mRNA是蛋白质生物合成的模板│《玩转太极拳之二十四式》作者龙殿法的生物化学笔记
20世纪40年代，科学家发现细胞质内蛋白质的合成速度与RNA水平相关。1960年，F.Jacob和J.Monod等人用放射性核素示踪实验证实，一类大小不一的RNA才是细胞内合成蛋白质的真正模板。后来这类RNA被证明是在核内以DNA为模板的合成产物，然后转移至细胞质内。这类RNA被命名为信使RNA（mRNA）。
在生物体内，mRNA的丰度最小，仅占细胞RNA总重量的2%~5%。但是mRNA的种类最多，约有105、个之多，而且它们的大小也各不相同。mRNA的平均寿命也相差甚大，从几分钟到几小时不等。在真核细胞中，细胞核内新生成的mRNA初级产物被称为核不均一RNA（hnRNA）。hnRNA在细胞核内合成后，经过一系列的转录后修饰，剪接成为成熟mRNA，最后被转运到细胞质中。
1.真核细胞mRNA的5’-端有帽结构大部分真核细胞mRNA的5’-端都有一个反式7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷（m7Gppp）的起始结构，被称为5’-帽结构（5’-capstructure）。5’-帽结构是鸟苷酸转移酶将鸟嘌呤三磷酸核苷加到转录后的mRNA的5’-端，形成了一个5’-5’三磷酸键，使mRNA的5’-端不再具有磷酸基团。5’-帽结构下游的第一个和第二个核苷酸中C-2’的羟基通常也会被甲基化成为甲氧基戊糖，由此产生数种不同的帽结构。原核生物mRNA没有这种特殊的5'-帽结构。
真核生物mRNA的5’-帽结构可以与一类称为帽结合蛋白（CBP）的分子结合形成复合体。这种复合体有助于维持mRNA的稳定性，协同mRNA从细胞核向细胞质的转运，以及在蛋白质生物合成中促进核糖体和翻译起始因子的结合。
2.真核生物和有些原核生物mRNA的3’-端有多聚腺苷酸尾的结构真核生物mRNA的3’-端是一段由80~250个腺苷酸连接而成的多聚腺苷酸结构，称为多聚腺苷酸尾或多聚（A）尾［poly（A）-tail］结构。多聚（A）尾结构是在mRNA转录完成以后加入的，催化这一反应的酶是多聚腺苷酸聚合酶。在细胞内，多聚（A）尾结构与poly（A）结合蛋白［PABP］结合，大约每20个腺苷酸结合一个PABP分子。目前认为，这种3’-多聚（A）尾结构和5’-帽结构共同负责mRNA从细胞核向细胞质的转运、维持mRNA的稳定性以及翻译起始的调控。去除3’-多聚（A）尾和5'-帽结构可导致细胞内的mRNA的迅速被降解。有些原核生物mRNA的3’-端也有这种多聚（A）尾结构，虽然它的长度较短，但是同样具有重要的生物学功能。
3. 真核生物细胞核内的hnRNA经过一系列的修饰和剪接成为成熟的mRNA 比较hnRNA和成熟mRNA发现，前者的长度远远大于后者。细胞核内的初级转录产物hnRNA含有许多交替相隔的外显子和内含子o外显子是构成mRNA的序列片段，而内含子是非编码序列。在hnRNA向细胞质转移的过程中，内含子被剪切掉，外显子连接在一起。再经过加帽和加尾修饰后，hnRNA成为成熟mRNA。
4. mRNA的核苷酸序列决定蛋白质的氨基酸序列 一条成熟的真核mRNA包括5’-非翻译区、编码区和3’-非翻译区。从成熟mRNA的5’-帽结构到核苷酸序列中第一个AUG（即起始密码子）之间的核苷酸序列被定义为5'-非翻译区o从这个AUG开始，每三个连续的核苷酸组成一个遗传密码子，每个密码子编码一个氨基酸，直到由三个核苷酸（UAA，或UAG，或UGA）组成的终止密码子。由起始密码子和终止密码子所限定的区域定义为mRNA的编码区，也称可读框（ORF）o该区域是编码蛋白质多肽链的核苷酸序列。从mRNA可读框的下游直到多聚A尾的区域称为3’非翻译区。这些非翻译区通过与调控因子或非编码RNA的相互作用调控蛋白质生物合成。