Μεταφραστής DNA σε πρωτεΐνη - Μετατροπέας κωδικονίων και αμινοξέων

Ένας μεταφραστής DNA σε πρωτεΐνη μετατρέπει μια αλληλουχία DNA ή RNA στην αλυσίδα αμινοξέων που κωδικοποιεί, χρησιμοποιώντας τον πρότυπο γενετικό κώδικα. Διαβάζει την αλληλουχία τρεις βάσεις τη φορά και αναζητά κάθε τριπλέτα σε έναν σταθερό πίνακα 64 κωδικονίων.

Πώς λειτουργεί η μετάφραση

Ένα γονίδιο γράφεται με τέσσερα γράμματα: A, C, G και T (ή U στο RNA). Τα κύτταρα διαβάζουν αυτά τα γράμματα σε μη επικαλυπτόμενες ομάδες των τριών, που ονομάζονται κωδικόνια. Κάθε κωδικόνιο αντιστοιχεί σε ένα αμινοξύ ή σε σήμα λήξης που τερματίζει την αλυσίδα.

Αυτό το εργαλείο πρώτα καθαρίζει την είσοδο. Μετατρέπει τα πεζά γράμματα σε κεφαλαία, αφαιρεί τα κενά, τις αλλαγές γραμμής και τα ψηφία, και αλλάζει κάθε U σε T, καθώς η ουρακίλη του RNA ζευγαρώνει με το ίδιο κωδικόνιο όπως η θυμίνη του DNA. Στη συνέχεια απορρίπτει κάθε χαρακτήρα που δεν είναι A, C, G ή T, όπως κωδικοί ασάφειας όπως το N, ώστε μια αλληλουχία να μη μεταφράζεται ποτέ λανθασμένα χωρίς προειδοποίηση.

Ο πρότυπος γενετικός κώδικας

Το εργαλείο χρησιμοποιεί τον πίνακα μετάφρασης 1 του NCBI, «Ο Πρότυπος Κώδικας», τον γενετικό κώδικα που χρησιμοποιούν οι περισσότεροι οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου. Αντιστοιχίζει καθένα από τα 64 πιθανά κωδικόνια σε ένα από τα 20 αμινοξέα ή σε σήμα λήξης.

Τρία κωδικόνια είναι κωδικόνια λήξης: TAA, TAG και TGA. Κανένα από αυτά δεν κωδικοποιεί αμινοξύ. Όταν το εργαλείο φτάσει σε ένα από αυτά, τερματίζει τη μετάφραση εκεί. Το ίδιο το κωδικόνιο λήξης δεν προστίθεται στην πρωτεΐνη, και οι βάσεις μετά από αυτό αγνοούνται.

Το κωδικόνιο ATG κωδικοποιεί το αμινοξύ μεθειονίνη (Met, M). Στους περισσότερους οργανισμούς, το ATG λειτουργεί επίσης ως κωδικόνιο έναρξης, το κωδικόνιο στο οποίο ένα ριβόσωμα αρχίζει να διαβάζει ένα γονίδιο.

Πλαίσια ανάγνωσης

Μια αλληλουχία DNA μπορεί να διαβαστεί με τρεις διαφορετικούς τρόπους, που ονομάζονται πλαίσια ανάγνωσης, ανάλογα με το από ποια βάση ξεκινά η μέτρηση:

• Το πλαίσιο 1 ξεκινά από την πρώτη βάση.
• Το πλαίσιο 2 ξεκινά από τη δεύτερη βάση, παραλείποντας την πρώτη.
• Το πλαίσιο 3 ξεκινά από την τρίτη βάση, παραλείποντας τις δύο πρώτες.

Η μετατόπιση του πλαισίου έστω και κατά μία βάση αλλάζει κάθε επόμενο κωδικόνιο, οπότε η ίδια αλληλουχία μπορεί να παράγει τρεις εντελώς διαφορετικές αλυσίδες αμινοξέων. Συνήθως μόνο ένα πλαίσιο είναι το πραγματικό κωδικοποιητικό πλαίσιο ενός γονιδίου.

