Трансляция: перевод последовательности в белок

Урок, в котором мы своими руками переведём последовательность РНК в цепочку аминокислот — как это делает рибосома.

Трансляция — синтез белка на рибосоме: чтение кодонов мРНК и присоединение соответствующих аминокислот в цепь.

Как идёт трансляция

Рибосома садится на мРНК и движется по ней по три нуклеотида за шаг. На каждый кодон приходит своя тРНК, несущая нужную аминокислоту (тРНК узнаёт кодон своим антикодоном). Аминокислоты сшиваются в цепь. Так продолжается до стоп-кодона, на котором сборка обрывается, и готовый белок освобождается.

Переведём последовательность

Реализуем упрощённую таблицу кода и переведём мРНК в белок (однобуквенные обозначения аминокислот). Синтез идёт от старт-кодона AUG до первого стоп-кодона.

code = {
    "AUG": "M", "UUU": "F", "UUC": "F", "GCC": "A", "GCU": "A",
    "GGC": "G", "GGU": "G", "AAU": "N", "UGC": "C", "CGU": "R",
    "AAA": "K", "UAA": "*", "UAG": "*", "UGA": "*",
}

def translate(mrna):
    protein = ""
    for i in range(0, len(mrna) - 2, 3):
        codon = mrna[i:i+3]
        aa = code.get(codon, "?")
        if aa == "*":
            break
        protein += aa
    return protein

mrna = "AUGGCCGGCUGCUAA"
print("мРНК:", mrna)
print("Кодоны:", [mrna[i:i+3] for i in range(0, len(mrna), 3)])
print("Белок:", translate(mrna))

Вывод:

мРНК: AUGGCCGGCUGCUAA
Кодоны: ['AUG', 'GCC', 'GGC', 'UGC', 'UAA']
Белок: MAGC

Стоп-кодон UAA не вошёл в белок — он лишь оборвал синтез. Получился пептид из четырёх аминокислот: метионин-аланин-глицин-цистеин.

Рамка считывания

Где начать читать — критично. Сдвиг старта на одну букву полностью меняет все кодоны и весь белок. Эту позицию задаёт стартовый AUG; от него и отсчитываются тройки.

Как работает под капотом

Рибосома — это рибозим: химию пептидной связи катализирует не белок, а её рРНК. То есть ключевую реакцию синтеза всех белков делает РНК. Это сильный аргумент в пользу гипотезы «мира РНК»: похоже, белки появились позже, а машинерия их сборки осталась РНК-овой с древнейших времён.

Частые ошибки

• Начинают читать не от AUG и получают «не тот» белок из-за сдвига рамки.
• Включают стоп-кодон в белок. Он не кодирует аминокислоту.
• Путают тРНК и мРНК: мРНК несёт код, тРНК доставляет аминокислоты.

Итог

• Трансляция читает мРНК по три нуклеотида, собирая белок на рибосоме.
• тРНК доставляют аминокислоты, узнавая кодоны антикодоном.
• Синтез идёт от AUG до стоп-кодона; рамку считывания нельзя сдвигать.
• Пептидную связь катализирует рРНК — рибосома является рибозимом.