Funzioni dell'RNA messaggero

Come abbiamo detto, l'informazione per la sintesi delle proteine si trova sotto forma di codoni formati da tre nucleotidi e ciascun codone codifica per un singolo amminoacido specifico. La regione (o le regioni) di ciascun mRNA che codifica per la proteina è costituita da una fila di codoni contigui, che non si sovrappongono, detta open-reading frame (fase di lettura aperta), comunemente nota come ORF. Ciascun ORF specifica una singola proteina e ha inizio e termine in prossimità di siti interni all'mRNA. La traduzione inizia all'estremità 5' dell'open-reading frame e procede, un codone alla volta, verso l'estremità 3'. Il primo e l'ultimo codone di un ORF sono noti come codoni di inizio (start) e di termine (stop) rispettivamente. Nei batteri, il codone di inizio, normalmente, è 5'-AUG-3', ma vengono anche usati il codone GUG e, talvolta, UUG. Le cellule eucariotiche, invece, usano sempre il codone 5'-AUG-3' come codone d'inizio. Esso ha due importanti funzioni: la prima è quella di codificare per il primo amminoacido incorporato nella catena polipeptidica nascente, la seconda, invece, è quella di definire il reading frame dei codoni successivi. I tre codoni di termine ( 5'-UAG-3', UGA e UAA) specificano la fine dell'open-reading frame e segnano la fine della sintesi del polipeptide. In generale, comunque, il numero di ORF per ciascun mRNA è diverso tra eucarioti e procarioti. Gli mRNA eucariotici contengono quasi sempre un solo ORF q pertanto sono detti mRNA monocistronici, mentre gli mRNA degli eucarioti contengono spesso due o più ORF, e pertanto possono codificare per più catene polipeptidiche e sono detti mRNA policistronici.

Comunque, affinché avvenga la traduzione, è necessario che il ribosoma venga reclutato sull'mRNA. Per facilitare il legame da parte di un ribosoma, molte ORF procariotici contengono una breve sequenza, a monte (dalla parte 5') del codone d'inizio, detta sito di legame per il ribosoma (RBS, ribosome binding site). Questo elemento è anche detto sequenza di Shine-Dalgarno, dal nome degli scienziati che lo scoprirono. Il sito di legame per il ribosoma, normalmente localizzato da tre a nove basi al 5' del codone di inizio, è complementare ad una sequenza localizzata vicino alla regione 3' di uno degli RNA componenti del ribosoma, l'RNA ribosomiale (rRNA) 16S. Il sito di legame del ribosoma si associa base per base con questo RNA, determinando l'allineamento del ribosoma con l'inizio dell'open-reading frame. La parte centrale di questa regione dell'RNA 16 S contene la sequenza 5'-CCUCCU-3'.
Gli mRNA eucariotici, invece, reclutano i ribosomi mediante una modificazione chimica specifica, detta 5' cap, localizzata all'estremità 5' del messaggero. Il 5' cap, come abbiamo visto nel capitolo della trascrizione, è costituito da una guanina metilata e una volta legato all'mRNA, il ribosoma si sposta in direzione 5'→3' con un processo detto scanning (ispezione della sequenza) fino ad incontrare il codone d'inizio 5'-AUG-3'.  Altre due caratteristiche dell'mRNA eucariotico dei mammiferi, che favoriscono la traduzione e ne aumentano l'efficienza, sono: 1) la presenza di una base purinica a monte del codone di inizio e di una guanina immediatamente a valle (5'-G/ANNAUGG-3') e 2) la presenza di una coda di poli-A all'estremità 3' dell'mRNA, che promuove un riciclaggio efficiente dei ribosomi.