翻譯與遺傳密碼

遺傳密碼的簡併性(degeneracy)

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六十四個密碼子,卻只需拼出二十種胺基酸,外加幾個終止子——這道算術留下了一大筆盈餘。於是大自然做了任何明智的、有富餘容量的編碼都會做的事:讓若干個不同的密碼子都表示同一種胺基酸。這種「多個密碼子對應一種胺基酸」的安排,就是生物學家所說的遺傳密碼的簡併性,或稱冗餘。

這種冗餘並非隨意,而是遵循一個齊整的規律。大部分自由度落在密碼子的第三個鹼基上。例如,GGU、GGC、GGA和GGG這四個密碼子都編碼甘胺酸——前兩個字母GG鎖定了含義,第三個字母幾乎無關緊要。六個不同的密碼子都拼亮胺酸;六個拼絲胺酸;六個拼精胺酸。只有甲硫胺酸(AUG)和色胺酸(UGG)各自僅由一個密碼子拼寫。這種把餘地集中在第三位的現象,與核糖體處的擺動配對密切相關——後者使一個轉運RNA能讀取幾個僅最後一個字母不同的密碼子。

簡併性悄悄起著保護作用。由於第三個字母往往「無所謂」,那裡發生的單鹼基突變常常把密碼子換成一個同義詞——一個讓蛋白質保持不變的沉默突變。而且化學性質相近的胺基酸,其密碼子也往往彼此相像,所以即便是非沉默的突變,也常常只換上一個相似的胺基酸,從而減輕衝擊。因此這套密碼不只是一本字典,更是一個減震器,天生就要限制那些不可避免的抄錄錯誤所造成的損害。請注意一個微妙之處:這裡的「簡併」是數學意義上的「多對一」,並非貶義——這套密碼是穩健,而非有缺陷。

甘胺酸有四個密碼子:GGU、GGC、GGA、GGG。若某基因讀作GGU,第三個鹼基由U突變為C,密碼子變成GGC——仍是甘胺酸。蛋白質完全相同,這個突變是沉默的。

同義密碼子意味著第三個鹼基的改變常常讓胺基酸——以及蛋白質——保持不變。

同義密碼子並非完全可以互換:細胞偏愛某些密碼子甚於其同義詞(密碼子偏好),而這一選擇可微妙地影響蛋白質製造的速度與精度。沉默突變通常無害,但並非總是如此。

又稱
redundancy of the codecode redundancy简并性冗余簡併性