เครื่องแปลดีเอ็นเอเป็นโปรตีน - แปลงโคดอนเป็นกรดอะมิโน

เครื่องแปลดีเอ็นเอเป็นโปรตีนแปลงลำดับดีเอ็นเอหรืออาร์เอ็นเอให้เป็นสายกรดอะมิโนที่ลำดับนั้นเข้ารหัสไว้ โดยใช้รหัสพันธุกรรมมาตรฐาน เครื่องมือนี้อ่านลำดับครั้งละสามเบส แล้วค้นหาความหมายของแต่ละชุดสามเบสจากตารางโคดอนทั้ง 64 แบบ

การแปลรหัสทำงานอย่างไร

ยีนหนึ่งเขียนขึ้นด้วยตัวอักษรสี่ตัว ได้แก่ A, C, G และ T (หรือ U ในอาร์เอ็นเอ) เซลล์อ่านตัวอักษรเหล่านี้เป็นกลุ่มละสามตัวที่ไม่ซ้อนทับกัน เรียกว่าโคดอน โคดอนแต่ละตัวแทนกรดอะมิโนหนึ่งชนิด หรือแทนสัญญาณหยุดที่ทำให้สายสิ้นสุดลง

เครื่องมือนี้จะจัดข้อมูลนำเข้าให้เรียบร้อยก่อน โดยแปลงตัวพิมพ์เล็กเป็นตัวพิมพ์ใหญ่ ลบช่องว่าง การขึ้นบรรทัดใหม่ และตัวเลขออก และเปลี่ยน U ทุกตัวให้เป็น T เนื่องจากยูราซิลในอาร์เอ็นเอจับคู่โคดอนแบบเดียวกับไทมีนในดีเอ็นเอ จากนั้นระบบจะปฏิเสธอักขระใด ๆ ที่ไม่ใช่ A, C, G หรือ T เช่น รหัสกำกวมอย่าง N เพื่อไม่ให้ลำดับถูกแปลผิดโดยที่ผู้ใช้ไม่รู้ตัว

รหัสพันธุกรรมมาตรฐาน

เครื่องมือนี้ใช้ตารางการแปลรหัสหมายเลข 1 ของ NCBI ที่เรียกว่า "รหัสมาตรฐาน" (The Standard Code) ซึ่งเป็นรหัสพันธุกรรมที่สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ใช้ รวมถึงมนุษย์ด้วย ตารางนี้กำหนดให้โคดอนที่เป็นไปได้ทั้ง 64 แบบแทนกรดอะมิโนชนิดใดชนิดหนึ่งจาก 20 ชนิด หรือแทนสัญญาณหยุด

โคดอนสามตัวเป็นโคดอนหยุด ได้แก่ TAA, TAG และ TGA ไม่มีโคดอนใดในสามตัวนี้แทนกรดอะมิโน เมื่อเครื่องมือแปลไปพบโคดอนเหล่านี้ การแปลจะสิ้นสุดลงทันที โคดอนหยุดเองจะไม่ถูกเพิ่มเข้าไปในสายโปรตีน และเบสใด ๆ ที่อยู่หลังจากนั้นจะถูกละเว้น

โคดอน ATG แทนกรดอะมิโนเมไทโอนีน (Met, M) ในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ ATG ยังทำหน้าที่เป็นโคดอนเริ่มต้น ซึ่งเป็นโคดอนที่ไรโบโซมเริ่มอ่านยีน

เฟรมการอ่าน

ลำดับดีเอ็นเอหนึ่งลำดับสามารถอ่านได้สามแบบที่แตกต่างกัน เรียกว่าเฟรมการอ่าน ขึ้นอยู่กับว่าเริ่มนับจากเบสตัวใด

• เฟรมที่ 1 เริ่มจากเบสตัวแรก
• เฟรมที่ 2 เริ่มจากเบสตัวที่สอง โดยข้ามเบสตัวแรกไป
• เฟรมที่ 3 เริ่มจากเบสตัวที่สาม โดยข้ามเบสสองตัวแรกไป

