Синонимичные кодоны используются неравномерно
Восемнадцать из двадцати аминокислот кодируются больше чем одним кодоном, и каждый организм использует синонимичные кодоны в своих пропорциях. У лейцина шесть кодонов; в генах человека CTG кодирует около 40% лейцинов, а у E. coli CTG тоже част, но CTA редок. Это предпочтение — кодоновая предпочтительность (codon bias), и таблица частоты использования кодонов её измеряет.
Столбцы
Таблица перечисляет каждый кодон с аминокислотой, которую он кодирует, и два числа:
- Частота на тысячу: сколько раз кодон встречается на каждую 1000 кодонов в подсчитанных последовательностях. 64 значения в сумме дают 1000.
- Доля: какая часть этой аминокислоты кодируется этим кодоном. Доли для одной аминокислоты в сумме дают 1. Доля 0,05 означает редкий кодон.
Некоторые таблицы дают и сырое число. Таблицы для вида строят по тысячам его генов; таблица по одному гену или одной плазмиде описывает только эту последовательность.
Почему это важно
Редким кодонам соответствуют редкие тРНК. Ген, полный кодонов, редких для хозяина, транслируется медленно, рибосомы останавливаются, и выход падает; участки редких кодонов аргинина (AGG, AGA, CGA у E. coli) — классическая причина плохой экспрессии. Индекс адаптации кодонов, CAI, от 0 до 1 показывает, насколько кодоны гена совпадают с предпочитаемыми хозяином; гены выше примерно 0,8 обычно хорошо экспрессируются.
Оптимизация кодонов
Оптимизировать ген для нового хозяина — значит заменить редкие кодоны на предпочитаемые хозяином, не меняя белок. Хорошая оптимизация также избегает очень высокого GC-состава, длинных повторов, нежелательных сайтов рестрикции и сильной вторичной структуры РНК в начале гена. Если заменить каждый кодон на один самый частый, это может навредить сворачиванию, поэтому многие инструменты вместо этого воспроизводят распределение хозяина.
Инструменты
Частота использования кодонов строит таблицу по любым вставленным кодирующим последовательностям. Оптимизация кодонов переписывает последовательность для выбранного хозяина, а Обратная трансляция превращает белок обратно в ДНК, используя самые частые кодоны.