مترجم DNA به پروتئین - مبدل کدون و اسید آمینه

مترجم DNA به پروتئین یک توالی DNA یا RNA را با استفاده از کد ژنتیکی استاندارد به زنجیره اسیدهای آمینه‌ای که رمزگذاری می‌کند تبدیل می‌کند. این ابزار توالی را سه باز در هر بار می‌خواند و هر سه‌تایی را در جدول ثابتی از 64 کدون جستجو می‌کند.

نحوه عملکرد ترجمه

یک ژن با چهار حرف نوشته می‌شود: A، C، G و T (یا U در RNA). سلول‌ها این حروف را در گروه‌های سه‌تایی غیرهم‌پوشان به نام کدون می‌خوانند. هر کدون نشان‌دهنده یک اسید آمینه یا یک نشانه پایان است که زنجیره را به پایان می‌رساند.

این ابزار ابتدا ورودی را پاک‌سازی می‌کند. حروف کوچک را به بزرگ تبدیل می‌کند، فاصله‌ها، خطوط جدید و اعداد را حذف می‌کند و هر U را به T تغییر می‌دهد، زیرا اوراسیل در RNA با همان کدونی جفت می‌شود که تیمین در DNA جفت می‌شود. سپس هر نویسه‌ای که A، C، G یا T نباشد، مانند کدهای ابهام نظیر N، رد می‌کند تا هیچ توالی‌ای بدون اطلاع کاربر به‌اشتباه ترجمه نشود.

کد ژنتیکی استاندارد

این ابزار از جدول ترجمه شماره 1 NCBI با عنوان «کد استاندارد» استفاده می‌کند؛ کد ژنتیکی‌ای که بیشتر موجودات زنده، از جمله انسان، از آن استفاده می‌کنند. این جدول هر یک از 64 کدون ممکن را به یکی از 20 اسید آمینه یا به یک نشانه پایان اختصاص می‌دهد.

سه کدون، کدون پایان هستند: TAA، TAG و TGA. هیچ‌کدام از آنها رمزگذار اسید آمینه نیستند. هنگامی که ابزار به یکی از آنها می‌رسد، ترجمه را در همان‌جا به پایان می‌رساند. خود کدون پایان به پروتئین افزوده نمی‌شود و بازهای بعد از آن نادیده گرفته می‌شوند.

کدون ATG رمزگذار اسید آمینه متیونین (Met، M) است. در بیشتر موجودات زنده، ATG همچنین به‌عنوان کدون شروع عمل می‌کند؛ کدونی که ریبوزوم خواندن یک ژن را از آن آغاز می‌کند.

قاب‌های خوانش

یک توالی DNA را می‌توان به سه شیوه متفاوت، موسوم به قاب‌های خوانش، خواند که بستگی به این دارد از کدام باز شمارش را آغاز کنید:

• قاب 1 از نخستین باز آغاز می‌شود.
• قاب 2 از دومین باز آغاز می‌شود و از نخستین باز صرف‌نظر می‌کند.
• قاب 3 از سومین باز آغاز می‌شود و از دو باز نخست صرف‌نظر می‌کند.

جابه‌جایی قاب حتی به‌اندازه یک باز، هر کدون بعد از آن را تغییر می‌دهد، بنابراین یک توالی واحد می‌تواند سه زنجیره اسید آمینه کاملاً متفاوت تولید کند. معمولاً فقط یکی از این قاب‌ها، قاب رمزگذاری واقعی یک ژن است.

پویش تا نخستین کدون شروع

به‌طور پیش‌فرض، ابزار ترجمه را از نخستین باز قاب انتخاب‌شده آغاز می‌کند، صرف‌نظر از اینکه آن کدون چه باشد. این رفتار همان روش همیشگی ابزار است و برای ترجمه توالی‌ای که از قبل می‌دانید از موقعیت یک در قاب قرار دارد، مفید است.

تنظیم اختیاری «پویش تا نخستین کدون شروع» محل آغاز ترجمه را تغییر می‌دهد، نه شیوه ترجمه را. هنگامی که فعال باشد، ابزار در طول قاب انتخاب‌شده به‌دنبال نخستین کدون ATG می‌گردد و ترجمه را از آنجا آغاز می‌کند و از هر بازی که پیش از آن قرار دارد صرف‌نظر می‌کند. این رفتار مشابه شیوه‌ای است که ریبوزوم آغاز یک قاب خوانش باز (ORF) را می‌یابد، به‌جای ترجمه از نقطه‌ای دلخواه در یک توالی طولانی‌تر. اگر هیچ ATG در آن قاب وجود نداشته باشد، ابزار به‌جای حدس زدن، اعلام می‌کند که کدون شروعی یافت نشد.

غیرفعال کردن این تنظیم، ابزار را به رفتار اصلی بازمی‌گرداند: ترجمه از همان ابتدای قاب.

