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Traducción (biología)

Descripción general de la traducción del ARN mensajero eucariota La traducción es el proceso celular biológico mediante el cual se producen proteínas utilizando moléculas de ARN...

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Descripción general de la traducción del ARN mensajero eucariota

La traducción es el proceso celular biológico mediante el cual se producen proteínas utilizando moléculas de ARN como plantilla. La proteína resultante es una secuencia de aminoácidos determinada por la secuencia de nucleótidos del ARN. Los nucleótidos se consideran de tres en tres. Cada triplete da como resultado la adición de un aminoácido específico a la proteína que se está generando. La correspondencia entre el triplete de nucleótidos y el aminoácido se denomina código genético . La traducción la lleva a cabo un complejo complejo de ARN y proteínas funcionales llamado ribosomas . Todo el proceso se denomina expresión génica .

En la traducción, el ARN mensajero (ARNm) se decodifica en un ribosoma, fuera del núcleo, para producir una cadena específica de aminoácidos , o polipéptido . El polipéptido se pliega posteriormente en una proteína activa y realiza sus funciones en la célula. El polipéptido también puede comenzar a plegarse durante la síntesis de proteínas. [ 1 ] El ribosoma facilita la decodificación al inducir la unión de secuencias anticodón complementarias de ARN de transferencia (ARNt) a los codones del ARNm . Los ARNt transportan aminoácidos específicos que se encadenan para formar un polipéptido a medida que el ARNm pasa a través del ribosoma y es "leído". Las tres etapas de la traducción son la iniciación, la elongación y la terminación.

Mecanismos básicos

Un ribosoma traduciendo una proteína que se secreta en el retículo endoplasmático (ARNt coloreados en azul oscuro). La dinámica de los dominios proteicos ahora se puede observar mediante espectroscopia de eco de espín de neutrones .
Estructura terciaria del ARNt ( cola CCA en amarillo, tallo aceptor en morado, bucle variable en naranja, brazo D  en rojo, brazo anticodón en azul con anticodón en negro, brazo T  en verde).

El proceso básico de producción de proteínas consiste en la adición de un aminoácido a la vez al final de una cadena polipeptídica en formación. Esta operación la realiza un ribosoma . [ 2 ] Un ribosoma está compuesto por dos subunidades: en los eucariotas, una subunidad pequeña (40S) y una subunidad grande (60S) . Estas subunidades se unen antes de la traducción del ARNm a proteína para proporcionar un sitio donde se lleve a cabo la traducción y se produzca el polipéptido. [ 3 ] La elección del tipo de aminoácido que se añade está determinada por una molécula de ARN mensajero (ARNm). Cada aminoácido añadido se corresponde con una subsecuencia de tres nucleótidos del ARNm. Para cada triplete posible, se acepta el aminoácido correspondiente. Los aminoácidos sucesivos añadidos a la cadena se corresponden con los tripletes de nucleótidos sucesivos del ARNm. De esta forma, la secuencia de nucleótidos en la cadena de ARNm molde determina la secuencia de aminoácidos en la cadena de aminoácidos generada. [ 4 ] La adición de un aminoácido ocurre en el extremo C del péptido; por lo tanto, se dice que la traducción está dirigida de amina a carboxilo. [ 5 ]

El ARNm transporta información genética codificada como una secuencia de ribonucleótidos desde los cromosomas hasta los ribosomas. Los ribonucleótidos son "leídos" por la maquinaria de traducción en una secuencia de tripletes de nucleótidos llamados codones . Cada uno de esos tripletes codifica un aminoácido específico .

Las moléculas del ribosoma traducen este código a una secuencia específica de aminoácidos. El ribosoma es una estructura multisubunitaria que contiene ARN ribosómico (ARNr) y proteínas. Es la "fábrica" ​​donde los aminoácidos se ensamblan para formar proteínas.

Los ARN de transferencia (ARNt) son pequeñas cadenas de ARN no codificante (74–93 nucleótidos) que transportan aminoácidos al ribosoma. El repertorio de genes de ARNt varía ampliamente entre especies, con algunas bacterias que tienen entre 20 y 30 genes, mientras que los eucariotas complejos pueden tener miles. [ 6 ] Los ARNt tienen un sitio para la unión del aminoácido y un sitio llamado anticodón. El anticodón es un triplete de ARN complementario al triplete de ARNm que codifica su aminoácido de carga .

