有关氨基酸密码子表，教科书还漏了许多重点

一、不同生物的密码子使用偏好不同

三联密码子一共有4×4×4=64个，而构成生物的氨基酸仅有20个（外加1个终止密码子）。这意味着，有许多密码子，编码着同一个氨基酸。比如说，UUA、UUG、CUU、CUC、CUA和CUG均编码亮氨酸。这种现象，称为密码子的简并性。

但这是否意味着，生物可以随便更换密码子、反正只要编码同一个氨基酸就好呢？

并不是！

不同生物使用各种密码子的频率，是不同的。同样是编码亮氨酸，在酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中，使用UUU、UUA和UUG的几率是最高的，每1000个密码子中，这三个密码子就会出现大于26次。而在人类（Homo sapiens）中，使用UUA编码亮氨酸的概率是比较低的，每1000个密码子中只会出现不到8次。这种现象，称为密码子使用偏好性（codon usage bias）。

在这个数据库，可以查到各种生物密码子使用偏好性的数据：

https://www.kazusa.or.jp/codon/

密码子偏好性是怎么产生的呢？目前并没有明确的答案，毕竟很难通过实验来再现漫长的生物演化过程。因此这里也不展开叙述各路假说。

但目前知道的是，如果随意更换同义的密码子，会产生各种问题。比如说，同样都是编码亮氨酸，假如将UUA换成CUG，就会显著改变GC比。这不光会影响基因组的稳定性，还会导致转录出来的mRNA的二级结构发生变化。同时，由于密码子偏好与tRNA池是共进化的，因此，更换了同义的密码子，而tRNA基因或者丰度却没有随着发生变化的话，就会影响蛋白质的翻译速度。再有，由于蛋白质是可以边翻译边折叠的。因此，翻译速度的变化，也会影响蛋白质的折叠。

目前，有一些人类疾病，被认为与DNA的同义突变（synonymous mutations）具有相关性。

这同时也告诉我们，在实验中，如果想在A生物中表达B生物的蛋白，往往需要考虑密码子的优化，将B生物的基因DNA序列，改成适合A生物的密码子使用偏好，否则表达效率会降低，甚至表达不出来。

二、核基因组与线粒体、叶绿体基因组使用的密码子表不同

是的，你没看错，线粒体和核基因组所使用的密码子表，是存在差异的。

比如说，在标准的密码子表中，AGA和AGG编码精氨酸，但在脊椎动物的线粒体中，这两个密码子却是终止密码子。而标准密码子表中的终止密码子UGA，在脊椎动物的线粒体中，却是编码色氨酸。（注：线粒体基因组不光能够用胞浆中的核糖体与tRNA来翻译蛋白，它还能编码自己的核糖体和tRNA，用独特的密码子表来翻译蛋白。）

在不同生物中，线粒体与核基因组的密码子差异，也是不同的。如有有兴趣，可以参考这个网站：

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Utils/wprintgc.cgi

对了，除了密码子编码的氨基酸存在差异之外，核基因组与线粒体基因组的密码子使用偏好性，也是不同的。具体的数据，同样可以到前文所提到的数据库中去查。

叶绿体的情况更加有意思了，它对密码子的偏好性更加强，甚至几乎不使用某些密码子来编码氨基酸。

这个现象，同样也佐证了，线粒体与叶绿体的内共生学说，即它们都是外源微生物进入真核生物的祖先后，驯化、共生，从而演化出来的细胞器。

三、同一个密码子，还能被随机编码成不同氨基酸

如果觉得第二点还不够毁三观，那第三点就是改写教科书级的了（教科书内心OS：你们够了没……）

在标准密码子表中，CUG编码的是亮氨酸。但是在一些酵母中，CUG会编码丝氨酸，在另外一些酵母中，却又是编码丙氨酸。

这看起来还是没啥毛病嘛，上面不刚说了，线粒体和叶绿体可以用不同的密码子表，那思维跳跃一下，酵母这么低等的生物，用着和高等生物不同的密码子表，很奇怪吗？反正在既定的物种中，什么密码子编码什么氨基酸，都是对应好的，对吧……

不对……事情并没有这么简单。最近一篇发表在Current Biology的论文发现，在Ascoidea asiatica这种酵母中，CUG会有一半的几率被翻译成丝氨酸，另一半几率被翻译成亮氨酸。

这是迄今为止发现的唯一例外，即同一个密码子，在同一生物、同一套基因组中，可以编码两种不同氨基酸，这是由携带丝氨酸和携带亮氨酸的tRNA相互竞争引起的。

就像这篇文章的Graphical abstract所描绘的那样，CUG在Ascoidea asiatica酵母中将被翻译成什么氨基酸，似乎是掷骰子决定的。

只是这种随机翻译可能是有害的，因为在Ascoidea asiatica酵母中，CUG密码子非常罕见，几乎不出现在蛋白保守的亮氨酸或丝氨酸位置，而且多位于低表达基因中。而其他亲缘关系相近的酵母，则可能是通过失活其中某一种tRNA来避免这种混乱。