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蛋白表达之密码子分析（稀有密码子）
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蛋白表达之密码子分析 在蛋白表达研究中，一般都会看重选择合适的表达载体、标签和宿主系统，而往往忽视基因序列本身是否与目标载体和宿主系统为最佳适配这样一个实质性问题。基因的最优表达可以通过对基因的重新优化和合成来实现，如替换掉稀有密码子而利用最优密码子，RNA二级结构最优，调整GC含量，避免部分限制性酶切位点，避免一些复杂结构（发卡、重复结构）删除一些元件等。以下就这些问题加以说明。 密码子偏好与基因表达 在蛋白质组中各种基因的表达水平与密码子偏好性（codon bias)（部分文献称为“偏倚”或“偏爱”）存在着某种关系：含有不常使用的密码子（后面简称：稀有密码子）的基因倾向于较低水平的表达，无论根据mRNA 表达或蛋白质水平的分析都是如此。到目前为止，世界上有很多的学者科学家对生物密码子表的利用情况统计并开发了在线的密码子处理系统，例如http://www.kazusa.or.jp/codon/ 该系统中密码子频率库容量都是几千个CDS序列统计得到的，极少数比较稀有的宿主系统CDS序列由于比较少统计的不是很全面。通过密码子适应指数（或称为密码子偏倚值）CAI（codon adaptation index）来判定密码子是否最优。当基因的密码子偏倚值为0.25或更低时（如大多数基因），mRNA水平与蛋白质水平的相关性很差。对大多数高表达的基因(密码子偏倚值>0.5的基因），mRNA水平与蛋白质水平的相关性要高很多。很多公司开发的在线密码子优化系统，通过该优化系统进行密码子使用情况分析以及优化。 稀有密码子是怎么导致蛋白的低水平表达的。 密码子偏好性表 第二位碱基 U C A G 人类 第一位碱基 UUU (17.6) UCU (15.2) UAU (12.2) UGU (10.6) UUC (20.3) UCC (17.7) UAC (15.3) UGC (12.6) UUA (7.7) UCA (12.2) UAA (1.0) UGA (1.6) UUG (12.9) UCG (4.4) UAG (0.8) UGG (13.2) 第一位碱基 CUU (13.2) CCU (17.5) CAU (10.9) CGU (4.5) CUC (19.6) CCC (19.8) CAC (15.1) CGC (10.4) CUA (7.2) CCA (16.9) CAA (12.3) CGA (6.2) CUG (39.6) CCG (6.9) CAG (34.2) CGG (11.4) 第一位碱基 AUU (16.0) ACU (13.1) AAU (17.0) AGU (12.1) AUC (20.8) ACC (18.9) AAC (19.1) AGC (19.5) AUA (7.5) ACA (15.1) AAA (24.4) AGA (12.2) AUG (22.0) ACG (6.1) AAG (31.9) AGG (12.0) 第一位碱基 GUU (11.0) GCU (18.4) GAU (21.8) GGU (10.8) GUC (14.5) GCC (27.7) GAC (25.1) GGC (22.2) GUA (7.1) GCA (15.8) GAA (29.0) GGA (16.5) GUG (28.1) GCG (7.4) GAG (39.6) GGG (16.5) 小鼠 第一位碱基 UUU (17.2) UCU (16.2) UAU (12.2) UGU (11.4) UUC (21.8) UCC (18.1) UAC (16.1) UGC (12.3) UUA (6.7) UCA (11.8) UAA (1.0) UGA (1.6) UUG (13.4) UCG (4.2) UAG (0.8) UGG (12.5) 第一位碱基 CUU (13.4) CCU (18.4) CAU (10.6) CGU (4.7) CUC (20.2) CCC (18.2) CAC (15.3) CGC (9.4) CUA (8.1) CCA (17.3) CAA (12.0) CGA (6.6) CUG (39.5) CCG (6.2) CAG (34.1) CGG (10.2) 第一位碱基 AUU (15.4) ACU (13.7) AAU (15.6) AGU (12.7) AUC (22.5) ACC (19.0) AAC (20.3) AGC (19.7) AUA (7.4) ACA (16.0) AAA (21.9) AGA (12.1) AUG (22.8) ACG (5.6) AAG (33.6) AGG (12.2) 第一位碱基 GUU (10.7) GCU (20.0) GAU (21.0) GGU (11.4) GUC (15.4) GCC (26.0) GAC (26.0) GGC (21.2) GUA (7.4) GCA (15.8) GAA (27.0) GGA (16.8) GUG (28.4) GCG (6.4) GAG (39.4) GGG (15.2) 家蚕 第一位碱基 UUU (15.3) UCU (12.7) UAU (13.9) UGU (8.7) UUC (24.0) UCC (12.0) UAC (22.0) UGC (11.3) UUA (13.1) UCA (13.0) UAA (1.4) UGA (0.6) UUG (15.8) UCG (11.0) UAG (0.6) UGG (11.7) 第一位碱基 CUU (11.5) CCU (14.0) CAU (10.3) CGU (9.8) CUC (14.6) CCC (11.7) CAC (13.8) CGC (10.5) CUA (8.8) CCA (13.6) CAA (18.7) CGA (7.0) CUG (18.4) CCG (13.0) CAG (17.4) CGG (5.4) 第一位碱基 AUU (18.6) ACU (15.6) AAU (20.5) AGU (10.3) AUC (20.7) ACC (14.2) AAC (24.9) AGC (12.5) AUA (15.9) ACA (15.9) AAA (34.0) AGA (14.1) AUG (23.4) ACG (11.9) AAG (28.4) AGG (8.9) 第一位碱基 GUU (16.8) GCU (25.3) GAU (25.6) GGU (21.7) GUC (16.7) GCC (19.7) GAC (28.8) GGC (18.8) GUA (12.4) GCA (14.6) GAA (36.0) GGA (21.4) GUG (19.4) GCG (13.5) GAG (26.2) GGG (7.7) 酵母 第一位碱基 UUU (26.1) UCU (23.5) UAU (18.8) UGU (8.1) UUC (18.4) UCC (14.2) UAC (14.8) UGC (4.8) UUA (26.2) UCA (18.7) UAA (1.1) UGA (0.7) UUG (27.2) UCG (8.6) UAG (0.5) UGG (10.4) 第一位碱基 CUU (12.3) CCU (13.5) CAU (13.6) CGU (6.4) CUC (5.4) CCC (6.8) CAC (7.8) CGC (2.6) CUA (13.4) CCA (18.3) CAA (27.3) CGA (3.0) CUG (10.5) CCG (5.3) CAG (12.1) CGG (1.7) 第一位碱基 AUU (30.1) ACU (20.3) AAU (35.7) AGU (14.2) AUC (17.2) ACC (12.7) AAC (24.8) AGC (9.8) AUA (17.8) ACA (17.8) AAA (41.9) AGA (21.3) AUG (20.9) ACG (8.0) AAG (30.8) AGG (9.2) 第一位碱基 GUU (22.1) GCU (21.2) GAU (37.6) GGU (23.9) GUC (11.8) GCC (12.6) GAC (20.2) GGC (9.8) GUA (11.8) GCA (16.2) GAA (45.6) GGA (10.9) GUG (10.8) GCG (6.2) GAG (19.2) GGG (6.0) 大肠杆菌 第一位碱基 UUU (24.4) UCU (13.1) UAU (21.6) UGU (5.9) UUC (13.9) UCC (9.7) UAC (11.7) UGC (5.5) UUA (17.4) UCA (13.1) UAA (2.0) UGA (1.1) UUG (12.9) UCG (8.2) UAG (0.3) UGG (13.4) 第一位碱基 CUU (14.5) CCU (9.5) CAU (12.4) CGU (15.9) CUC (9.5) CCC (6.2) CAC (7.3) CGC (14.0) CUA (5.6) CCA (9.1) CAA (14.4) CGA (4.8) CUG (37.4) CCG (14.5) CAG (26.7) CGG (7.9) 第一位碱基 AUU (29.6) ACU (13.1) AAU (29.3) AGU (13.2) AUC (19.4) ACC (18.9) AAC (20.3) AGC (14.3) AUA (13.3) ACA (15.1) AAA (37.2) AGA (7.1) AUG (23.7) ACG (13.6) AAG (15.3) AGG (4.0) 第一位碱基 GUU (21.6) GCU (18.9) GAU (33.7) GGU (23.7) GUC (13.1) GCC (21.6) GAC (17.9) GGC (20.6) GUA (13.1) GCA (23.0) GAA (35.1) GGA (13.6) GUG (19.9) GCG (21.1) GAG (19.4) GGG (12.3) |
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