Las aminoacil-ARNt sintetasas ( enzimas ) catalizan la unión entre ARNt específicos y los aminoácidos que requieren sus secuencias de anticodón. El producto de esta reacción es un aminoacil-ARNt . El aminoácido se une a través de su grupo carboxilo al 3' OH del ARNt mediante un enlace éster . Cuando el ARNt tiene un aminoácido unido, se denomina "cargado". Las aminoacil-ARNt sintetasas que emparejan erróneamente los ARNt con aminoácidos incorrectos pueden producir aminoacil-ARNt mal cargados, lo que puede resultar en aminoácidos inapropiados en la posición correspondiente de la proteína. Esta "mala traducción" [ 7 ] del código genético ocurre naturalmente a niveles bajos en la mayoría de los organismos, pero ciertos entornos celulares provocan un aumento en la decodificación permisiva del ARNm, a veces en beneficio de la célula.

El ribosoma tiene dos sitios de unión para el ARNt. Estos son el sitio aminoacilo (abreviado A) y el sitio peptidilo/sitio de salida (abreviado P/E). Con respecto al ARNm, los tres sitios están orientados de 5' a 3' EPA, porque los ribosomas se mueven hacia el extremo 3' del ARNm. El sitio A une el ARNt entrante con el codón complementario en el ARNm. El sitio P/E mantiene el ARNt con la cadena polipeptídica en crecimiento. Cuando un aminoacil-ARNt se une inicialmente a su codón correspondiente en el ARNm, está en el sitio A. Luego, se forma un enlace peptídico entre el aminoácido del ARNt en el sitio A y el aminoácido del ARNt cargado en el sitio P/E. La cadena polipeptídica en crecimiento se transfiere al ARNt en el sitio A. Ocurre la translocación, moviendo el ARNt al sitio P/E, ahora sin un aminoácido; El ARNt que estaba en el sitio A, ahora cargado con la cadena polipeptídica, se mueve al sitio P/E y el ARNt sin carga se va, y otro aminoacil-ARNt entra en el sitio A para repetir el proceso. [ 8 ]

Después de que el nuevo aminoácido se agrega a la cadena, y después de que el ARNt se libera del ribosoma al citosol, la energía proporcionada por la hidrólisis de un GTP unido a la translocasa EEF2 mueve el ribosoma un codón hacia el extremo 3' . La energía requerida para la traducción de proteínas es significativa. Para una proteína que contiene n aminoácidos, el número de enlaces fosfato de alta energía necesarios para traducirla es 4n - 1. [ 9 ] La tasa de traducción varía; es significativamente mayor en células procariotas (hasta 17-21 residuos de aminoácidos por segundo) que en células eucariotas (hasta 6-9 residuos de aminoácidos por segundo). [ 10 ]

Etapas

La traducción se desarrolla en cuatro fases: iniciación, elongación, terminación y reciclaje. [ 11 ]

Iniciación

La iniciación implica la unión de la subunidad pequeña del ribosoma al extremo 5' del ARNm con la ayuda de factores de iniciación . [ 12 ] El ribosoma y sus factores asociados se ensamblan y se unen a un ARNm. El primer ARNt se une al codón de inicio . Este proceso se define como dependiente de la caperuza, en el que el ribosoma se une inicialmente a la caperuza 5' y luego se desplaza al codón de parada, o como independiente de la caperuza, en el que el ribosoma no se une inicialmente a la caperuza 5'. La caperuza 5' se añade cuando el pre-ARNm naciente tiene aproximadamente 20 nucleótidos de longitud. [ 13 ]

El proceso de iniciación de la traducción en eucariotas.

