Công cụ dịch DNA sang Protein - Chuyển đổi Codon & Axit amin

Công cụ dịch DNA sang protein chuyển đổi một trình tự DNA hoặc RNA thành chuỗi axit amin mà nó mã hóa, dựa trên mã di truyền chuẩn. Công cụ đọc trình tự theo từng nhóm ba bazơ một, rồi tra từng bộ ba đó trong một bảng cố định gồm 64 codon.

Cách dịch mã hoạt động

Một gen được viết bằng bốn chữ cái: A, C, G và T (hoặc U trong RNA). Tế bào đọc các chữ cái này theo từng nhóm ba, không chồng lấn nhau, gọi là codon. Mỗi codon đại diện cho một axit amin, hoặc cho tín hiệu kết thúc để dừng chuỗi.

Công cụ này trước tiên làm sạch dữ liệu đầu vào. Nó chuyển chữ thường thành chữ hoa, loại bỏ khoảng trắng, dấu xuống dòng và chữ số, và đổi mọi U thành T, vì uracil trong RNA tương ứng với cùng một codon như thymine trong DNA. Sau đó, nó từ chối bất kỳ ký tự nào không phải là A, C, G hoặc T, chẳng hạn như các mã mơ hồ như N, để một trình tự không bao giờ bị dịch sai một cách âm thầm.

Mã di truyền chuẩn

Công cụ này sử dụng Bảng dịch mã số 1 của NCBI, "Mã chuẩn" (The Standard Code), mã di truyền được hầu hết các sinh vật sử dụng, kể cả con người. Bảng này gán mỗi codon trong số 64 codon có thể có cho một trong 20 axit amin, hoặc cho một tín hiệu kết thúc.

Có ba codon kết thúc: TAA, TAG và TGA. Không codon nào trong số này mã hóa cho một axit amin. Khi công cụ gặp một trong các codon này, nó sẽ kết thúc việc dịch mã tại đó. Bản thân codon kết thúc không được thêm vào chuỗi protein, và mọi bazơ sau nó đều bị bỏ qua.

Codon ATG mã hóa cho axit amin methionine (Met, M). Ở hầu hết các sinh vật, ATG cũng đóng vai trò là codon bắt đầu, tức codon nơi ribosome bắt đầu đọc một gen.

Khung đọc

Một trình tự DNA có thể được đọc theo ba cách khác nhau, gọi là khung đọc, tùy thuộc vào bazơ nào bạn bắt đầu đếm từ đó:

• Khung 1 bắt đầu từ bazơ thứ nhất.
• Khung 2 bắt đầu từ bazơ thứ hai, bỏ qua bazơ đầu tiên.
• Khung 3 bắt đầu từ bazơ thứ ba, bỏ qua hai bazơ đầu tiên.

Việc dịch khung đọc dù chỉ một bazơ cũng làm thay đổi mọi codon phía sau nó, vì vậy cùng một trình tự có thể tạo ra ba chuỗi axit amin hoàn toàn khác nhau. Thông thường chỉ có một khung là khung mã hóa thực sự của một gen.

Quét đến codon bắt đầu đầu tiên

Theo mặc định, công cụ dịch mã bắt đầu từ bazơ đầu tiên của khung đã chọn, bất kể đó là codon gì. Đây là cách công cụ vẫn hoạt động từ trước đến nay, và hữu ích khi dịch một trình tự mà bạn đã biết là đúng khung ngay từ vị trí đầu tiên.

Tùy chọn "quét đến codon bắt đầu đầu tiên" thay đổi vị trí bắt đầu dịch mã, chứ không thay đổi cách dịch mã. Khi được bật, công cụ sẽ tìm dọc theo khung đã chọn để xác định codon ATG đầu tiên, rồi bắt đầu dịch từ đó, bỏ qua mọi bazơ trước nó. Cách làm này mô phỏng cách ribosome tìm điểm bắt đầu của một khung đọc mở (ORF), thay vì dịch từ một điểm bất kỳ trong một trình tự dài hơn. Nếu không có ATG nào trong khung đó, công cụ sẽ báo rằng không tìm thấy codon bắt đầu, thay vì đoán.

Tắt tùy chọn này sẽ đưa công cụ trở lại hành vi ban đầu: dịch mã từ điểm bắt đầu của khung.

