mRNA通过一种独特的机制从细胞核运送至细胞质。mRNA在细胞核中进行加工的同时 (多腺苷酸化和剪接去除内含子) ，一种独特的mRNA运送复合物 (蛋白质) 被募集到细胞核。mRNA的加工一旦完成，形成成熟的mRNA，成熟的mRNA结合在这个mRNA运送复合物上，通过核孔复合物 (nuclear pore complex) 运送至细胞质。在这一过程中，核孔复合物细胞质侧存在的RNA解旋酶会建立方向性 (使成熟mRNA从细胞核运送至细胞质)。随着mRNA进入细胞质，解旋酶会去除mRNA运送复合物，同时阻止其运送回细胞核。

tRNA

蛋白质翻译过程中，20个氨基酸中的每一个都必须与mRNA模板上3个核苷酸所组成的密码子相对应。tRNA作为这个过程的连接子，连接不同的氨基酸及其对应的mRNA密码子。所有的细胞都有各种各样的tRNA，但他们在蛋白质翻译中均扮演共同的角色，所以，不同的tRNA具有相似的整体结构。同时，它们也有独特的序列，识别正确的氨基酸，与mRNA中适当的密码子相对应。

tRNA大约有70-80个核苷酸，形状类似三叶草形。tRNA的连接子功能主要包括2个方面：1. 所有的tRNA在其3 '端都有CCA序列，连接一个氨基酸。2.  tRNA的另一端存在反密码子环 (anticodon loop)，通过互补碱基配对原则与mRNA上相应的密码子相结合。

氨基酸与特定tRNA的结合是由一组氨酰基tRNA合成酶介导的。这20种酶中的每一种都能识别一个氨基酸，以及氨基酸对应的一个或几个tRNA。反应分两步进行。首先，首先，氨基酸通过与ATP反应被激活，形成氨酰基AMP合成酶中间体；然后，激活的氨基酸被连接到tRNA的3 '端。这两步反应都是由氨基酰tRNA合成酶催化的。当一个氨基酸连接到tRNA上后，mRNA的密码子和tRNA的反密码子之间通过碱基互补配对原则相结合。这样，氨基酸按mRNA密码子的顺序形成多肽链。在64个可能的密码子中，有3个是终止密码子 (UAA、UAG或UGA)，标志着翻译的终止；另外61个密码子编码氨基酸。因此，大多数氨基酸可由多个密码子翻译。

核糖体

核糖体是真核生物细胞中 (同时也是原核生物细胞) 蛋白质合成的场所。核糖体最初是通过细胞裂解液的超速离心后检测到的颗粒。核糖体通常根据其沉降速率来命名：真核生物细胞核糖体沉降速率为80S。真核生物细胞核糖体由两个不同的亚基组成，每个亚基都含有特征性的蛋白质和rRNA。真核生物细胞核糖体的亚基比原核生物细胞核糖体的亚基更大，含有更多的蛋白质。真核生物细胞核糖体的60S亚基 (大亚基) 由28S，5.8S，5S rRNA和46个蛋白质组成；40S亚基 (小亚基) 由18S rRNA和33个蛋白质组成。核糖体中的rRNA主要负责催化肽键的形成。进一步的研究阐明了rRNA催化肽键形成的机理，也表明核糖体的60S亚基作为一种核糖酶，其作用是催化蛋白质的合成。核糖体中的蛋白质起的主要作用不是催化，而是起结构作用。

蛋白质的翻译一般分为三个阶段：起始、延长和终止。

翻译的起始

翻译并不是简单地从mRNA的5 '端开始，而是从特定的起始位点开始。因此，真核生物细胞mRNA的5 '端部分都是非编码序列，称为5 '端非翻译区 (Untranslated Regions, UTR)。真核生物细胞mRNA通常只编码一条多肽链。另外，真核生物细胞mRNA的3’端也是非翻译区。

在真核生物细胞中，翻译通常由起始密码子AUG编码的甲硫氨酸开始。核糖体通过与5'端的7-甲基鸟苷帽结构结合来识别大多数mRNA。核糖体然后扫描5 '帽结构的下游，直到它们遇到起始密码子 (通常是AUG)。环绕在AUG周围的序列会影响翻译起始的效率，所以在某些情况下，第一个AUG会被绕过，翻译从更下游的AUG开始。

