作者：Jason Bardi 編輯： 破土豆

 

地球上所有的生命都通過DNA(對少許的病毒來說，是RNA)來儲存遺傳信息, 并通過DNA表達成蛋白質來構成細胞，進而執行生命體的種種指令。

 

遺傳密碼是將DNA翻譯成蛋白質的一套特殊指令。DNA由四種分子(又稱為堿基)組成, 通常用A, G, T, C來代表。DNA的編譯是通過將每三個DNA堿基讀取為一個氨基酸, 進而組成蛋白質。這種三個連續的DNA堿基被稱為“密碼子”。

 

用四種DNA堿基進行排列組合, 密碼子共有4的三次方，即64種不同的排列方式。然而組成蛋白質的氨基酸只有20種?？茖W家們發現, 不同的密碼子(DNA堿基組合)會被翻譯成同一個氨基酸。例如GCU, GCC, GCA, GCG這四種密碼子都會被翻譯成丙氨酸(Alanine)。科學家們認為這些不同的密碼子將被翻譯成同一種氨基酸，包含的只是重復的信息，而將其稱為“冗余密碼子”。

 

看到這里, 大概很多人會和我一樣想問這個問題: 這些“冗余”密碼子的作用真的完全相同嗎? 大自然真的會這么低效嗎?

 

（圖片來源：pixabay）

 

美國加州大學舊金山分校維斯曼（Weissman）研究組的科學家們發表在《自然》(Nature)的一篇文章對這個問題給出了部分回答。

 

維斯曼研究組利用一種新的“核糖體分析”技術來檢測活細胞里的基因活性，包括蛋白質合成的速度。他們在檢測細菌中的蛋白質合成速度時發現，即便是很輕微的DNA序列的改變都可能對蛋白質合成速度產生巨大的影響。他們發現即使是“沉默突變”（只改變單個DNA堿基但不影響其合成的氨基酸）這樣看似微不足道的變化，也能將蛋白質合成的速度減緩到其正常速度的1/10甚至更慢。

 

（圖中用小西紅柿代表核糖體，試圖展現核糖體作為生命的中心，幫助將遺傳信息翻譯成蛋白質的過程。圖片來源： Gene-Wei Li/UCSF）

 

這個新發現向生物學界50余年來的基本“冗余密碼子”假說提出了質疑。新發現可能會大大提高工業界蛋白質的生產效率，有益于生物燃料以及用于治療糖尿病、癌癥等多種常見病所需的生物醫藥的生產。

 

維斯曼教授認為，“這些過去被認為是冗余的密碼子顯然并不是單純的重復。 我們雖然還不知道具體的機理，但我們的新研究表明大自然在篩選密碼子的過程中，會在考慮其編譯的氨基酸產物的同時也會考慮其編譯的速度。”

 

對編譯速度的選擇，類似于我們給朋友發短信的時候，有時會寫“NP”而非“No Problem”。雖然他們意思相同，寫“NP”不是打字方便要快一些么？

 

 

排版：小石頭

題圖來源：圖蟲創意

 

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圖文簡介

科學家們認為這些不同的密碼子將被翻譯成同一種氨基酸，包含的只是重復的信息，而將其稱為“冗余密碼子”。 那么問題來了: 這些“冗余”密碼子的作用真的完全相同嗎? 大自然真的會這么低效嗎?