Cách tính bản dịch từ DNA sang protein

1. Nhập một trình tự DNA hoặc RNA. Khoảng trắng, dấu xuống dòng, chữ số và các ký tự kiểu FASTA sẽ tự động bị bỏ qua.
2. Chọn một khung đọc: 1, 2 hoặc 3.
3. Nếu muốn, bật tùy chọn "quét đến codon bắt đầu đầu tiên" để bắt đầu từ ATG đầu tiên trong khung, thay vì từ điểm bắt đầu của khung.
4. Công cụ đọc trình tự theo từng nhóm ba bazơ, tra từng codon trong mã di truyền chuẩn, và dừng lại tại codon kết thúc đầu tiên.
5. Kết quả là trình tự protein, được viết dưới dạng mã axit amin một chữ cái, cùng với bảng phân tích theo từng codon.

Ví dụ minh họa

Trình tự: ATGGCCTAA, khung đọc 1, tắt tính năng quét codon bắt đầu.

Protein tạo thành là MA. Việc dịch mã dừng tại TAA, nên không có gì sau đó được đọc.

Bây giờ xét một trình tự dài hơn, CCCATGGCCTAA, ở khung 1. Khi tắt tính năng quét, công cụ đọc từ bazơ đầu tiên: CCC (Pro), ATG (Met), GCC (Ala), rồi TAA (kết thúc), cho ra protein PMA. Khi bật tính năng quét, công cụ bỏ qua CCC, bắt đầu từ ATG đầu tiên, và đọc ATG (Met), GCC (Ala), rồi TAA (kết thúc), cho ra protein MA. Cả hai đều là kết quả đúng của cùng một trình tự; chúng trả lời hai câu hỏi khác nhau, một bên đọc toàn bộ khung, bên kia chỉ đọc khung đọc mở bắt đầu từ ATG.

Câu hỏi thường gặp

Codon là gì?

Codon là một nhóm gồm ba bazơ DNA hoặc RNA. Mỗi codon trong số 64 codon có thể có đại diện cho một axit amin, hoặc cho một tín hiệu kết thúc, dựa theo mã di truyền chuẩn.

Vì sao việc dịch mã dừng lại tại codon kết thúc?

TAA, TAG và TGA không mã hóa cho axit amin nào. Chúng là các tín hiệu kết thúc. Khi ribosome đọc một gen thực sự, nó giải phóng chuỗi protein hoàn chỉnh tại điểm đó, vì vậy công cụ này cũng làm như vậy và bỏ qua mọi bazơ phía sau.

Khung đọc là gì, và vì sao nó quan trọng?

Đó là điểm bắt đầu được dùng để chia một trình tự thành các codon. Bắt đầu muộn hơn một hoặc hai bazơ sẽ làm thay đổi mọi codon phía sau, vì vậy cùng một đoạn DNA có thể được đọc theo ba cách khác nhau, và thường chỉ có một cách là trình tự mã hóa thực sự.

Tùy chọn "quét đến codon bắt đầu đầu tiên" thay đổi điều gì?

Nó thay đổi vị trí bắt đầu dịch mã, chứ không thay đổi mã di truyền được sử dụng. Khi bật, công cụ sẽ tìm đến ATG đầu tiên trong khung đã chọn và dịch từ đó, giống như cách ribosome bắt đầu tại một codon bắt đầu. Khi tắt, việc dịch mã bắt đầu từ bazơ đầu tiên của khung.

Tôi có thể dán một trình tự RNA không?

Có. Công cụ xử lý U giống như T, vì uracil trong RNA và thymine trong DNA mang cùng ý nghĩa codon. Cả chữ hoa và chữ thường đều được chấp nhận.

Điều gì xảy ra nếu trình tự của tôi có các chữ cái khác ngoài A, C, G, T hoặc U?

Công cụ sẽ đánh dấu các ký tự không hợp lệ và không dịch trình tự đó. Điều này bao gồm cả các mã mơ hồ như N, vốn thường gặp trong dữ liệu giải trình tự chất lượng thấp nhưng không phải là dữ liệu đầu vào hợp lệ cho việc dịch mã.

Điều gì xảy ra nếu độ dài trình tự không phải là bội số của ba?

Công cụ sẽ dịch mọi codon hoàn chỉnh có thể, và báo cáo riêng một hoặc hai bazơ còn thừa, mà không đoán xem chúng có thể mã hóa cho điều gì.