在真核生物细胞中，翻译起始阶段的第一步是将特定的启动子甲硫酰基tRNA和mRNA结合到核糖体40S亚基上。核糖体的60S亚基然后结合到复合体上，形成一个功能成熟的核糖体，多肽链在其上继续翻译延长。一旦一个核糖体离开翻译起始位点 (翻译后续的mRNA密码子)，另一个就可以与mRNA结合并开始合成新的肽链。因此，单个mRNA分子可被多个核糖体同时翻译，这些核糖体的间隔约为100-200个核苷酸。结合在mRNA分子上的这一组核糖体称为多聚核糖体 (polyribosome or polysome)。组内的每个核糖体都独立发挥作用，合成一条单独的多肽链。

真核生物细胞的翻译起始至少需要12种蛋白质 (每一种都由多个多肽链组成)，这些蛋白质被称为真核生物起始因子 (eukaryotic initiation factor, eIF)。eIF1，eIF1A和eIF3结合到核糖体40S亚基上，eIF2 (与GTP复合体) 结合到启动子甲硫酰基tRNA。然后，40S亚基，eIF5和启动子甲硫酰基tRNA共同结合形成一个起始前复合物。接着，mRNA被eIF4组因子所识别并募集到核糖体。eIF4E识别mRNA的5 '端帽结构，并与eIF4A和eIF4G形成复合体。eIF4G同时结合到poly-A结合蛋白 (poly-A binding protein, PABP) 上，该蛋白同时与mRNA 3 '端poly-A尾结构相连。接着，eIF4将mRNA募集到核糖体40S亚基。40S亚基 (与启动子甲硫酰基tRNA协同) 扫描mRNA以识别AUG启动密码子。当识别AUG启动密码子后，eIF5使与eIF2结合的GTP发生水解，释放多种eIF (包括与GDP结合的eIF2)；之后，eIF5B促使核糖体60S亚基的结合，形成成熟的真核生物细胞80S翻译起始复合物。

翻译的延长

随着成熟的真核生物细胞80S翻译起始复合物的形成，翻译通过多肽链的延长进行。核糖体有三个tRNA结合位点，分别是P 位点 (peptidyl)，A位点 (aminoacyl) 和E位点 (exit)。启动子甲硫酰基tRNA结合在P位点。翻译延长的第一步是通过与mRNA的第二个密码子配对，将下一个氨酰基tRNA结合到A位点。 这个氨酰基tRNA是由一个延长因子 (elongation factor, EF, 真核生物是eEF1α) 和GTP的复合物带到核糖体的。选择正确的氨基酰基tRNA加入到延长的多肽链中是决定蛋白质合成准确性的关键步骤。GTP水解后，eEF1α与GDP复合物离开核糖体，氨酰基tRNA插入到A位点。并且，甲硫氨酸与第二个氨基酸之间形成肽键，导致甲硫氨酸转移到A位点的氨基酰tRNA上。然后核糖体沿着mRNA移动三个核苷酸。这一运动将肽基 (Met-第二个氨基酸) tRNA转移到P位点，而不结合氨基酸的tRNA被转移到E位点，留下一个空的A位点，为下一个氨基酸的合成做好准备。

翻译的终止

多肽链继续延长，直到mRNA终止密码子 (UAA、UAG或UGA) 出现在核糖体的A位点。事实上，细胞中并不含有与这些终止密码子互补的反密码子的tRNA；但是，细胞中具有识别终止密码子的释放因子 (release factor)。释放因子与A位点的终止密码子结合，使得P位点tRNA与多肽链之间发生键解，翻译完成的多肽链从核糖体中被释放，tRNA也被释放，核糖体的两个亚单位和mRNA也进行分离。

本文详细介绍了蛋白质的翻译及主要工具：1. 主要工具：tRNA, 核糖体，eIF, eEF等；2. 翻译的过程：起始 → 延长 → 终止。本文和上一篇文章“风起云涌，mRNA疫苗漫谈 (2) – mRNA转录”介绍的是mRNA原始机制方面的内容：mRNA转录 → 蛋白质的翻译。下一篇将会详细介绍mRNA疫苗的作用机制。

Source:

1. Molecular Biology of the Cell (sixth edition)

2. Abishek Wadhwa et al. Opportunities and Challenges in the Delivery of mRNA-Based Vaccines