Практика 12

Задание 1

Результаты выполнения программы можно представить в таблице:

В Другое вошли следующие старт-кодоны:

Escherichia coli:

ATT 4, CTG 2, TTC 1

Candidatus Gracilibacteria bacterium:

ACA 1, TCA 1, TCT 1

Mycoplasma pneumoniae:

ACC 2, ATA 2, ATC 3, ATT 4, CTG 4, GTT 1, TTA 2

Можно заметить, что ATG встречается гораздо чаще других старт-кодонов. Второй по встречаемости кодон GTG, третий - TTG.

Кодон ATG является стандартным старт-кодоном, а GTG и TTG - альтернативными. У прокариот первый кодон матричной РНК всегда кодирует модифицированный метионин (N-формилметионин), даже если в середине кодирующей последовательности альтернативный старт-кодон кодирует другую аминокислоту. Например, GUG кодирует валин, а UUG - лейцин, если они находятся внутри кодирующей последовательности. Если же эти кодоны находятся в начальном положении, первой аминокислотой будет метионин. Такой эффект наблюдается из-за того, что для инициации трансляции используется специальная тРНК. Она полностью комплементарна основному кодону (AUG) и частично комплементарна альтернативным кодонам (GUG, UUG).

Предположительно, другие встреченные старт-кодоны работают по тому же принципу - частичная комплементарность инициализирующей тРНК, однако очень низкая частота их встречаемости не дает сделать конкретные выводы.

Интересно, что Mycoplasma pneumoniae имеет гораздо больше альтернативных старт-кодонов(7), чем Escherichia coli (3) и Candidatus Gracilibacteria bacterium (3). Это можно связать или с большей универсальностью инициальной тРНК, или с наличием альтернативной инициальной тРНК.

Задание 2

Первые три последовательности кодируют ферменты (IS30 транспозаза, дегидрогеназа и серотрасфераза соответственно), а последняя - белок мембранного канала.

Их объединяет наличие селеноцистеина. Селеноцистеин не имеет собственного кодона, но может кодироваться стоп кодоном TGA (и частично совпадающим ТАА) с последующей специальной последовательностью.

Задание 3

Escherichia coli:

TGA 1200, TAA 2680, TAG 290

Candidatus Gracilibacteria bacterium:

TGA 1, TAA 969, TAG 181

Mycoplasma pneumoniae:

TGA 0, TAA 518, TAG 202

Очевидно, у второй и третьей бактерии не встречается стоп-кодон - TGA. Это связано с тем, что TGA может кодировать селеноцистеин, или триптофан, например, у бактерий рода mycoplasma (вероятно у Candidatus Gracilibacteria bacterium кодон используется именно как кодирующий). При этом самым частым отличием нестандартного генетического кода от стандартного считается превращение TGA из стоп-кодона в кодирующий триптофан.

Ссылка на статью: Koonin E. V., Novozhilov A. S. Origin and Evolution of the Universal Genetic Code. (англ.) // Annual Review Of Genetics. — 2017. — 27 November (vol. 51). — P. 45—62. — doi:10.1146/annurev-genet-120116-024713. — PMID 28853922

Задание 4

Заметно, что кодоны используются с разной частотой, причем у второй и третьей бактерии самый используемый кодон - ТТА, а у Escherichia coli - CTG. Это может быть связано с особенностями трансляции и/или концентрацией комплементарных тРНК.

У разных бактерий частота использования того или иного кодона скорее всего зависит от условий внешней среды.

Задание 5

Ссылка на график: https://docs.google.com/spreadsheets/d/1YlD1KmToAn0Xq46Kz6T9bfTsqCJahqszjVeae1LCbBU/edit?usp=sharing

Минимальное значение: -0.56 (2571000 нуклеотид)

Максимальное значение: 0.56 (308000 нуклеотид)

Минимальное значение соответствует точке начала репликации, а максимальное - точке завершения репликации (терминации).