Iniciación dependiente de la caperuza

algunos de los complejos proteicos implicados en la iniciación

La iniciación de la traducción generalmente implica la interacción de ciertas proteínas clave, los factores de iniciación , con una etiqueta especial unida al extremo 5' de una molécula de ARNm, la caperuza 5' , así como con la región 5' UTR . Estas proteínas se unen a la subunidad ribosómica pequeña (40S) y mantienen el ARNm en su lugar. [ 14 ]

eIF3 se asocia con la subunidad ribosómica 40S y desempeña un papel en evitar que la subunidad ribosómica grande (60S) se una prematuramente. eIF3 también interactúa con el complejo eIF4F , que consta de otros tres factores de iniciación: eIF4A , eIF4E y eIF4G . eIF4G es una proteína de andamiaje que se asocia directamente tanto con eIF3 como con los otros dos componentes. eIF4E es la proteína de unión a la caperuza. La unión de la caperuza por eIF4E se considera a menudo el paso limitante de la velocidad de la iniciación dependiente de la caperuza, y la concentración de eIF4E es un nexo regulador del control traslacional. Ciertos virus escinden una porción de eIF4G que se une a eIF4E, impidiendo así que la traducción dependiente de la caperuza secuestre la maquinaria del huésped en favor de los mensajes virales (independientes de la caperuza). eIF4A es una helicasa de ARN dependiente de ATP que ayuda al ribosoma resolviendo ciertas estructuras secundarias formadas a lo largo del transcrito de ARNm. Resultados recientes de biología estructural también indicaron que una segunda proteína eIF4A puede asociarse simultáneamente con el complejo de iniciación, interactuando específicamente con eIF3. [ 15 ] [ 16 ] La proteína de unión a poli(A) (PABP) también se asocia con el complejo eIF4F a través de eIF4G y se une a la cola de poli(A) de la mayoría de las moléculas de ARNm eucariotas. Se ha implicado a esta proteína en la circularización del ARNm durante la traducción. [ 17 ]

Este complejo de preiniciación 43S (43S PIC), acompañado por factores proteicos, se desplaza a lo largo de la cadena de ARNm hacia su extremo 3', en un proceso conocido como "escaneo", para alcanzar el codón de inicio (típicamente AUG). En eucariotas y arqueas , el aminoácido codificado por el codón de inicio es la metionina . El ARNt iniciador cargado con metionina (Met-ARNt i Met ) es transportado al sitio P de la subunidad ribosómica pequeña por el factor de iniciación eucariótico 2 (eIF2) . Este hidroliza GTP y señala la disociación de varios factores de la subunidad ribosómica pequeña, lo que finalmente conduce a la asociación de la subunidad grande (o subunidad 60S ). El ribosoma completo ( 80S ) entonces comienza la elongación de la traducción.

Regulation of protein synthesis is partly influenced by phosphorylation of eIF2 (via the α subunit), which is a part of the eIF2-GTP-Met-tRNAiMet ternary complex (eIF2-TC). When large numbers of eIF2 are phosphorylated, protein synthesis is inhibited. This occurs under amino acid starvation or after viral infection. However, a small fraction of this initiation factor is naturally phosphorylated. Another regulator is 4EBP, which binds to the initiation factor eIF4E and inhibits its interactions with eIF4G, thus preventing cap-dependent initiation. To oppose the effects of 4EBP, growth factors phosphorylate 4EBP, reducing its affinity for eIF4E and permitting protein synthesis.

While protein synthesis is globally regulated by modulating the expression of key initiation factors as well as the number of ribosomes, individual mRNAs can have different translation rates due to the presence of regulatory sequence elements. This has been shown to be important in a variety of settings including yeast meiosis and ethylene response in plants. In addition, recent work in yeast and humans suggest that evolutionary divergence in cis-regulatory sequences can impact translation regulation.[18] Additionally, RNA helicases such as DHX29 and Ded1/DDX3 participate in the process of translation initiation, especially for mRNAs with structured 5'UTRs.[19][20]

Cap-independent initiation

The best-studied example of cap-independent translation initiation in eukaryotes uses the internal ribosome entry site (IRES). Unlike cap-dependent translation, cap-independent translation does not require a 5' cap to initiate scanning from the 5' end of the mRNA until the start codon. The ribosome can localize to the start site by direct binding, initiation factors, and/or ITAFs (IRES trans-acting factors) bypassing the need to scan the entire 5' UTR. This method of translation is important in conditions that require the translation of specific mRNAs during cellular stress, when overall translation is reduced. Examples include factors responding to apoptosis and stress-induced responses.[21]

