ממיר DNA לחלבון - המרת קודונים לחומצות אמינו
תרגום רצף DNA או RNA לרצף חומצות אמינו באמצעות הקוד הגנטי הסטנדרטי. בחרו מסגרת קריאה וצפו בתרגום של כל קודון.
ממיר DNA לחלבון
הזן רצף DNA או RNA. יש להשתמש בבסיסים A, C, G ו-T. האות U נקראת כ-T. רווחים, מעברי שורה ומספרים מתעלמים מהם. התרגום משתמש בקוד הגנטי הסטנדרטי (טבלה 1 של NCBI).
התחל את התרגום ב-ATG הראשון במסגרת קריאה זו, בדומה לאופן שבו ריבוזום מתחיל לקרוא מסגרת קריאה פתוחה, במקום ממש מתחילת המסגרת.
תיעוד
מתרגם מדנ״א לחלבון
מתרגם מדנ״א לחלבון ממיר רצף דנ״א או רנ״א לרצף החלבון שהוא מקודד לו. הוא קורא את הרצף בקבוצות של שלוש אותיות, הנקראות קודונים, וממיר כל קודון לחומצת אמינו אחת באמצעות הקוד הגנטי הסטנדרטי.
מהו תרגום דנ״א
תא מאחסן הוראות גנטיות בדנ״א. כדי לבנות חלבון, התא מעתיק תחילה גן לרנ״א שליח (mRNA). שלב זה נקרא שעתוק. לאחר מכן הריבוזומים קוראים את ה-mRNA ומחברים חומצות אמינו זו לזו בסדר שה-mRNA מכתיב. שלב זה נקרא תרגום. השרשרת המוגמרת של חומצות האמינו מתקפלת לחלבון פעיל.
רנ״א שונה מדנ״א רק בדרך רלוונטית אחת: רנ״א משתמש בבסיס אורציל (U), בעוד שדנ״א משתמש בתימין (T). לכן אפשר לתרגם רצף דנ״א באמצעות אותה טבלת קודונים שמשמשת לרצף רנ״א, בתנאי שכל U נקרא תחילה כ-T.
כיצד מתרגמים דנ״א לחלבון
המתרגם הופך רצף קלט לרצף חלבון בארבעה שלבים.
- ניקוי הרצף. האותיות מומרות לאותיות גדולות וכל U מוחלף ב-T. רווחים, מעברי שורה, ספרות וסימני הפיסוק המשמשים ברצפי FASTA שהודבקו (
>,-ו-*) מוסרים. אם לא נותר דבר לאחר הניקוי, המתרגם מדווח שהקלט ריק. - בדיקת הבסיסים. כל תו שנותר חייב להיות A, C, G או T. כל תו אחר עוצר את התהליך ומפיק הודעת שגיאה המפרטת את התווים הלא חוקיים.
- חלוקה לקודונים. החל במסגרת הקריאה שנבחרה, הרצף נחתך לקבוצות חופפות-לא של שלושה בסיסים.
- תרגום כל קודון. כל קודון מותאם לחומצת אמינו אחת באמצעות טבלת הקוד הגנטי שלהלן. התרגום נעצר בקודון העצירה הראשון (TAA, TAG או TGA). קודון העצירה עצמו אינו מתווסף לרצף החלבון.
אם נותרו פחות משלושה בסיסים לאחר הקודון השלם האחרון, אי אפשר לתרגם בסיסים אלה, והמתרגם מדווח עליהם כעל בסיסים נותרים. בסיסים הנמצאים אחרי קודון עצירה אינם נספרים כבסיסים נותרים, משום שהתרגום כבר הסתיים.
מסגרות קריאה
מסגרת קריאה היא נקודת ההתחלה המשמשת לחלוקת רצף לקודונים. מכיוון שכל קודון מכיל שלושה בסיסים, אפשר לפצל רצף החל מהבסיס הראשון, השני או השלישי שלו. אלה נקראות מסגרות קריאה 1, 2 ו-3. כל מסגרת מפיקה בדרך כלל רצף חלבון שונה. בגן אמיתי, רק מסגרת קריאה אחת מפיקה את החלבון הנכון. שתי המסגרות האחרות נתקלות לעיתים קרובות בקודון עצירה במהירות ומפיקות רצף קצר וחסר משמעות.
