На основе работ многих ученых была выдвинута матричная теория биосинтеза белка, согласно которой биосинтез белка — это очень сложный многоступенчатый процесс, осуществляемый при участии ДНК, различных видов РНК и разнообразных ферментов.
На молекуле ДНК синтезируется молекула и-РНК-матрица, при этом наследственная информация как бы «считывается» ею (транскрибируется), а затем на и-РНК-матрице синтезируется белок, то есть последовательность азотистых оснований РНК переводится (транслируется) в последовательность аминокислот белка.
Биосинтез белка состоит из четырех этапов.
1. Активирование аминокислот, связываемых в дальнейшем в полипептидные цепи белковой молекулы.
2. Перенос аминокислот к местам синтеза белка — рибосомам.
3. Расположение аминокислот на и-РНК-матрице в порядке, определяемом чередованием нуклеотидов ДНК, и замыкание пептидных связей.
4. Приобретение линейной молекулярной полипептидной цепью объемной структуры.
Рассмотрим этот процесс более подробно. Активация аминокислот происходит при помощи особого фермента и АТФ — вещества, богатого энергией. Активированная аминокислота снимается с активирующего ее фермента и переносится в рибосому на высокомолекулярную информационную РНК (и-РНК). Перенос аминокислот в рибосомы осуществляется транспортными, или растворимыми, РНК (т-РНК). Каждой аминокислоте соответствует своя т-РНК. Перенеся аминокислоту в рибосому, т-РНК возвращается для транспортировки такой же новой аминокислоты.
Информационная РНК выполняет функции посредника между ДНК клеточного ядра и рибосомой. Она синтезируется в клеточном ядре, причем матрицей для нее служит ДНК. Этот процесс идет так же, как при удвоении молекул ДНК. Синтезированная и-РНК полностью отражает последовательность нуклеотидов ДНК-матрицы, только вместо тимина к аденину присоединяется урацил.
Синтезированная в клеточном ядре цепь и-РНК проникает через ядерную оболочку в цитоплазму и включается в рибосомные частицы. Здесь она сама становится матрицей для синтеза белковых молекул. При этом аминокислоты в полипептидной цепи присоединяются одна к другой в соответствии с расположением триплетов в цепи молекулы и-РНК. Изменения в расположении триплетов вдоль цепи молекулы и-РНК неизбежно вызывают соответствующие изменения в последовательности аминокислот в строящейся белковой молекуле. Следовательно, любые изменения, происходящие в чередовании или структуре нуклеотидов ДНК, должны вызывать синтез других белков и соответственно этому развитие иных признаков и свойств организма.