Αναζήτηση έως το πρώτο κωδικόνιο έναρξης

Από προεπιλογή, το εργαλείο μεταφράζει ξεκινώντας από την πρώτη βάση του επιλεγμένου πλαισίου, όποιο κωδικόνιο και αν είναι αυτό. Αυτό αντιστοιχεί στον τρόπο που λειτουργούσε πάντα το εργαλείο και είναι χρήσιμο για τη μετάφραση μιας αλληλουχίας που ήδη γνωρίζετε ότι βρίσκεται στο πλαίσιο από τη θέση ένα.

Η προαιρετική ρύθμιση «αναζήτηση έως το πρώτο κωδικόνιο έναρξης» αλλάζει το σημείο από όπου ξεκινά η μετάφραση, όχι τον τρόπο μετάφρασης. Όταν είναι ενεργοποιημένη, το εργαλείο αναζητά κατά μήκος του επιλεγμένου πλαισίου το πρώτο κωδικόνιο ATG και ξεκινά τη μετάφραση από εκεί, παραλείποντας τυχόν βάσεις πριν από αυτό. Αυτό μιμείται τον τρόπο που ένα ριβόσωμα βρίσκει την αρχή ενός ανοιχτού πλαισίου ανάγνωσης (ORF), αντί να μεταφράζει από ένα τυχαίο σημείο μιας μεγαλύτερης αλληλουχίας. Αν δεν υπάρχει ATG σε αυτό το πλαίσιο, το εργαλείο αναφέρει ότι δεν βρέθηκε κωδικόνιο έναρξης, αντί να μαντεύει.

Η απενεργοποίηση της ρύθμισης επαναφέρει την αρχική συμπεριφορά: μετάφραση από την ίδια την αρχή του πλαισίου.

Πώς να υπολογίσετε μια μετάφραση DNA σε πρωτεΐνη

1. Εισαγάγετε μια αλληλουχία DNA ή RNA. Τα κενά, οι αλλαγές γραμμής, τα ψηφία και οι χαρακτήρες τύπου FASTA αγνοούνται αυτόματα.
2. Επιλέξτε πλαίσιο ανάγνωσης: 1, 2 ή 3.
3. Προαιρετικά, ενεργοποιήστε το «αναζήτηση έως το πρώτο κωδικόνιο έναρξης» για να ξεκινήσετε από το πρώτο ATG στο πλαίσιο αντί από την αρχή του πλαισίου.
4. Το εργαλείο διαβάζει την αλληλουχία τρεις βάσεις τη φορά, αναζητά κάθε κωδικόνιο στον πρότυπο γενετικό κώδικα και σταματά στο πρώτο κωδικόνιο λήξης.
5. Το αποτέλεσμα είναι η αλληλουχία πρωτεΐνης, γραμμένη με μονογράμματους κωδικούς αμινοξέων, μαζί με ανάλυση κωδικόνιο προς κωδικόνιο.

Λυμένο παράδειγμα

Αλληλουχία: ATGGCCTAA, πλαίσιο ανάγνωσης 1, με απενεργοποιημένη την αναζήτηση κωδικονίου έναρξης.

Η πρωτεΐνη είναι MA. Η μετάφραση σταματά στο TAA, οπότε τίποτα μετά από αυτό δεν διαβάζεται.

Τώρα ας πάρουμε μια μεγαλύτερη αλληλουχία, CCCATGGCCTAA, στο πλαίσιο 1. Με απενεργοποιημένη την αναζήτηση, το εργαλείο διαβάζει από την πρώτη βάση: CCC (Pro), ATG (Met), GCC (Ala), έπειτα TAA (λήξη), δίνοντας την πρωτεΐνη PMA. Με ενεργοποιημένη την αναζήτηση, το εργαλείο παραλείπει το CCC, ξεκινά από το πρώτο ATG και διαβάζει ATG (Met), GCC (Ala), έπειτα TAA (λήξη), δίνοντας την πρωτεΐνη MA. Και τα δύο είναι σωστά αποτελέσματα της ίδιας αλληλουχίας· απαντούν σε διαφορετικά ερωτήματα, το ένα διαβάζει τα πάντα στο πλαίσιο, το άλλο διαβάζει μόνο το ανοιχτό πλαίσιο ανάγνωσης που ξεκινά στο ATG.

