Биосинтез белка: как перейти от ДНК к аминокислотам

В задаче на биосинтез белка нужно пройти два перехода: сначала получить иРНК по ДНК, затем определить аминокислоты по кодонам иРНК. Большинство ошибок возникает раньше вычислений: перепутана цепь или потеряно направление. Поэтому рядом с каждой последовательностью сразу подписывай концы 5′ и 3′.

Какая цепь дана

При транскрипции фермент строит РНК на матричной цепи ДНК. Матрицу он читает от 3′ к 5′, а РНК удлиняет от 5′ к 3′. Основания соединяются по правилам комплементарности: А ДНК соответствует У РНК, Т соответствует А, Г соответствует Ц, Ц соответствует Г.

Кодирующая цепь является второй цепью того же участка ДНК. Если записать её и полученную иРНК в одинаковом направлении, последовательности совпадут, кроме замены Т на У. Поэтому слова «матричная» и «кодирующая» в условии определяют разные первые действия. Для матричной нужны комплементарные основания; для кодирующей достаточно заменить тимин урацилом.

Пример с началом и остановкой

Дана матричная цепь: 3′-ТАЦГААЦЦТАТТ-5′. По условию трансляция начинается с первого полученного кодона. Найдём иРНК и последовательность аминокислот до остановки.

1. Строим комплементарную РНК напротив матрицы. Получаем 5′-АУГЦУУГГАУАА-3′. Проверь каждую пару отдельно, прежде чем делить запись на тройки.
2. Читаем иРНК от 5′ к 3′: АУГ | ЦУУ | ГГА | УАА. Эти тройки называются кодонами. В таблицу генетического кода подставляют именно их.
3. АУГ задаёт метионин, ЦУУ задаёт лейцин, ГГА задаёт глицин. УАА является стоп-кодоном: он завершает трансляцию и аминокислоту не добавляет.

Для самопроверки восстанови кодирующую ДНК: 5′-АТГЦТТГГАТАА-3′. Она комплементарна матричной и отличается от иРНК только Т вместо У. Эта проверка особенно полезна, если в ответе неожиданно появилась другая первая аминокислота.

Кодон и антикодон

При трансляции рибосома считывает иРНК, а тРНК доставляют аминокислоты. Антикодон тРНК связывается с подходящим кодоном комплементарно и антипараллельно. Например, кодону 5′-ЦУУ-3′ соответствует запись антикодона 3′-ГАА-5′. Если требуется антикодон от 5′ к 3′, его нужно развернуть: 5′-ААГ-3′.

Не разворачивай запись дважды. Удобно сначала поставить цепи друг под другом, проверить пары оснований, а затем привести только нужный ответ к требуемому направлению. В таблице кода ищут кодон иРНК от 5′ к 3′; антикодон напрямую для неё не подходит.

Как посчитать нуклеотиды

Пусть полипептид содержит 60 аминокислотных остатков. Для них нужны 60 кодонов, то есть 60 · 3 = 180 нуклеотидов. Если спрашивают участок иРНК от старт-кодона до стоп-кодона включительно, добавляем три: получается 183. Стартовый кодон уже учтён, потому что он задаёт первую аминокислоту.

Для соответствующего двуцепочечного участка ДНК без интронов будет 183 пары оснований, или 366 нуклеотидов в двух цепях. Однако полную длину гена по длине белка так не определить: в нём могут быть интроны и другие участки, которые не переводятся в аминокислоты.

Если дан только внутренний фрагмент гена, он может не содержать ни начала, ни конца трансляции. Тогда не добавляй стартовый и стоповый кодоны самостоятельно. Опирайся на условие: указана ли рамка считывания, весь ли участок переводится в белок, нужно ли учитывать завершение. В развёрнутом ответе показывай промежуточную иРНК и разделение на кодоны: так видно, откуда взялось число аминокислот.

Типичная ошибка

Делить любую данную последовательность на три сразу нельзя. Сначала нужно выяснить, что перед тобой: матричная ДНК, кодирующая ДНК, иРНК или антикодоны. Затем установить направление и начало считывания. Только после этого считай кодоны и отдельно отмечай остановку. Такой порядок даёт проверяемое решение, даже если букв в условии много.