התחלה ב-ATG הראשון
רוב הגנים מתחילים בקודון ATG. הוא מקודד למתיונין ומסמן את הנקודה שבה החלבון מתחיל. למתרגם יש אפשרות הנקראת "סריקה עד לקודון ההתחלה הראשון (ATG)". כאשר האפשרות מופעלת, המתרגם מתקדם במסגרת שנבחרה עד שהוא מגיע לקודון שהוא בדיוק ATG, ואז מתחיל לתרגם שם. הבסיסים שלפני אותו ATG אינם נלקחים בחשבון. כאשר האפשרות כבויה, התרגום מתחיל בבסיס הראשון של המסגרת.
הסריקה מקבלת רק ATG הממוקם על גבול של קודון במסגרת שנבחרה. ניקח את CATGGCCTAA. מסגרת 1 מחלקת אותו ל-CAT GGC CTA, ולכן האותיות ATG אינן מתיישרות לקודון, והמתרגם מדווח שלא נמצא קודון התחלה במסגרת זו. מסגרת 2 מתחילה בבסיס השני ומפיקה ATG GCC TAA, ולכן התרגום מתחיל מיד ומפיק MA.
הקוד הגנטי
הקוד הגנטי הסטנדרטי משייך כל אחד מ-64 הקודונים האפשריים לאחת מ-20 חומצות אמינו או לאות עצירה. זהו הקוד המשמש את רוב הגנים ברוב היצורים, כולל בני אדם.
| חומצת אמינו | קודונים |
|---|---|
| אלנין (A) | GCT, GCC, GCA, GCG |
| ארגינין (R) | CGT, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG |
| אספרגין (N) | AAT, AAC |
| חומצה אספרטית (D) | GAT, GAC |
| ציסטאין (C) | TGT, TGC |
| חומצה גלוטמית (E) | GAA, GAG |
| גלוטמין (Q) | CAA, CAG |
| גליצין (G) | GGT, GGC, GGA, GGG |
| היסטידין (H) | CAT, CAC |
| איזולאוצין (I) | ATT, ATC, ATA |
| לאוצין (L) | TTA, TTG, CTT, CTC, CTA, CTG |
| ליזין (K) | AAA, AAG |
| מתיונין (M) | ATG |
| פנילאלנין (F) | TTT, TTC |
| פרולין (P) | CCT, CCC, CCA, CCG |
| סרין (S) | TCT, TCC, TCA, TCG, AGT, AGC |
| תראונין (T) | ACT, ACC, ACA, ACG |
| טריפטופן (W) | TGG |
| טירוזין (Y) | TAT, TAC |
| ולין (V) | GTT, GTC, GTA, GTG |
| עצירה | TAA, TAG, TGA |
ATG מקודד למתיונין. זהו גם הקודון שבו משתמשים רוב הגנים כדי לסמן את תחילת הרצף המקודד.
דוגמה: תרגום רצף דנ״א
ניקח את הרצף ATGGCCATTGTAATGGGCCGCTGAAAGGGTGCCCGATAG במסגרת קריאה 1.
חלוקה לקודונים: ATG GCC ATT GTA ATG GGC CGC TGA AAG GGT GCC CGA TAG
תרגום כל קודון: ATG → M, GCC → A, ATT → I, GTA → V, ATG → M, GGC → G, CGC → R, TGA → עצירה.
הקודון השמיני, TGA, הוא קודון עצירה, ולכן התרגום מסתיים שם. רצף החלבון הוא MAIVMGR, באורך שבע חומצות אמינו. הבסיסים שאחרי קודון העצירה אינם מתורגמים.
דוגמה: רצף מקודד ללא קודון עצירה
ניקח את הרצף ATGAAGTACGCCTACATCGCCAAGCAGCGCCAG במסגרת קריאה 1. אורכו 33 בסיסים, שהם בדיוק 11 קודונים.
חלוקה לקודונים: ATG AAG TAC GCC TAC ATC GCC AAG CAG CGC CAG
תרגום כל קודון: M, K, Y, A, Y, I, A, K, Q, R, Q.
לא מופיע קודון עצירה, ולכן כל 11 הקודונים מתורגמים. רצף החלבון הוא MKYAYIAKQRQ, ללא בסיסים נותרים.