การเลื่อนเฟรมไปเพียงหนึ่งเบสก็เปลี่ยนโคดอนทุกตัวที่ตามมา ดังนั้นลำดับเดียวกันจึงสามารถให้สายกรดอะมิโนที่ต่างกันโดยสิ้นเชิงได้ถึงสามแบบ โดยปกติมีเพียงเฟรมเดียวเท่านั้นที่เป็นเฟรมเข้ารหัสจริงของยีน

การสแกนหาโคดอนเริ่มต้นตัวแรก

โดยค่าเริ่มต้น เครื่องมือนี้จะเริ่มแปลจากเบสตัวแรกของเฟรมที่เลือก ไม่ว่าโคดอนตัวแรกนั้นจะเป็นตัวใดก็ตาม วิธีนี้เป็นวิธีการทำงานเดิมของเครื่องมือ และเป็นประโยชน์เมื่อต้องการแปลลำดับที่ทราบอยู่แล้วว่าอยู่ในเฟรมตั้งแต่ตำแหน่งแรก

ตัวเลือกเสริม "สแกนหาโคดอนเริ่มต้นตัวแรก" เปลี่ยนตำแหน่งที่การแปลเริ่มต้น ไม่ได้เปลี่ยนวิธีการแปล เมื่อเปิดใช้งาน เครื่องมือจะค้นหาโคดอน ATG ตัวแรกตลอดเฟรมที่เลือก แล้วเริ่มแปลจากจุดนั้น โดยข้ามเบสทั้งหมดที่อยู่ก่อนหน้า วิธีนี้สะท้อนวิธีที่ไรโบโซมค้นหาจุดเริ่มต้นของกรอบการอ่านแบบเปิด (ORF) แทนที่จะแปลจากจุดใดจุดหนึ่งแบบสุ่มในลำดับที่ยาวกว่า หากไม่พบ ATG ในเฟรมนั้น เครื่องมือจะแจ้งว่าไม่พบโคดอนเริ่มต้น แทนที่จะเดา

การปิดตัวเลือกนี้จะกลับไปใช้พฤติกรรมเดิม คือแปลจากจุดเริ่มต้นของเฟรมโดยตรง

วิธีคำนวณการแปลดีเอ็นเอเป็นโปรตีน

1. ป้อนลำดับดีเอ็นเอหรืออาร์เอ็นเอ ระบบจะข้ามช่องว่าง การขึ้นบรรทัดใหม่ ตัวเลข และอักขระรูปแบบ FASTA โดยอัตโนมัติ
2. เลือกเฟรมการอ่าน คือ 1, 2 หรือ 3
3. หากต้องการ สามารถเปิดตัวเลือก "สแกนหาโคดอนเริ่มต้นตัวแรก" เพื่อเริ่มจาก ATG ตัวแรกในเฟรมแทนการเริ่มจากจุดเริ่มต้นของเฟรม
4. เครื่องมือจะอ่านลำดับครั้งละสามเบส ค้นหาความหมายของแต่ละโคดอนในรหัสพันธุกรรมมาตรฐาน และหยุดที่โคดอนหยุดตัวแรก
5. ผลลัพธ์คือลำดับโปรตีน เขียนเป็นรหัสกรดอะมิโนตัวอักษรเดียว พร้อมรายละเอียดของแต่ละโคดอน

ตัวอย่างการคำนวณ

ลำดับ: ATGGCCTAA เฟรมการอ่านที่ 1 ปิดการสแกนหาโคดอนเริ่มต้น

โปรตีนที่ได้คือ MA การแปลหยุดที่ TAA ดังนั้นจึงไม่มีการอ่านสิ่งใดหลังจากนั้น

ลองพิจารณาลำดับที่ยาวขึ้น คือ CCCATGGCCTAA ในเฟรมที่ 1 เมื่อปิดการสแกน เครื่องมือจะอ่านจากเบสตัวแรกสุด ได้แก่ CCC (Pro), ATG (Met), GCC (Ala) แล้วตามด้วย TAA (หยุด) ทำให้ได้โปรตีน PMA เมื่อเปิดการสแกน เครื่องมือจะข้าม CCC ไป เริ่มที่ ATG ตัวแรก แล้วอ่าน ATG (Met), GCC (Ala) ตามด้วย TAA (หยุด) ทำให้ได้โปรตีน MA ผลลัพธ์ทั้งสองแบบถูกต้องสำหรับลำดับเดียวกัน เพียงแต่ตอบคำถามต่างกัน แบบหนึ่งอ่านทุกอย่างในเฟรม อีกแบบหนึ่งอ่านเฉพาะกรอบการอ่านแบบเปิดที่เริ่มจาก ATG เท่านั้น

คำถามที่พบบ่อย

โคดอนคืออะไร?