Elongation

The elongation and membrane targeting stages of eukaryotic translation. The ribosome is green and yellow, the tRNAs are dark-blue, and the other proteins involved are light-blue

La elongación depende de factores de elongación . Al final de la etapa de iniciación, el ARNm se posiciona de manera que el siguiente codón pueda traducirse durante la etapa de elongación de la síntesis de proteínas. El ARNt iniciador ocupa el sitio P del ribosoma, y ​​el sitio A está listo para recibir un aminoacil-ARNt. Durante la elongación de la cadena, cada aminoácido adicional se agrega a la cadena polipeptídica naciente en un microciclo de tres pasos. Los pasos de este microciclo son: (1) posicionar el aminoacil-ARNt correcto en el sitio A del ribosoma, que es transportado a dicho sitio por eEF1; (2) formar el enlace peptídico; y (3) desplazar el ARNm un codón con respecto al ribosoma con la ayuda de eEF2. A diferencia de las bacterias, en las que la iniciación de la traducción ocurre tan pronto como se sintetiza el extremo 5' de un ARNm, en los eucariotas, este acoplamiento tan estrecho entre transcripción y traducción no es posible porque la transcripción y la traducción se llevan a cabo en compartimentos separados de la célula (el núcleo y el citoplasma ). Los precursores de ARNm eucariotas deben procesarse en el núcleo (p. ej., capping, poliadenilación , splicing) en los ribosomas antes de ser exportados al citoplasma para su traducción. La traducción también puede verse afectada por la pausa ribosomal , que puede desencadenar el ataque endonucleolítico del ARNt, un proceso denominado degradación de ARNm no go. La pausa ribosomal también ayuda al plegamiento cotraduccional del polipéptido naciente en el ribosoma y retrasa la traducción de proteínas mientras codifica el ARNt. Esto puede desencadenar un cambio de marco de lectura ribosomal. [ 22 ]

El último ARNt validado por la subunidad ribosómica pequeña ( acomodación ) transfiere el aminoácido. Este lo transporta a la subunidad ribosómica grande , que lo une a uno de los ARNt admitidos previamente ( transpeptidación ). A continuación, el ribosoma se desplaza al siguiente codón de ARNm para continuar el proceso ( translocación ), creando así una cadena de aminoácidos.

En la traducción bacteriana y arqueal , la traducción ocurre en el citosol, donde el ribosoma se une al ARNm. En los eucariotas , la traducción puede ocurrir en el citoplasma y también a través de la membrana del retículo endoplasmático mediante un proceso llamado translocación cotraduccional . En la translocación cotraduccional, todo el complejo ribosoma-ARNm se une a la membrana externa del retículo endoplasmático rugoso (RE), y la nueva proteína se sintetiza y se libera en el RE; el polipéptido recién creado puede secretarse inmediatamente o almacenarse dentro del RE para su posterior transporte vesicular y secreción fuera de la célula.

Muchos tipos de ARN transcrito , como el ARNt, el ARN ribosómico y el ARN nuclear pequeño, no se traducen en proteínas.

Varios antibióticos actúan inhibiendo la traducción. Entre ellos se incluyen la anisomicina , la cicloheximida , el cloranfenicol , la tetraciclina , la estreptomicina , la eritromicina y la puromicina . Los ribosomas procariotas tienen una estructura diferente a la de los ribosomas eucariotas, por lo que los antibióticos pueden atacar específicamente las infecciones bacterianas sin dañar las células del huésped eucariota .

Terminación

Etapas de iniciación y elongación de la traducción que involucran las nucleobases del ARN , el ribosoma, el ARN de transferencia y los aminoácidos.