דוגמה: כיצד מסגרת הקריאה משנה את התוצאה
הרצף הקצר ATGCATGCA מדגים מדוע מסגרת הקריאה חשובה.
- מסגרת 1 (התחלה בבסיס 1): ATG CAT GCA → M, H, A. חלבון: MHA.
- מסגרת 2 (התחלה בבסיס 2): TGC ATG CA → C, M, עם 2 בסיסים נותרים שאינם יכולים ליצור קודון.
- מסגרת 3 (התחלה בבסיס 3): GCA TGC A → A, C, עם 1 בסיס שנותר.
שלוש נקודות התחלה שונות נותנות שלושה רצפי חלבון שונים מאותם תשעת בסיסים.
שימושים בתרגום מדנ״א לחלבון
חוקרים מתרגמים רצפי דנ״א כדי לחזות איזה חלבון גן מייצר, לבדוק שרצף משובט עדיין נמצא במסגרת הקריאה הנכונה לאחר עריכות, ולראות כיצד מוטציה משנה את רצף חומצות האמינו של חלבון. צינורות עיבוד בביואינפורמטיקה מתרגמים רצפי גנום באופן אוטומטי כדי לסייע באנוטציה של גנים ובחיפוש במאגרי חלבונים.
היסטוריה קצרה
פרנסיס קריק תיאר את זרימת המידע הגנטי מדנ״א לרנ״א ולחלבון בשנת 1958, וכינה אותה הדוגמה המרכזית של הביולוגיה המולקולרית. בשנת 1961 הראו מרשל נירנברג והיינריך מתאי שהקודון UUU מקודד לחומצת האמינו פנילאלנין, והיה זה הקודון הראשון שפוענח. עד 1966 חוקרים, ובהם נירנברג והאר גובינד חורנה, פענחו את כל 64 שיוכי הקודונים, וכך נקבע הקוד הגנטי שבו משתמש המתרגם כיום.
שאלות נפוצות
מהו ההבדל בין תהליך תרגום הדנ״א לבין תהליך השעתוק?
שעתוק מעתיק רצף דנ״א ל-mRNA. תרגום קורא את ה-mRNA ובונה ממנו חלבון. כלי זה מדלג על שלב הרנ״א ומתרגם רצף דנ״א ישירות, תוך החלת אותם כללי קודונים.
מדוע המתרגם מציע שלוש מסגרות קריאה?
קודון מכיל שלושה בסיסים, ולכן אפשר לחלק רצף לקודונים החל מהבסיס הראשון, השני או השלישי שלו. בדרך כלל רק אחת משלוש המסגרות תואמת את הרצף המקודד האמיתי של גן, ולכן בדיקת שלושתן עשויה לסייע באיתורה.
מה קורה אם אורך הרצף אינו מתחלק בשלוש ללא שארית?
הבסיסים הנוספים בסוף אינם יכולים ליצור קודון שלם. המתרגם מדווח על מספר הבסיסים הנותרים ומתרגם כל קודון שלם שלפניהם.
האם אפשר להדביק רצף רנ״א במקום רצף דנ״א?
כן. כל U בקלט נקרא אוטומטית כ-T לפני התרגום, ולכן רצף רנ״א נותן אותה תוצאה כמו המקבילה שלו בדנ״א.
מה עושה קודון עצירה?
קודון עצירה (TAA, TAG או TGA) מסמן את סוף הרצף המקודד. המתרגם נעצר שם ואינו מוסיף לרצף החלבון את קודון העצירה עצמו או דבר שאחריו.
מה עושה האפשרות של קודון ההתחלה?
היא מורה למתרגם לדלג עד ל-ATG הראשון במסגרת הקריאה שנבחרה ולהתחיל שם, כפי שריבוזום מתחיל לקרוא בקודון התחלה. כשהאפשרות כבויה, התרגום מתחיל בבסיס הראשון של המסגרת. אם המסגרת אינה מכילה ATG הנמצא בה, המתרגם מדווח על כך במקום לנחש.
האם כל היצורים משתמשים באותו קוד גנטי?
כמעט כל הגנים הגרעיניים משתמשים בקוד הסטנדרטי המוצג לעיל. קיימים כמה חריגים, כגון דנ״א מיטוכונדריאלי של האדם, שבו הקודון TGA מקודד לטריפטופן במקום לשמש אות עצירה.