翻译与遗传密码

遗传密码的简并性(degeneracy)

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六十四个密码子,却只需拼出二十种氨基酸,外加几个终止子——这道算术留下了一大笔盈余。于是大自然做了任何明智的、有富余容量的编码都会做的事:让若干个不同的密码子都表示同一种氨基酸。这种“多个密码子对应一种氨基酸”的安排,就是生物学家所说的遗传密码的简并性,或称冗余。

这种冗余并非随意,而是遵循一个齐整的规律。大部分自由度落在密码子的第三个碱基上。例如,GGU、GGC、GGA和GGG这四个密码子都编码甘氨酸——前两个字母GG锁定了含义,第三个字母几乎无关紧要。六个不同的密码子都拼亮氨酸;六个拼丝氨酸;六个拼精氨酸。只有甲硫氨酸(AUG)和色氨酸(UGG)各自仅由一个密码子拼写。这种把余地集中在第三位的现象,与核糖体处的摆动配对密切相关——后者使一个转运RNA能读取几个仅最后一个字母不同的密码子。

简并性悄悄起着保护作用。由于第三个字母往往“无所谓”,那里发生的单碱基突变常常把密码子换成一个同义词——一个让蛋白质保持不变的沉默突变。而且化学性质相近的氨基酸,其密码子也往往彼此相像,所以即便是非沉默的突变,也常常只换上一个相似的氨基酸,从而减轻冲击。因此这套密码不只是一本字典,更是一个减震器,天生就要限制那些不可避免的抄录错误所造成的损害。请注意一个微妙之处:这里的“简并”是数学意义上的“多对一”,并非贬义——这套密码是稳健,而非有缺陷。

甘氨酸有四个密码子:GGU、GGC、GGA、GGG。若某基因读作GGU,第三个碱基由U突变为C,密码子变成GGC——仍是甘氨酸。蛋白质完全相同,这个突变是沉默的。

同义密码子意味着第三个碱基的改变常常让氨基酸——以及蛋白质——保持不变。

同义密码子并非完全可以互换:细胞偏爱某些密码子甚于其同义词(密码子偏好),而这一选择可微妙地影响蛋白质制造的速度与精度。沉默突变通常无害,但并非总是如此。

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