Biosynteesissä

Biosynteesissä tarkoitetaan solujen biologista prosessia, jossa monimutkaiset orgaaniset molekyylit rakennetaan yksinkertaisemmista lähtöaineista. Prosessi vaatii entsyymejä katalysoimaan kemiallisia reaktioita sekä energianlähteitä kuten ATP ja pelkistysaineita kuten NADPH. Biosynteesi tapahtuu solun sisällä useissa paikoissa ja on välttämätöntä kasvulle, solujen ylläpidolle sekä ympäristöön sopeutumiselle.

Perusmekanismi koostuu toistuvista vaiheista: lähtöaineiden aktivointi, rakennuspalikoiden liittäminen ja lopullinen muokkaus. Tämä tapahtuu verkostossa reittejä, joita ohjaavat entsyyymit sekä geneettinen ilmentyminen. Energiavirrat ja redoks-tila määrittävät, mitkä reitit ovat aktiivisia kussakin tilanteessa.

Biosynteesi voidaan jakaa primaariseen ja sekundaariseen biosynteesiin. Primaarinen biosynteesi tuottaa välttämättömiä biomolekyylejä kuten aminohappoja, nukleotideja, lipidejä ja hiilihydraatteja. Sekundaarinen biosynteesi tuottaa erikoisempia metaboliitteja, kuten alkaloideja, terpenoideja ja flavonoideja, joita ei välttämättä tarvita jokapäiväisessä solutoiminnassa mutta joilla on vuorovaikutuksia ympäristön tai muiden organismien kanssa.

Sääteleminen tapahtuu geenien ilmentymän, entsyymien aktiivisuuden sekä solun energiatilan kautta; kompartmentalisaatio ja palautesäätö ohjaavat reittejä.

Sovellukset kattavat bioteknologia- ja teollisen tuotannon: biosynteesiä hyödynnetään antibioottien, vitamiinien, aminohappojen sekä biopolttoaineiden valmistuksessa sekä suunnitelluissa biosenteettisissä reiteissä. Esimerkkeinä ovat mikrobien ja sienten kyky tuottaa haluttuja yhdisteitä sekä kasvien erikoismetaboliittien tuotanto.