mRNA 與轉譯

10 April, 2019 文/陳俊宏 老師

mRNA(信使核糖核酸)是什麼?

生物體的蛋白質都是由 DNA 轉錄成mRNA(messenger RNA，信使核糖核酸)，再由mRNA轉譯成蛋白質。蛋白質是由胺基酸組合而成，由於胺基酸有20幾種，加上蛋白質長度從幾十個胺基酸到幾百個胺基酸，因此蛋白質種類千變萬化。

蛋白質製造過程

mRNA是由四種核苷酸組成

mRNA的組成與串接

mRNA是由腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶 (C)、胸和尿嘧啶(U)四種核苷酸組成的直鏈單股RNA 分子。由於這些核苷酸的連接是由前一個核苷酸的第3個碳 (3’)連上後一個核苷酸的第5個碳(5’)，所以習慣上不論 DNA 或 RNA 的序列都是從左到右呈現，也就是起頭是5’端，而3’ 端是結尾，卡牌中組成 mRNA 的5號頭盔與3號尾盾就是這樣來的。

mRNA是由四種核苷酸組成

基因：告訴你如何製造蛋白質

mRNA的用途像是一條「記載」著製造蛋白質訊息的長鏈分子，這些蛋白質訊息就等同於基因。mRNA 所戴的訊息是由3個核苷酸組成一個編碼，這 64(4X4X4)種組合透過一套編碼系統來代表20幾種胺基酸，知道編碼就可以蛋白質的胺基酸序列。

p.s.(可略)目前已知的 RNA 分子除了 mRNA 外，還有核醣體核糖核酸(ribisomal RNA，rRNA)，轉運核糖核酸 (transfer RNA，tRNA)及微核糖核酸 (microRNA，miRNA)四種。

mRNA 的特性是「很短命」!

若與 DNA 或蛋白質相比，mRNA 存在細胞內的時間很短，一旦轉譯出蛋白質後，該 mRNA 序列就會被細胞內的RNA分解酶(RNase)分解掉，所以 mRNA 非常短命，大概在幾分鐘到幾小時。因此這個桌遊的設計會讓遊戲在很短的時間內結束。

轉譯：核糖體解碼mRNA的過程

核糖體像翻譯機，當特定的 mRNA 遇上核糖體時，核糖體就會依照該 mRNA 上的編碼，從 mRNA 的 5’ 端開始讀取資訊，一路往3’端移動解碼，核糖體一次移動3個核苷酸，來讀取 mRNA 上的編碼，接著由對應的轉運核糖核酸帶著特定的胺基酸移進來，與前一個氨基酸連結，最後形成長鏈胺基酸序列，也就是製造出蛋白質。這個過程稱為「轉譯」。

用桌遊也可以示範「轉譯」過程

原始的序列與我們的桌遊序列設計對照

mRNA 序列的神秘保護罩!

5’ UTR的化學式表達方法與我們的圖樣設計

如前所提，mRNA 非常短命，為 了保護仍在製作蛋白質的 mRNA 不被 RNA 分解酶分解掉，mRNA 的頭尾需 要有特殊構造來保護，因此完整的 mRNA 在5’端有特殊核苷酸序列當作保護罩，而3’端有長鏈腺嘌呤(A)當作尾部(Poly A Tail)保護，這些保護罩及尾部保護序列(非轉譯區，UTR)不會被解碼製成蛋白質，與會被解碼成蛋白質序列(編碼區)不一樣。

原始的序列與我們的桌遊序列設計對照

mRNA的5’端非轉譯區(5’ UTR)不但是有保護罩 的功能，也是讓核糖體解碼用的「碼頭」。強力 的 5’ UTR 搶到核糖體的機會比較高，(表現在 遊戲中就是卡牌Lv.比較高)，也就是會產生比較 多的蛋白質。

5’ UTR的化學式表達方法與我們的圖樣設計

3號尾盾的設計融合Poly (A) Tail特性

同樣為了 mRNA 的穩定，mRNA 序列的3’端非 轉譯區(3’ UTR)也就是長鏈腺嘌呤(A) (Poly A Tail) 會保護 mRNA，但這長鏈腺嘌呤會從最尾端逐漸散落， 當散落消失殆盡時，對該 mRNA 的保護也隨之失效。因此，3’端長鏈腺嘌 呤的長度決定了該 mRNA 序列可以存活多久。 雖然長鏈腺嘌呤會從最尾端散落，但也會被加長，所以掉的速度跟轉譯的次數是無關的，然而為了順利進行遊戲，這遊戲重新設計了科學的規則。

p.s. Poly (A) tail在正常情形是很有可能增長的，但我們遊戲「只減不增」

3號尾盾的設計融合Poly (A) Tail特性

總結上面的資訊，這就是為什麼在這個遊戲裡面，參與者要製造出病毒時要先組出一條 mRNA，其中必須含有1個5號頭盔，數個基因及不同長度的3號尾盾。