โคดอนคือกลุ่มของเบสดีเอ็นเอหรืออาร์เอ็นเอสามตัว โคดอนที่เป็นไปได้ทั้ง 64 แบบแต่ละแบบแทนกรดอะมิโนหนึ่งชนิด หรือแทนสัญญาณหยุด ตามรหัสพันธุกรรมมาตรฐาน

เหตุใดการแปลจึงหยุดที่โคดอนหยุด?

TAA, TAG และ TGA ไม่แทนกรดอะมิโนใด ๆ แต่เป็นสัญญาณหยุด เมื่อไรโบโซมอ่านยีนจริงมาถึงจุดนี้ มันจะปล่อยสายโปรตีนที่สร้างเสร็จแล้วออกมา เครื่องมือนี้จึงทำงานแบบเดียวกันและละเว้นเบสใด ๆ ที่อยู่หลังจากนั้น

เฟรมการอ่านคืออะไร และเหตุใดจึงสำคัญ?

เฟรมการอ่านคือจุดเริ่มต้นที่ใช้แบ่งลำดับออกเป็นโคดอน การเริ่มต้นช้าไปหนึ่งหรือสองเบสจะเปลี่ยนโคดอนทุกตัวที่ตามมา ดังนั้นดีเอ็นเอเดียวกันจึงสามารถอ่านได้สามแบบที่ต่างกัน โดยปกติมีเพียงแบบเดียวเท่านั้นที่เป็นลำดับเข้ารหัสจริง

ตัวเลือก "สแกนหาโคดอนเริ่มต้นตัวแรก" เปลี่ยนอะไรบ้าง?

ตัวเลือกนี้เปลี่ยนตำแหน่งที่การแปลเริ่มต้น ไม่ได้เปลี่ยนรหัสพันธุกรรมที่ใช้ เมื่อเปิดใช้งาน เครื่องมือจะข้ามไปยัง ATG ตัวแรกในเฟรมที่เลือกแล้วแปลจากจุดนั้น เช่นเดียวกับที่ไรโบโซมเริ่มต้นที่โคดอนเริ่มต้น เมื่อปิดใช้งาน การแปลจะเริ่มจากเบสตัวแรกสุดของเฟรม

วางลำดับอาร์เอ็นเอได้หรือไม่?

ได้ เครื่องมือนี้ปฏิบัติต่อ U เหมือนกับ T เนื่องจากยูราซิลในอาร์เอ็นเอและไทมีนในดีเอ็นเอมีความหมายของโคดอนแบบเดียวกัน ระบบรองรับทั้งตัวพิมพ์ใหญ่และตัวพิมพ์เล็ก

หากลำดับมีตัวอักษรอื่นนอกเหนือจาก A, C, G, T หรือ U จะเกิดอะไรขึ้น?

เครื่องมือจะแจ้งเตือนอักขระที่ไม่ถูกต้อง และจะไม่แปลลำดับนั้น รวมถึงรหัสกำกวมอย่าง N ซึ่งพบได้ทั่วไปในข้อมูลการหาลำดับพันธุกรรมที่มีคุณภาพต่ำ แต่ไม่ใช่ข้อมูลนำเข้าที่ถูกต้องสำหรับการแปล

หากความยาวของลำดับไม่ใช่จำนวนที่หารด้วยสามลงตัวจะเป็นอย่างไร?

เครื่องมือจะแปลโคดอนที่สมบูรณ์ทุกตัวเท่าที่ทำได้ และรายงานเบสที่เหลืออยู่หนึ่งหรือสองตัวแยกต่างหาก โดยไม่เดาว่าเบสเหล่านั้นอาจแทนสิ่งใด