ממיר DNA לחלבון - המרת קודונים לחומצות אמינו

ממיר DNA לחלבון הופך רצף DNA או RNA לשרשרת חומצות האמינו שהוא מקודד, באמצעות הקוד הגנטי הסטנדרטי. הכלי קורא את הרצף שלושה בסיסים בכל פעם ומחפש כל שלישייה בטבלה קבועה של 64 קודונים.

כיצד פועל התרגום

גן כתוב בארבע אותיות: A, C, G ו-T (או U ב-RNA). תאים קוראים אותיות אלה בקבוצות של שלוש שאינן חופפות, הנקראות קודונים. כל קודון מייצג חומצת אמינו אחת, או אות עצירה המסיימת את השרשרת.

הכלי מנקה תחילה את הקלט. הוא הופך אותיות קטנות לגדולות, מסיר רווחים, מעברי שורה וספרות, ומחליף כל U ב-T, מכיוון שאורציל ב-RNA מייצג את אותו קודון כמו תימין ב-DNA. לאחר מכן הוא דוחה כל תו שאינו A, C, G או T, כגון קודי עמימות כמו N, כך שרצף לעולם לא מתורגם בטעות בשקט.

הקוד הגנטי הסטנדרטי

הכלי משתמש בטבלת התרגום 1 של NCBI, "הקוד הסטנדרטי", הקוד הגנטי שבו משתמשים רוב האורגניזמים, כולל בני אדם. הטבלה משייכת כל אחד מ-64 הקודונים האפשריים לאחת מ-20 חומצות אמינו או לאות עצירה.

שלושה קודונים הם קודוני עצירה: TAA, TAG ו-TGA. אף אחד מהם אינו מקודד לחומצת אמינו. כאשר הכלי מגיע לאחד מהם, הוא מסיים שם את התרגום. קודון העצירה עצמו אינו נוסף לחלבון, וכל הבסיסים שאחריו מתעלמים מהם.

הקודון ATG מקודד לחומצת האמינו מתיונין (Met, M). ברוב האורגניזמים ATG משמש גם כקודון ההתחלה, הקודון שבו ריבוזום מתחיל לקרוא גן.

מסגרות קריאה

ניתן לקרוא רצף DNA בשלוש דרכים שונות, הנקראות מסגרות קריאה, בהתאם לבסיס שממנו מתחילים לספור:

• מסגרת 1 מתחילה בבסיס הראשון.
• מסגרת 2 מתחילה בבסיס השני, תוך דילוג על הראשון.
• מסגרת 3 מתחילה בבסיס השלישי, תוך דילוג על שני הבסיסים הראשונים.

הזזת המסגרת אפילו בבסיס אחד משנה כל קודון שאחריו, כך שאותו רצף יכול להפיק שלוש שרשראות חומצות אמינו שונות לחלוטין. בדרך כלל רק מסגרת אחת היא מסגרת הקידוד האמיתית של הגן.

סריקה עד קודון ההתחלה הראשון

כברירת מחדל, הכלי מתרגם החל מהבסיס הראשון של המסגרת שנבחרה, יהיה הקודון אשר יהיה. כך פעל הכלי תמיד, וזה שימושי לתרגום רצף שכבר ידוע שהוא במסגרת החל ממיקום אחד.

ההגדרה האופציונלית "סרוק עד קודון ההתחלה הראשון" משנה את נקודת ההתחלה של התרגום, לא את אופן התרגום עצמו. כאשר ההגדרה מופעלת, הכלי מחפש לאורך המסגרת שנבחרה את הקודון ATG הראשון ומתחיל לתרגם משם, תוך דילוג על כל הבסיסים שלפניו. פעולה זו משקפת את הדרך שבה ריבוזום מוצא את תחילתה של מסגרת קריאה פתוחה (ORF), במקום לתרגם מנקודה שרירותית ברצף ארוך יותר. אם אין ATG במסגרת זו, הכלי מדווח שלא נמצא קודון התחלה, במקום לנחש.

כיבוי ההגדרה מחזיר להתנהגות המקורית: תרגום ממש מתחילת המסגרת.