La terminación de la elongación depende del factor de liberación eRF1 , que reconoce los tres codones de parada. Al alcanzar un codón de parada, se produce la terminación del polipéptido, el ribosoma se desensambla y el polipéptido completo se libera. eRF3 es una GTPasa dependiente del ribosoma que ayuda a eRF1 a liberar el polipéptido completo. El genoma humano codifica algunos genes cuyos codones de parada de ARNm son sorprendentemente permeables: en estos genes, la terminación de la traducción es ineficiente debido a bases de ARN especiales en las proximidades del codón de parada. La terminación permeable en estos genes conduce a la lectura continua de hasta el 10 % de los codones de parada. Algunos de estos genes codifican dominios proteicos funcionales en su extensión de lectura continua, de modo que pueden surgir nuevas isoformas proteicas . Este proceso se ha denominado «lectura continua funcional». [ 23 ]

Cuando el sitio A del ribosoma está ocupado por un codón de parada (UAA, UAG o UGA) en el ARNm, se crea la estructura primaria de una proteína. El ARNt generalmente no puede reconocer ni unirse a los codones de parada. En cambio, el codón de parada induce la unión de una proteína factor de liberación [ 24 ] (RF1 y RF2) que provoca el desensamblaje de todo el complejo ribosoma/ARNm mediante la hidrólisis de la cadena polipeptídica del centro de peptidiltransferasa [ 2 ] del ribosoma. [ 25 ] Los fármacos o motivos de secuencia especiales en el ARNm pueden cambiar la estructura ribosomal de modo que los ARNt casi cognados se unan al codón de parada en lugar de a los factores de liberación. En tales casos de "lectura continua traslacional", la traducción continúa hasta que el ribosoma encuentra el siguiente codón de parada. [ 23 ]

Reciclaje

Cuando se libera la proteína sintetizada, el ribosoma complejo se desensambla en sus subunidades para su reciclaje. [ 11 ]

Errores en la traducción

Aunque los ribosomas suelen considerarse máquinas precisas y procesivas, el proceso de traducción está sujeto a errores que pueden conducir a la síntesis de proteínas erróneas o al abandono prematuro de la traducción, ya sea porque un ARNt se acopla a un codón incorrecto o porque un ARNt se acopla a un aminoácido incorrecto. [ 26 ] La tasa de error en la síntesis de proteínas se ha estimado entre 1 de cada 10⁵ y 1 de cada 10³ aminoácidos incorporados erróneamente, dependiendo de las condiciones experimentales. [ 27 ] La tasa de abandono prematuro de la traducción, en cambio, se ha estimado en el orden de magnitud de 10⁻⁴ eventos por codón traducido. [ 28 ] [ 29 ]

Regulación

La traducción es uno de los principales procesos que consumen energía en las células, por lo que está estrictamente regulada. Numerosos mecanismos han evolucionado para controlar y regular la traducción tanto en eucariotas como en procariotas . La regulación de la traducción puede afectar la tasa global de síntesis de proteínas, la cual está estrechamente ligada al estado metabólico y proliferativo de la célula.

To study this process, scientists have used a wide variety of methods such as structural biology, analytical chemistry (mass-spectrometry based), imaging of reporter mRNA translation (in which the translation of a mRNA is linked to an output, such as luminescence or fluorescence), detecting it via radioactive amino acid incorporation, and next-generation sequencing based methods.[30] Other methods such as toeprinting assay can also be used to determine the location of ribosomes of a particular mRNA in vitro, and footprints of other proteins regulating translation. To delve deeper into this intricate process, scientists typically use a technique known as ribosome profiling.[31] This method enables researchers to take a snapshot of the translatome, showing which parts of the mRNA are being translated into proteins by ribosomes at a given time. Ribosome profiling provides valuable insights into translation dynamics, revealing the complex interplay between gene sequence, mRNA structure, and translation regulation.[18] Expanding on this concept, single-cell ribosome profiling, is a technique that allows the study of the translation process at the resolution of individual cells.[32] Single-cell ribosome profiling has revealed that genetic differences and their subsequent expression as mRNAs can also impact translation rate in an RNA-specific manner. Single-cell ribosome profiling has the potential to shed light on the heterogeneous nature of cells, leading to a more nuanced understanding of how translation regulation can impact cell behavior, metabolic state, and responsiveness to various stimuli or conditions.

