ale kombinacja UUG także odpowiada leucynie. Sześć kombinacji odpowiada serynie i argininie. Tylko jedna, AUG, odpowiada metioninie, ale AUG oznacza również początek translacji. Kombinacje UAA, UAG i UGA oznaczają koniec translacji.
Liczba możliwych sekwencji aminokwasów jest astronomiczna. Na przykład, dla układu o N monomerach istnieje 20N możliwych sekwencji (a więc aż 1065 dla N = 50). Tymczasem liczba różnych białek, jakie ludzki DNA może zakodować, jest według obecnej oceny tylko rzędu 105. Oznacza to, że proces ewolucji dokonał niezwykle ostrej selekcji użytecznych sekwencji. Wybrane sekwencje — białka — muszą mieć bardzo szczególne właściwości. Pozostałe sekwencje to zwykłe heteropolimery — polimery o niejednorodnych elementach składowych.