כיצד לחשב תרגום מ-DNA לחלבון

1. הזן רצף DNA או RNA. רווחים, מעברי שורה, ספרות ותווים בסגנון FASTA מתעלמים מהם באופן אוטומטי.
2. בחר מסגרת קריאה: 1, 2 או 3.
3. ניתן להפעיל את "סרוק עד קודון ההתחלה הראשון" כדי להתחיל ב-ATG הראשון בתוך המסגרת במקום בתחילת המסגרת.
4. הכלי קורא את הרצף שלושה בסיסים בכל פעם, מחפש כל קודון בקוד הגנטי הסטנדרטי, ועוצר בקודון העצירה הראשון.
5. התוצאה היא רצף החלבון, הכתוב כקודי חומצות אמינו באות אחת, יחד עם פירוט קודון אחר קודון.

דוגמה מפורטת

רצף: ATGGCCTAA, מסגרת קריאה 1, סריקת קודון התחלה כבויה.

החלבון הוא MA. התרגום נעצר ב-TAA, כך שדבר אחריו אינו נקרא.

כעת ניקח רצף ארוך יותר, CCCATGGCCTAA, במסגרת 1. כאשר הסריקה כבויה, הכלי קורא ממש מהבסיס הראשון: CCC (Pro), ATG (Met), GCC (Ala), ולאחר מכן TAA (עצירה), ומניב את החלבון PMA. כאשר הסריקה מופעלת, הכלי מדלג על CCC, מתחיל ב-ATG הראשון, וקורא ATG (Met), GCC (Ala), ולאחר מכן TAA (עצירה), ומניב את החלבון MA. שני הפלטים נכונים עבור אותו רצף; הם עונים על שאלות שונות, האחד קורא הכל במסגרת, והשני קורא רק את מסגרת הקריאה הפתוחה המתחילה ב-ATG.

שאלות נפוצות

מהו קודון?

קודון הוא קבוצה של שלושה בסיסי DNA או RNA. כל אחד מ-64 הקודונים האפשריים מייצג חומצת אמינו אחת או אות עצירה, על פי הקוד הגנטי הסטנדרטי.

מדוע התרגום נעצר בקודון עצירה?

TAA, TAG ו-TGA אינם מקודדים לחומצת אמינו. הם אותות עצירה. ריבוזום הקורא גן אמיתי משחרר באותה נקודה את שרשרת החלבון המוגמרת, ולכן הכלי פועל באותו אופן ומתעלם מכל הבסיסים שאחריה.

מהי מסגרת קריאה, ומדוע היא חשובה?

זוהי נקודת ההתחלה המשמשת לחלוקת רצף לקודונים. התחלה בסיס אחד או שניים מאוחר יותר משנה כל קודון שבא אחריה, כך שניתן לקרוא את אותו DNA בשלוש דרכים שונות, כאשר בדרך כלל רק אחת מהן היא רצף הקידוד האמיתי.

מה משנה "סרוק עד קודון ההתחלה הראשון"?

ההגדרה משנה את נקודת התחלת התרגום, לא את הקוד הגנטי שבו נעשה שימוש. כאשר היא מופעלת, הכלי מדלג קדימה במסגרת שנבחרה עד ל-ATG הראשון ומתרגם משם, בדומה לאופן שבו ריבוזום מתחיל בקודון התחלה. כאשר היא כבויה, התרגום מתחיל ממש בבסיס הראשון של המסגרת.

האם ניתן להדביק רצף RNA?

כן. הכלי מתייחס ל-U כמו ל-T, מכיוון שאורציל ב-RNA ותימין ב-DNA מייצגים את אותה משמעות קודונית. הכלי מקבל גם אותיות גדולות וגם אותיות קטנות.

מה קורה אם ברצף שלי יש אותיות שאינן A, C, G, T או U?

הכלי מסמן את התווים הלא תקינים ואינו מתרגם את הרצף. זה כולל קודי עמימות כמו N, הנפוצים בנתוני ריצוף באיכות נמוכה אך אינם קלט תקין לתרגום.

מה קורה אם אורך הרצף אינו כפולה של שלוש?

הכלי מתרגם כל קודון שלם שהוא יכול לזהות, ומדווח בנפרד על הבסיס או שני הבסיסים שנותרו, מבלי לנחש למה הם עשויים לקודד.