Amino acid substitution

Incorporating amino acids that deviate from the genetic code predictions is usually detected as amino acid substitutions in proteins and peptides. Such alternate RNA decoding results in stable and abundant proteins in both mouse and human tissues.[33] The abundance of such substitutions is determined by multiple mechanisms, including codon frequency, codon–anticodon mismatches, RNA modifications, and protein stability[33].

In some cells certain amino acids can be depleted and thus affect translation efficiency. For instance, activated T cells secrete interferon-γ which triggers intracellular tryptophan shortage by upregulating the indoleamine 2,3-dioxygenase 1 (IDO1) enzyme. Despite tryptophan depletion, in-frame protein synthesis continues across tryptophan codons. This is achieved by incorporation of phenylalanine instead of tryptophan. The resulting peptides are called W>F "substitutants". Such W>F substitutants are abundant in certain cancer types and have been associated with increased IDO1 expression. Functionally, W>F substitutants can impair protein activity.[34]

Clinical significance

Translational control is critical for the development and survival of cancer. Cancer cells must frequently regulate the translation phase of gene expression, though it is not fully understood why translation is targeted over steps like transcription. While cancer cells often have genetically altered translation factors, it is much more common for cancer cells to modify the levels of existing translation factors.[35] Several major oncogenic signaling pathways, including the RAS–MAPK, PI3K/AKT/mTOR, MYC, and WNT–β-catenin pathways, ultimately reprogram the genome via translation.[36] Cancer cells also control translation to adapt to cellular stress. During stress, the cell translates mRNAs that can mitigate the stress and promote survival. An example of this is the expression of AMPK in various cancers; its activation triggers a cascade that can ultimately allow the cancer to escape apoptosis (programmed cell death) triggered by nutrition deprivation. Future cancer therapies may involve disrupting the translation machinery of the cell to counter the downstream effects of cancer.[35]

Mathematical modeling of translation

Figure M0. Basic and the simplest model M0 of protein synthesis. Here,
  • M – amount of mRNA with translation initiation site not occupied by assembling ribosome,
  • F – amount of mRNA with translation initiation site occupied by assembling ribosome,
  • R – amount of ribosomes sitting on mRNA synthesizing proteins,
  • P – amount of synthesized proteins.[37]
Figure M1'. The extended model of protein synthesis M1 with explicit presentation of 40S, 60S and initiation factors (IF) binding.[37]

The transcription-translation process description, mentioning only the most basic "elementary" processes, consists of:

  1. production of mRNA molecules (including splicing),
  2. initiation of these molecules with help of initiation factors (e.g., the initiation can include the circularization step though it is not universally required),
  3. initiation of translation, recruiting the small ribosomal subunit,
  4. assembly of full ribosomes,
  5. elongation, (i.e. movement of ribosomes along mRNA with production of protein),
  6. termination of translation,
  7. degradation of mRNA molecules,
  8. degradation of proteins.

The process of amino acid building to create protein in translation is a subject of various physic models for a long time starting from the first detailed kinetic models such as[38] or others taking into account stochastic aspects of translation and using computer simulations. Many chemical kinetics-based models of protein synthesis have been developed and analyzed in the last four decades.[39][40] Beyond chemical kinetics, various modeling formalisms such as Totally Asymmetric Simple Exclusion Process,[40]Probabilistic Boolean Networks, Petri Nets and max-plus algebra have been applied to model the detailed kinetics of protein synthesis or some of its stages. A basic model of protein synthesis that takes into account all eight 'elementary' processes has been developed,[37] following the paradigm that "useful models are simple and extendable".[41] The simplest model M0 is represented by the reaction kinetic mechanism (Figure M0). It was generalised to include 40S, 60S and initiation factors (IF) binding (Figure M1'). It was extended further to include effect of microRNA on protein synthesis.[42] Most of models in this hierarchy can be solved analytically. These solutions were used to extract 'kinetic signatures' of different specific mechanisms of synthesis regulation.

Genetic code

It is also possible to translate either by hand (for short sequences) or by computer (after first programming one appropriately, see section below); this allows biologists and chemists to draw out the primary amino acid sequence of the encoded protein on paper.

