[科普中国]-上帝是个吝啬的补锅匠，绝不浪费任何设计

作者：Jason Bardi 编辑： 破土豆

地球上所有的生命都通过DNA(对少许的病毒来说，是RNA)来储存遗传信息, 并通过DNA表达成蛋白质来构成细胞，进而执行生命体的种种指令。

遗传密码是将DNA翻译成蛋白质的一套特殊指令。DNA由四种分子(又称为碱基)组成, 通常用A, G, T, C来代表。DNA的编译是通过将每三个DNA碱基读取为一个氨基酸, 进而组成蛋白质。这种三个连续的DNA碱基被称为“密码子”。

用四种DNA碱基进行排列组合, 密码子共有4的三次方，即64种不同的排列方式。然而组成蛋白质的氨基酸只有20种。科学家们发现, 不同的密码子(DNA碱基组合)会被翻译成同一个氨基酸。例如GCU, GCC, GCA, GCG这四种密码子都会被翻译成丙氨酸(Alanine)。科学家们认为这些不同的密码子将被翻译成同一种氨基酸，包含的只是重复的信息，而将其称为“冗余密码子”。

看到这里, 大概很多人会和我一样想问这个问题: 这些“冗余”密码子的作用真的完全相同吗? 大自然真的会这么低效吗?

（图片来源：pixabay）

美国加州大学旧金山分校维斯曼（Weissman）研究组的科学家们发表在《自然》(Nature)的一篇文章对这个问题给出了部分回答。

维斯曼研究组利用一种新的“核糖体分析”技术来检测活细胞里的基因活性，包括蛋白质合成的速度。他们在检测细菌中的蛋白质合成速度时发现，即便是很轻微的DNA序列的改变都可能对蛋白质合成速度产生巨大的影响。他们发现即使是“沉默突变”（只改变单个DNA碱基但不影响其合成的氨基酸）这样看似微不足道的变化，也能将蛋白质合成的速度减缓到其正常速度的1/10甚至更慢。

（图中用小西红柿代表核糖体，试图展现核糖体作为生命的中心，帮助将遗传信息翻译成蛋白质的过程。图片来源： Gene-Wei Li/UCSF）

这个新发现向生物学界50余年来的基本“冗余密码子”假说提出了质疑。新发现可能会大大提高工业界蛋白质的生产效率，有益于生物燃料以及用于治疗糖尿病、癌症等多种常见病所需的生物医药的生产。

维斯曼教授认为，“这些过去被认为是冗余的密码子显然并不是单纯的重复。 我们虽然还不知道具体的机理，但我们的新研究表明大自然在筛选密码子的过程中，会在考虑其编译的氨基酸产物的同时也会考虑其编译的速度。”

对编译速度的选择，类似于我们给朋友发短信的时候，有时会写“NP”而非“No Problem”。虽然他们意思相同，写“NP”不是打字方便要快一些么？

排版：小石头

题图来源：图虫创意