Biosintesis

Biosintesis adalah suatu proses banyak-tahap, yang dikatalisis-enzim di mana substrat diubah menjadi produk yang lebih kompleks dalam organisme hidup. Dalam biosintesis, senyawa dimodifikasi, diubah menjadi senyawa lain, atau digabungkan bersama untuk membentuk makromolekul. Proses ini terkadang terdiri dari jalur metabolik. Beberapa dari jalur biosintesis ini berlokasi didalam organel sel tunggal, sementara lainnya melibatkan enzim yang berlokasi di dalam organel sel ganda. Contoh dari jalur biosintesis ini diantaranya pada produksi komponen membran lipida dan nukleotida. Biosintesis biasanya bersinonim dengan anabolisme.
Unsur-unsur prasyarat untuk biosintesis meliputi: senyawa prekursor, energi kimia (misalnya ATP), dan enzim katalitik yang mungkin memerlukan koenzim (misalnya NADH, NADPH). Elemen-elemen ini menciptakan monomer, suatu blok pembangun untuk makromolekul. Beberapa makromolekul biologis penting meliputi: protein, yang terdiri dari monomer asam amino yang bergabung melalui ikatan peptida, dan molekul DNA, yang terdiri dari nukleotida yang bergabung melalui ikatan fosfodiester.

Lipida

Banyak makromolekul rumit disintesis dalam pola struktur berulang yang sederhana. Sebagai contoh, struktur lipida yang paling sederhana adalah asam lemak. Asam lemak adalah turunan hidrokarbon; mereka mengandung "kepala" gugus karboksil dan "ekor" rantai hidrokarbon. Asam lemak ini menciptakan komponen yang lebih besar, yang pada gilirannya menggabungkan interaksi nonkovalen untuk membentuk lapisan ganda lipida.
Rantai asam lemak ditemukan dalam dua komponen utama lipid membran: fosfolipida dan sfingolipida. Komponen membran utama ketiga, kolesterol, tidak mengandung unit asam lemak ini.

Nukleotida

Biosintesis nukleotida melibatkan reaksi yang dikatalisis-enzim yang mengubah substrat menjadi produk yang lebih kompleks. Nukleotida adalah blok pembangun DNA dan RNA. Nukleotida terdiri dari cincin beranggota lima yang terbentuk dari gula ribosa dalam RNA, dan gula deoksiribosa dalam DNA; gula-gula ini terkait dengan basa purin atau pirimidin dengan ikatan glikosida dan gugus fosfat di lokasi 5' pada gula.

DNA

DNA terdiri dari nukleotida yang bergabung dengan ikatan fosfodiester. Sintesis DNA, yang terjadi di inti, adalah proses semikonservatif, yang berarti bahwa molekul DNA yang dihasilkan mengandung untai asli dari induknya struktur dan untai baru. Sintesis DNA dikatalisis oleh keluarga DNA polimerase yang membutuhkan empat deoksinukleosida trifosfat, untai templat, dan primer dengan 3 'OH bebas yang menggabungkan nukleotida.
Agar replikasi DNA terjadi, garpu replikasi dibuat oleh enzim yang disebut helikase yang melepaskan heliks DNA. Topoisomerase yang berada di garpu replikasi menghapus superkoil yang disebabkan oleh DNA yang tidak mengikat, dan protein pengikat untai tunggal mempertahankan dua templat DNA untai tunggal distabilkan sebelum replikasi.

Asam amino

Protein adalah polimer yang tersusun dari asam amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida. Ada lebih dari 300 asam amino yang ditemukan di alam dan hanya dua puluh diantaranya, yang dikenal sebagai asam amino esensial, adalah blok pembangun untuk protein. Hanya tumbuhan hijau dan sebagian besar mikroba yang mampu mensintesis semua dari 20 asam amino esensial yang dibutuhkan oleh semua spesies hidup. Mamalia hanya dapat mensintesis sepuluh dari dua puluh asam amino esensial. Asam amino lainnya, valin, metionin, leusin, isoleusin, fenilalanin, lisin, treonin dan triptofan untuk orang dewasa dan histidin, serta arginin untuk bayi diperoleh melalui makanan.

Protein

Sintesis protein terjadi melalui proses yang disebut translasi. Selama proses translasi, materi genetik yang disebut mRNA dibaca oleh ribosom untuk menghasilkan rantai protein polipeptida. Proses ini membutuhkan transfer RNA (tRNA) yang berfungsi sebagai adaptor dengan mengikat asam amino di satu sisi dan berinteraksi dengan mRNA di ujung lainnya; pasangan yang terakhir antara tRNA dan mRNA memastikan bahwa asam amino yang benar ditambahkan ke rantai. Sintesis protein terjadi dalam tiga fase: inisiasi, elongasi, dan terminasi.