Συχνές ερωτήσεις

Τι είναι ένα κωδικόνιο;

Ένα κωδικόνιο είναι μια ομάδα τριών βάσεων DNA ή RNA. Καθένα από τα 64 πιθανά κωδικόνια αντιστοιχεί σε ένα αμινοξύ ή σε σήμα λήξης, σύμφωνα με τον πρότυπο γενετικό κώδικα.

Γιατί σταματά η μετάφραση σε κωδικόνιο λήξης;

Τα TAA, TAG και TGA δεν κωδικοποιούν αμινοξύ. Είναι σήματα λήξης. Ένα ριβόσωμα που διαβάζει ένα πραγματικό γονίδιο απελευθερώνει την ολοκληρωμένη αλυσίδα πρωτεΐνης σε αυτό το σημείο, οπότε το εργαλείο κάνει το ίδιο και αγνοεί τυχόν βάσεις μετά από αυτό.

Τι είναι το πλαίσιο ανάγνωσης, και γιατί έχει σημασία;

Είναι το σημείο εκκίνησης που χρησιμοποιείται για τη διαίρεση μιας αλληλουχίας σε κωδικόνια. Η έναρξη μία ή δύο βάσεις αργότερα αλλάζει κάθε επόμενο κωδικόνιο, οπότε το ίδιο DNA μπορεί να διαβαστεί με τρεις διαφορετικούς τρόπους, από τους οποίους συνήθως μόνο ένας είναι η πραγματική κωδικοποιητική αλληλουχία.

Τι αλλάζει το «αναζήτηση έως το πρώτο κωδικόνιο έναρξης»;

Αλλάζει το σημείο από όπου ξεκινά η μετάφραση, όχι τον χρησιμοποιούμενο γενετικό κώδικα. Όταν είναι ενεργοποιημένο, το εργαλείο προχωρά μέσα στο επιλεγμένο πλαίσιο έως το πρώτο ATG και μεταφράζει από εκεί, όπως ακριβώς ένα ριβόσωμα ξεκινά σε ένα κωδικόνιο έναρξης. Όταν είναι απενεργοποιημένο, η μετάφραση ξεκινά από την ίδια την πρώτη βάση του πλαισίου.

Μπορώ να επικολλήσω αλληλουχία RNA;

Ναι. Το εργαλείο αντιμετωπίζει το U όπως το T, καθώς η ουρακίλη του RNA και η θυμίνη του DNA ζευγαρώνουν με το ίδιο νόημα κωδικονίου. Γίνονται δεκτά τόσο κεφαλαία όσο και πεζά γράμματα.

Τι συμβαίνει αν η αλληλουχία μου έχει γράμματα διαφορετικά από A, C, G, T ή U;

Το εργαλείο επισημαίνει τους μη έγκυρους χαρακτήρες και δεν μεταφράζει την αλληλουχία. Αυτό περιλαμβάνει κωδικούς ασάφειας όπως το N, που είναι συνηθισμένοι σε δεδομένα αλληλούχισης χαμηλής ποιότητας, αλλά δεν αποτελούν έγκυρη είσοδο για μετάφραση.

Τι γίνεται αν το μήκος της αλληλουχίας δεν είναι πολλαπλάσιο του τρία;

Το εργαλείο μεταφράζει κάθε πλήρες κωδικόνιο που μπορεί, και αναφέρει την εναπομείνασα μία ή δύο βάσεις χωριστά, χωρίς να μαντεύει τι θα μπορούσαν να κωδικοποιούν.