天然遗传密码相对于蛋白质稳定性与氨基酸频率的最优性

天然遗传密码对误翻译误差的鲁棒性如何？长期以来已知遗传密码在限制点突变影响方面非常高效。错读密码子通常编码相同或生化性质相似的氨基酸，因此所编码蛋白质的结构与功能保持相对不变。先前研究试图更定量地解决此问题，即统计估计在整体鲁棒性上优于遗传密码的随机生成密码的比例。本文通过研究氨基酸频率在遗传密码最优性中的作用来拓展这些结果。当衡量天然密码相对于随机密码的适应度时，确实自然地假设在相等突变代价下，影响高频氨基酸的翻译误差不如影响稀有氨基酸的有利。我们发现相应地考虑氨基酸频率会降低击败天然密码的随机密码比例，使后者相对更为鲁棒。当使用比疏水性更精细的氨基酸替换代价度量时，该效应尤为显著。为表明这一点，我们通过计算机实验评估一组已知蛋白质结构中所有可能单位点突变引起的折叠自由能变化，设计了一个新的代价函数。利用此代价函数，我们估计在考虑氨基酸频率时，约一亿个随机密码中有一个比天然密码更适应。因此遗传密码似乎被构造为最小化翻译误差对蛋白质三维结构与稳定性的影响。