Транслятор ДНК у білок - конвертер кодонів і амінокислот

Транслятор ДНК у білок перетворює послідовність ДНК або РНК на ланцюг амінокислот, який вона кодує, використовуючи стандартний генетичний код. Він зчитує послідовність по три основи за раз і знаходить кожен триплет у фіксованій таблиці з 64 кодонів.

Як працює трансляція

Ген записаний чотирма літерами: A, C, G і T (або U в РНК). Клітини читають ці літери групами по три, які не перекриваються між собою і називаються кодонами. Кожен кодон означає одну амінокислоту або сигнал зупинки, який завершує ланцюг.

Спочатку інструмент очищає введені дані. Він перетворює малі літери на великі, видаляє пробіли, розриви рядків і цифри та замінює кожну U на T, оскільки урацил РНК відповідає тому самому кодону, що й тимін ДНК. Потім він відхиляє будь-який символ, що не є A, C, G або T, наприклад коди неоднозначності на кшталт N, тож послідовність ніколи не транслюється неправильно непомітно для користувача.

Стандартний генетичний код

Інструмент використовує таблицю трансляції NCBI 1, «Стандартний код», генетичний код, який використовують більшість організмів, зокрема людина. Він присвоює кожному з 64 можливих кодонів одну з 20 амінокислот або сигнал зупинки.

Три кодони є стоп-кодонами: TAA, TAG і TGA. Жоден з них не кодує амінокислоту. Коли інструмент досягає одного з них, він завершує трансляцію в цьому місці. Сам стоп-кодон не додається до білка, а всі основи після нього ігноруються.

Кодон ATG кодує амінокислоту метіонін (Met, M). У більшості організмів ATG також слугує стартовим кодоном, тобто кодоном, з якого рибосома починає читати ген.

Рамки зчитування

Послідовність ДНК можна читати трьома різними способами, які називаються рамками зчитування, залежно від того, з якої основи починається відлік:

• Рамка 1 починається з першої основи.
• Рамка 2 починається з другої основи, пропускаючи першу.
• Рамка 3 починається з третьої основи, пропускаючи перші дві.

Зсув рамки навіть на одну основу змінює кожен наступний кодон, тому та сама послідовність може дати три абсолютно різні ланцюги амінокислот. Зазвичай лише одна рамка є справжньою кодувальною рамкою гена.

Пошук першого стартового кодону

За замовчуванням інструмент починає трансляцію з першої основи обраної рамки, яким би не був цей кодон. Так інструмент працював завжди, і це корисно, коли ви вже знаєте, що послідовність перебуває в рамці з першої позиції.

Додаткове налаштування «пошук до першого стартового кодону» змінює, де починається трансляція, а не те, як вона відбувається. Коли його увімкнено, інструмент шукає вздовж обраної рамки перший кодон ATG і починає трансляцію з нього, пропускаючи всі основи перед ним. Це відображає те, як рибосома знаходить початок відкритої рамки зчитування (ORF), замість трансляції з довільної точки довшої послідовності. Якщо в цій рамці немає ATG, інструмент повідомляє, що стартовий кодон не знайдено, замість того щоб вгадувати.

Вимкнення цього налаштування повертає початкову поведінку: трансляцію з самого початку рамки.

Як обчислити трансляцію ДНК у білок

1. Введіть послідовність ДНК або РНК. Пробіли, розриви рядків, цифри та символи у стилі FASTA ігноруються автоматично.
2. Виберіть рамку зчитування: 1, 2 або 3.
3. За бажанням увімкніть «пошук до першого стартового кодону», щоб почати з першого ATG у рамці замість початку рамки.
4. Інструмент зчитує послідовність по три основи за раз, знаходить кожен кодон у стандартному генетичному коді та зупиняється на першому стоп-кодоні.
5. Результатом є послідовність білка, записана однолітерними кодами амінокислот, разом із покодонним розбором.

Розібраний приклад

Послідовність: ATGGCCTAA, рамка зчитування 1, пошук стартового кодону вимкнено.

Білок має вигляд MA. Трансляція зупиняється на TAA, тому нічого після нього не зчитується.

Тепер розгляньмо довшу послідовність, CCCATGGCCTAA, у рамці 1. Коли пошук вимкнено, інструмент читає з самої першої основи: CCC (Pro), ATG (Met), GCC (Ala), потім TAA (стоп), що дає білок PMA. Коли пошук увімкнено, інструмент пропускає CCC, починає з першого ATG і читає ATG (Met), GCC (Ala), потім TAA (стоп), що дає білок MA. Обидва результати правильні для однієї й тієї самої послідовності. Вони відповідають на різні питання: один варіант читає все в рамці, інший читає лише відкриту рамку зчитування, яка починається з ATG.

Часті запитання

Що таке кодон?

Кодон — це група з трьох основ ДНК або РНК. Кожен із 64 можливих кодонів означає одну амінокислоту або сигнал зупинки згідно зі стандартним генетичним кодом.

Чому трансляція зупиняється на стоп-кодоні?

TAA, TAG і TGA не кодують амінокислоту. Це сигнали зупинки. Рибосома, яка читає справжній ген, вивільняє готовий білковий ланцюг у цій точці, тому інструмент робить те саме й ігнорує всі основи після неї.

Що таке рамка зчитування і чому це важливо?

Це початкова точка, яка використовується для поділу послідовності на кодони. Початок на одну чи дві основи пізніше змінює кожен наступний кодон, тому ту саму ДНК можна прочитати трьома різними способами, і зазвичай лише один із них є справжньою кодувальною послідовністю.

Що змінює налаштування «пошук до першого стартового кодону»?

Воно змінює місце, де починається трансляція, а не сам генетичний код. Коли налаштування увімкнено, інструмент переходить в обраній рамці до першого ATG і транслює з нього, так само як рибосома починає зі стартового кодону. Коли воно вимкнено, трансляція починається з самої першої основи рамки.

Чи можна вставити послідовність РНК?

Так. Інструмент трактує U так само, як T, оскільки урацил РНК і тимін ДНК відповідають тому самому значенню кодону. Приймаються як великі, так і малі літери.

Що станеться, якщо в моїй послідовності є літери, відмінні від A, C, G, T або U?

Інструмент позначає недійсні символи і не транслює послідовність. Це стосується й кодів неоднозначності, таких як N, які часто трапляються в даних секвенування низької якості, але не є дійсними даними для трансляції.

Що робити, якщо довжина послідовності не кратна трьом?

Інструмент транслює кожен повний кодон, який може, і окремо повідомляє про одну чи дві залишкові основи, не намагаючись вгадати, що вони можуть кодувати.