Транслятор ДНК в белок - конвертер кодонов и аминокислот

Транслятор ДНК в белок преобразует последовательность ДНК или РНК в цепочку аминокислот, которую она кодирует, используя стандартный генетический код. Он считывает последовательность по три основания за раз и ищет каждую тройку в фиксированной таблице из 64 кодонов.

Как работает трансляция

Ген записан четырьмя буквами: A, C, G и T (или U в РНК). Клетки считывают эти буквы неперекрывающимися группами по три, которые называются кодонами. Каждый кодон обозначает одну аминокислоту или стоп-сигнал, завершающий цепочку.

Сначала инструмент очищает введённые данные. Он переводит строчные буквы в заглавные, удаляет пробелы, переносы строк и цифры, а также заменяет каждую U на T, поскольку урацил РНК спаривается по тому же кодону, что и тимин ДНК. Затем он отклоняет любой символ, не являющийся A, C, G или T, например коды неопределённости вроде N, чтобы последовательность никогда не была транслирована неверно без предупреждения.

Стандартный генетический код

Инструмент использует таблицу трансляции NCBI № 1, «Стандартный код», генетический код, используемый большинством организмов, включая человека. Он присваивает каждому из 64 возможных кодонов одну из 20 аминокислот или стоп-сигнал.

Три кодона являются стоп-кодонами: TAA, TAG и TGA. Ни один из них не кодирует аминокислоту. Когда инструмент доходит до одного из них, он завершает трансляцию на этом месте. Сам стоп-кодон не добавляется в белок, а все основания после него игнорируются.

Кодон ATG кодирует аминокислоту метионин (Met, M). У большинства организмов ATG также выступает в роли стартового кодона — кодона, с которого рибосома начинает считывать ген.

Рамки считывания

Последовательность ДНК можно считать тремя разными способами, которые называются рамками считывания, в зависимости от того, с какого основания начать отсчёт:

• Рамка 1 начинается с первого основания.
• Рамка 2 начинается со второго основания, пропуская первое.
• Рамка 3 начинается с третьего основания, пропуская первые два.

Сдвиг рамки даже на одно основание меняет каждый последующий кодон, поэтому одна и та же последовательность может дать три совершенно разные цепочки аминокислот. Обычно только одна рамка является настоящей кодирующей рамкой гена.

Поиск первого стартового кодона

По умолчанию инструмент начинает трансляцию с первого основания выбранной рамки, каким бы ни оказался этот кодон. Так инструмент работал всегда, и это удобно для трансляции последовательности, которая, как вам уже известно, находится в рамке начиная с первой позиции.

Необязательная настройка «искать первый стартовый кодон» меняет место, с которого начинается трансляция, а не способ трансляции. При включении инструмент ищет вдоль выбранной рамки первый кодон ATG и начинает трансляцию с него, пропуская все основания перед ним. Это повторяет то, как рибосома находит начало открытой рамки считывания (ORF), вместо трансляции с произвольной точки в более длинной последовательности. Если в этой рамке нет ATG, инструмент сообщает, что стартовый кодон не найден, вместо того чтобы гадать.

Отключение настройки возвращает исходное поведение: трансляция начинается с самого первого основания рамки.

Как рассчитать трансляцию ДНК в белок

1. Введите последовательность ДНК или РНК. Пробелы, переносы строк, цифры и символы в стиле FASTA игнорируются автоматически.
2. Выберите рамку считывания: 1, 2 или 3.
3. При необходимости включите «искать первый стартовый кодон», чтобы начать с первого ATG внутри рамки вместо начала рамки.
4. Инструмент считывает последовательность по три основания за раз, ищет каждый кодон в стандартном генетическом коде и останавливается на первом стоп-кодоне.
5. Результат — последовательность белка, записанная однобуквенными кодами аминокислот, вместе с разбивкой по каждому кодону.

Разобранный пример

Последовательность: ATGGCCTAA, рамка считывания 1, поиск стартового кодона отключён.

Белок — MA. Трансляция останавливается на TAA, поэтому всё, что идёт после, не считывается.

Теперь возьмём более длинную последовательность, CCCATGGCCTAA, в рамке 1. При отключённом поиске инструмент считывает с самого первого основания: CCC (Pro), ATG (Met), GCC (Ala), затем TAA (стоп), что даёт белок PMA. При включённом поиске инструмент пропускает CCC, начинает с первого ATG и считывает ATG (Met), GCC (Ala), затем TAA (стоп), что даёт белок MA. Оба результата — правильные результаты для одной и той же последовательности; они отвечают на разные вопросы: один считывает всё в рамке, другой — только открытую рамку считывания, начинающуюся с ATG.

Часто задаваемые вопросы

Что такое кодон?

Кодон — это группа из трёх оснований ДНК или РНК. Каждый из 64 возможных кодонов обозначает одну аминокислоту или стоп-сигнал согласно стандартному генетическому коду.

Почему трансляция останавливается на стоп-кодоне?

TAA, TAG и TGA не кодируют аминокислоту. Это стоп-сигналы. Рибосома, считывающая настоящий ген, в этом месте высвобождает готовую белковую цепочку, поэтому инструмент поступает так же и игнорирует все основания после него.

Что такое рамка считывания и почему это важно?

Это начальная точка, используемая для разбиения последовательности на кодоны. Начало на одно или два основания позже меняет каждый последующий кодон, поэтому одну и ту же ДНК можно считать тремя разными способами, и обычно только один из них является настоящей кодирующей последовательностью.

Что меняет настройка «искать первый стартовый кодон»?

Она меняет место, с которого начинается трансляция, а не используемый генетический код. При включении инструмент переходит вперёд по выбранной рамке к первому ATG и транслирует начиная с него, так же как рибосома начинает со стартового кодона. При отключении трансляция начинается с самого первого основания рамки.

Можно ли вставить последовательность РНК?

Да. Инструмент обрабатывает U так же, как T, поскольку урацил РНК и тимин ДНК спариваются с одним и тем же значением кодона. Принимаются как заглавные, так и строчные буквы.

Что произойдёт, если в последовательности есть буквы, отличные от A, C, G, T или U?

Инструмент отмечает недопустимые символы и не транслирует последовательность. Сюда входят коды неопределённости, такие как N, которые часто встречаются в данных секвенирования низкого качества, но не являются допустимыми входными данными для трансляции.

Что если длина последовательности не кратна трём?

Инструмент транслирует каждый полный кодон, который может образовать, и отдельно сообщает об оставшемся одном или двух основаниях, не пытаясь угадать, что они могли бы кодировать.