نحوه محاسبه ترجمه DNA به پروتئین

1. یک توالی DNA یا RNA وارد کنید. فاصله‌ها، خطوط جدید، اعداد و نویسه‌های به‌سبک FASTA به‌طور خودکار نادیده گرفته می‌شوند.
2. یک قاب خوانش انتخاب کنید: 1، 2 یا 3.
3. در صورت تمایل، «پویش تا نخستین کدون شروع» را فعال کنید تا ترجمه از نخستین ATG درون قاب، به‌جای ابتدای قاب، آغاز شود.
4. ابزار توالی را سه باز در هر بار می‌خواند، هر کدون را در کد ژنتیکی استاندارد جستجو می‌کند و در نخستین کدون پایان متوقف می‌شود.
5. نتیجه، توالی پروتئین است که به‌صورت کدهای یک‌حرفی اسید آمینه نوشته می‌شود، همراه با تفکیک کدون به کدون.

مثال حل‌شده

توالی: ATGGCCTAA، قاب خوانش 1، پویش کدون شروع غیرفعال.

پروتئین MA است. ترجمه در TAA متوقف می‌شود، بنابراین چیزی بعد از آن خوانده نمی‌شود.

اکنون توالی طولانی‌تر CCCATGGCCTAA را در قاب 1 در نظر بگیرید. با غیرفعال بودن پویش، ابزار از همان نخستین باز می‌خواند: CCC (Pro)، ATG (Met)، GCC (Ala)، سپس TAA (پایان)، که پروتئین PMA را می‌دهد. با فعال بودن پویش، ابزار از CCC صرف‌نظر می‌کند، از نخستین ATG آغاز می‌کند و ATG (Met)، GCC (Ala)، سپس TAA (پایان) را می‌خواند، که پروتئین MA را می‌دهد. هر دو، خروجی درست همان توالی هستند؛ آنها به دو پرسش متفاوت پاسخ می‌دهند: یکی خواندن همه‌چیز در قاب و دیگری خواندن تنها قاب خوانش بازی که از ATG آغاز می‌شود.

پرسش‌های متداول

کدون چیست؟

کدون گروهی از سه باز DNA یا RNA است. هر یک از 64 کدون ممکن، بر اساس کد ژنتیکی استاندارد، نشان‌دهنده یک اسید آمینه یا یک نشانه پایان است.

چرا ترجمه در یک کدون پایان متوقف می‌شود؟

TAA، TAG و TGA رمزگذار اسید آمینه نیستند. آنها نشانه‌های پایان هستند. ریبوزومی که یک ژن واقعی را می‌خواند، در همان نقطه زنجیره پروتئین کامل‌شده را آزاد می‌کند، بنابراین ابزار نیز همین کار را انجام می‌دهد و بازهای بعد از آن را نادیده می‌گیرد.

قاب خوانش چیست و چرا اهمیت دارد؟

قاب خوانش، نقطه شروعی است که برای تقسیم یک توالی به کدون‌ها استفاده می‌شود. شروع یک یا دو باز دیرتر، هر کدون بعدی را تغییر می‌دهد، بنابراین یک DNA واحد را می‌توان به سه شیوه متفاوت خواند که معمولاً فقط یکی از آنها توالی رمزگذاری واقعی است.

«پویش تا نخستین کدون شروع» چه چیزی را تغییر می‌دهد؟

این گزینه محل آغاز ترجمه را تغییر می‌دهد، نه کد ژنتیکی مورد استفاده را. هنگامی که فعال باشد، ابزار در قاب انتخاب‌شده تا نخستین ATG پیش می‌رود و ترجمه را از آنجا انجام می‌دهد، درست مانند شیوه‌ای که ریبوزوم از یک کدون شروع آغاز می‌کند. هنگامی که غیرفعال باشد، ترجمه از همان نخستین باز قاب آغاز می‌شود.

آیا می‌توانم یک توالی RNA وارد کنم؟

بله. ابزار U را همانند T در نظر می‌گیرد، زیرا اوراسیل در RNA و تیمین در DNA معنای کدونی یکسانی دارند. هم حروف بزرگ و هم حروف کوچک پذیرفته می‌شوند.

اگر توالی من حروفی غیر از A، C، G، T یا U داشته باشد چه اتفاقی می‌افتد؟

ابزار نویسه‌های نامعتبر را مشخص می‌کند و توالی را ترجمه نمی‌کند. این شامل کدهای ابهام مانند N نیز می‌شود که در داده‌های توالی‌یابی با کیفیت پایین رایج هستند اما ورودی معتبری برای ترجمه نیستند.

اگر طول توالی مضربی از سه نباشد چه می‌شود؟

ابزار هر کدون کاملی را که می‌تواند ترجمه می‌کند و یک یا دو باز باقی‌مانده را جداگانه گزارش می‌دهد، بدون اینکه حدس بزند آنها رمزگذار چه چیزی ممکن است باشند.