遊戲背後的科學

分子生物學「中心法則」

mRNA 與轉譯

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。

Image 蛋白質製造過程
Image 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。

Image 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
Image 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!

Image 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。

Image 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。

Image 5’ UTR的化學式表達方法與我們的圖樣設計
Image 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」

Image 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。

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