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 стоп-сигналам во время трансляции , их называют кодонами .
Одна цепь молекулы нуклеиновой кислоты имеет фосфорильный конец, называемый 5'-концом , и гидроксильный или 3'-конец . Они определяют направление 5’→3’ . Существует три рамки считывания, которые можно читать в направлении 5’→3’, каждая из которых начинается с разных нуклеотидов в триплете. В двухцепочечной нуклеиновой кислоте дополнительные три рамки считывания могут быть считаны 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. [1] [2]
В общем, биологически значимой является не более одной рамки считывания в данном участке нуклеиновой кислоты ( открытая рамка считывания ). Некоторые вирусные транскрипты можно транслировать с использованием нескольких перекрывающихся рамок считывания. Известен один пример перекрывания рамок считывания в митохондриальной ДНК млекопитающих : перекрываются кодирующие части генов двух субъединиц АТФазы.
ДНК кодирует белковую последовательность серией трехнуклеотидных кодонов . Таким образом, любую данную последовательность ДНК 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 цепь матричной ДНК в направлении 3'→5', но мРНК формируется в направлении от 5' к 3'. [3] мРНК является одноцепочечной и поэтому содержит только три возможные рамки считывания, из которых транслируется только одна . Кодоны рамки считывания мРНК транслируются в направлении 5'→3' рибосомой в аминокислоты с образованием полипептидной цепи .
Открытая рамка считывания (ORF) — это рамка считывания, которая потенциально может транскрибироваться в РНК и транслироваться в белок. Для этого требуется непрерывная последовательность ДНК, которая может включать стартовый кодон через последующую область, длина которой кратна 3 нуклеотидам, до стоп-кодона в той же рамке считывания. [4]
Когда предполагаемая аминокислотная последовательность, возникающая в результате трансляции ORF, оставалась неизвестной в геномах митохондрий и хлоропластов, соответствующая открытая рамка считывания называлась неидентифицированной рамкой считывания (URF). Например, ген MT-ATP8 был впервые описан как URF A6L, когда был секвенирован полный митохондриальный геном человека . [5]
Использование нескольких рамок считывания приводит к возможности перекрытия генов ; их может быть много в вирусных, прокариотных и митохондриальных геномах . [6] Некоторые вирусы, например, вирус гепатита B и BYDV , используют несколько перекрывающихся генов в разных рамках считывания.
В редких случаях рибосома может перемещаться из одной рамки в другую во время трансляции мРНК ( трансляционный сдвиг рамки ). Это приводит к тому, что первая часть мРНК транслируется в одной рамке считывания, а вторая часть — в другой рамке считывания. Это отличается от мутации сдвига рамки считывания , поскольку нуклеотидная последовательность (ДНК или РНК) не изменяется, а меняется только рамка, в которой она считывается.