Рамки считывания РНК и ДНК: кодоны и открытые рамки считывания.
Reading frame
Рединг-фрейм в молекулярной биологии: деление последовательностей РНК/ДНК на триплеты (кодоны), кодирующие аминокислоты. Направление 5′→3′ и три варианта считывания.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Разделение последовательностей РНК/ДНК на наборы триплетов, соответствующих аминокислотам.
Division of RNA/DNA sequences into sets of triplets which correspond to amino acids
В молекулярной биологии рамка считывания – это способ разделения последовательности нуклеотидов в молекуле нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) на набор последовательных, неперекрывающихся триплетов. Если эти триплеты соответствуют аминокислотам или сигналам остановки во время трансляции, они называются кодонами. Одиночная цепь молекулы нуклеиновой кислоты имеет фосфатный конец, называемый 5'-концом, и гидроксильный или 3'-конец. Они определяют направление 5′→3′. Существуют три рамки считывания, которые могут быть прочитаны в этом направлении 5′→3′, каждая из которых начинается с разного нуклеотида в триплете. В двухцепочечной нуклеиновой кислоте могут быть прочитаны еще три рамки считывания с другой, комплементарной цепи в направлении 5′→3′ вдоль этой цепи. Поскольку две цепи двухцепочечной молекулы нуклеиновой кислоты антипараллельны, направление 5′→3′ на второй цепи соответствует направлению 3′→5′ вдоль первой цепи. Как правило, в данном участке нуклеиновой кислоты биологически значимой является только одна рамка считывания (открытая рамка считывания). Некоторые вирусные транскрипты могут быть транслированы с использованием нескольких перекрывающихся рамок считывания. Известен один пример перекрывающихся рамок считывания в митохондриальной ДНК млекопитающих: кодирующие участки генов для двух субъединиц АТФ-синтазы перекрываются.
In molecular biology, a reading frame is a way of dividing the sequence of nucleotides in a nucleic acid (DNA or RNA) molecule into a set of consecutive, non overlapping triplets. Where these triplets equate to amino acids or stop signals during translation, they are called codons. A single strand of a nucleic acid molecule has a phosphoryl end, called the 5′ end, and a hydroxyl or 3′ end. These define the 5′→3′ direction. There are three reading frames that can be read in this 5′→3′ direction, each beginning from a different nucleotide in a triplet. In a double stranded nucleic acid, an additional three reading frames may be read from the other, complementary strand in the 5′→3′ direction along this strand. As the two strands of a double stranded nucleic acid molecule are antiparallel, the 5′→3′ direction on the second strand corresponds to the 3′→5′ direction along the first strand. In general, at the most, one reading frame in a given section of a nucleic acid, is biologically relevant (open reading frame). Some viral transcripts can be translated using multiple, overlapping reading frames. There is one known example of overlapping reading frames in mammalian mitochondrial DNA: coding portions of genes for 2 subunits of ATPase overlap.
Генетический код
ДНК кодирует последовательность белка серией из трех нуклеотидных кодонов. Любую последовательность ДНК, таким образом, можно прочитать шестью различными способами: три рамки считывания в одном направлении (начиная с разных нуклеотидов) и три – в противоположном направлении. Во время транскрипции РНК-полимераза считывает комплементарную нить ДНК шаблона в направлении 3′→5′, но мРНК формируется в направлении 5′→3′. мРНК является одноцепочечной и, следовательно, содержит только три возможных рамки считывания, из которых только одна транслируется. Кодоны рамки считывания мРНК транслируются в аминокислоты рибосомой в направлении 5′→3′ с образованием полипептидной цепи.
DNA encodes protein sequence by a series of three nucleotide codons. Any given sequence of DNA can therefore be read in six different ways: Three reading frames in one direction (starting at different nucleotides) and three in the opposite direction. During transcription, the RNA polymerase read the template DNA strand in the 3′→5′ direction, but the mRNA is formed in the 5′ to 3′ direction. The mRNA is single stranded and therefore only contains three possible reading frames, of which only one is translated. The codons of the mRNA reading frame are translated in the 5′→3′ direction into amino acids by a ribosome to produce a polypeptide chain.
Открытая рамка для чтения
Открытая рамка чтения (ORF) — это рамка чтения, обладающая потенциалом для транскрипции в РНК и трансляции в белок. Для этого необходима непрерывная последовательность ДНК, включающая стартовый кодон, затем область, длина которой кратна трем нуклеотидам, и завершающаяся стоп-кодоном в той же рамке чтения. Если предполагаемая аминокислотная последовательность, полученная в результате трансляции ORF, оставалась неизвестной в митохондриальных и хлоропластных геномах, соответствующая открытая рамка чтения называлась неопределенной рамкой чтения (URF). Например, ген MT ATP8 был впервые описан как URF A6L при секвенировании полного митохондриального генома человека.
An open reading frame (ORF) is a reading frame that has the potential to be transcribed into RNA and translated into protein. It requires a continuous sequence of DNA which may include a start codon, through a subsequent region which has a length that is a multiple of 3 nucleotides, to a stop codon in the same reading frame. When a putative amino acid sequence resulting from the translation of an ORF remained unknown in mitochondrial and chloroplast genomes, the corresponding open reading frame was called an unidentified reading frame (URF). For example, the MT ATP8 gene was first described as URF A6L when the complete human mitochondrial genome was sequenced.
Многоразовые рамки для чтения
Использование нескольких рамок чтения приводит к возможности перекрытия генов; таких генов может быть много в вирусных, прокариотических и митохондриальных геномах. Некоторые вирусы, например вирус гепатита B и BYDV, используют несколько перекрывающихся генов в разных рамках чтения. В редких случаях рибосома может сдвигаться с одной рамки на другую во время трансляции мРНК (трансляционный сдвиг рамки). Это приводит к тому, что первая часть мРНК транслируется в одной рамке чтения, а последующая часть – в другой. Это отличается от мутации со сдвигом рамки, поскольку нуклеотидная последовательность (ДНК или РНК) не изменяется – изменяется только рамка, в которой происходит считывание.
The usage of multiple reading frames leads to the possibility of overlapping genes; there may be many of these in viral, prokaryote, and mitochondrial genomes. Some viruses, e. g. hepatitis B virus and BYDV, use several overlapping genes in different reading frames. In rare cases, a ribosome may shift from one frame to another during translation of an mRNA (translational frameshift). This causes the first part of the mRNA to be translated in one reading frame, and the latter part to be translated in a different reading frame. This is distinct from a frameshift mutation, as the nucleotide sequence (DNA or RNA) is not altered—only the frame in which it is read.