First, convert each template DNA base to its RNA complement (note that the complement of A is now U), as shown below. Note that the template strand of the DNA is the one the RNA is polymerized against; the other DNA strand would be the same as the RNA, but with thymine instead of uracil.

DNA -> RNA A -> U T -> A C -> G G -> C A=T-> A=U

Then split the RNA into triplets (groups of three bases). Note that there are 3 translation "windows", or reading frames, depending on where you start reading the code. Finally, use the table at Genetic code to translate the above into a structural formula as used in chemistry.

This will give the primary structure of the protein. However, proteins tend to fold, depending in part on hydrophilic and hydrophobic segments along the chain. Secondary structure can often still be guessed, but the proper tertiary structure is often very hard to determine. In order to determine the precise 3D structure and atomic interactions, Structural biology and several other Biophysics methods are used.

Whereas other aspects such as the 3D structure, called tertiary structure, of protein can only be predicted using sophisticated algorithms, the amino acid sequence, called primary structure, can be determined solely from the nucleic acid sequence with the aid of a translation table.

This approach may not give the correct amino acid composition of the protein, in particular if unconventional amino acids such as selenocysteine are incorporated into the protein, which is coded for by a conventional stop codon in combination with a downstream hairpin (SElenoCysteine Insertion Sequence, or SECIS).

There are many computer programs capable of translating a DNA/RNA sequence into a protein sequence. Normally this is performed using the Standard Genetic Code, however, few programs can handle all the "special" cases, such as the use of the alternative initiation codons which are biologically significant. For instance, the rare alternative start codon CTG codes for Methionine when used as a start codon, and for Leucine in all other positions.

Example: Condensed translation table for the Standard Genetic Code (from the NCBI Taxonomy webpage).[43]

 AAs = FFLLSSSSYY**CC*WLLLLPPPPHHQQRRRRIIIMTTTTNNKKSSRRVVVVAAAADDEEGGGG Starts = ---M---------------M---------------M---------------------------- Base1 = TTTTTTTTTTTTTTTTCCCCCCCCCCCCCCCCAAAAAAAAAAAAAAAAGGGGGGGGGGGGGGGG Base2 = TTTTCCCCAAAAGGGGTTTTCCCCAAAAGGGGTTTTCCCCAAAAGGGGTTTTCCCCAAAAGGGG Base3 = TCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAG

The "Starts" row indicate three start codons, UUG, CUG, and the very common AUG. It also indicates the first amino acid residue when interpreted as a start: in this case it is all methionine.

Translation tables

Even when working with ordinary eukaryotic sequences such as the Yeast genome, it is often desired to be able to use alternative translation tables—namely for translation of the mitochondrial genes. Currently the following translation tables are defined by the NCBI Taxonomy Group for the translation of the sequences in GenBank:[43]

  1. The standard code
  2. The vertebrate mitochondrial code
  3. The yeast mitochondrial code
  4. The mold, protozoan, and coelenterate mitochondrial code and the mycoplasma/spiroplasma code
  5. The invertebrate mitochondrial code
  6. The ciliate, dasycladacean and hexamita nuclear code
  7. The kinetoplast code
  8. The echinoderm and flatworm mitochondrial code
  9. The euplotid nuclear code
  10. The bacterial, archaeal and plant plastid code
  11. The alternative yeast nuclear code
  12. The ascidian mitochondrial code
  13. The alternative flatworm mitochondrial code
  14. The Blepharisma nuclear code
  15. The chlorophycean mitochondrial code
  16. The trematode mitochondrial code
  17. The Scenedesmus obliquus mitochondrial code
  18. The Thraustochytrium mitochondrial code
  19. The Pterobranchia mitochondrial code
  20. The candidate division SR1 and gracilibacteria code
  21. The Pachysolen tannophilus nuclear code
  22. The karyorelict nuclear code
  23. The Condylostoma nuclear code
  24. The Mesodinium nuclear code
  25. The peritrich nuclear code
  26. The Blastocrithidia nuclear code
  27. The Cephalodiscidae mitochondrial code

See also

References

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