综述：遗传密码扩展背后的基本逻辑与事实：一项批判性评估

《ChemCatChem》：Essential Logic and Facts Behind the Expansion of the Genetic Code: A Critical Assessment

本文探讨遗传密码扩展的化学、进化与技术基础，分析三联密码子结构对代谢成本和信息容量的权衡，指出引入非标准氨基酸和密码子需新代谢途径，当前方法存在效率问题，未来需通过基因组重编码、定向进化等实现稳定扩展。

　　

摘要

长期以来，遗传密码被视为早期进化的“冰冻遗迹”，如今正被系统性地重新编程。本文探讨了其扩展的化学、进化和技术基础，重点关注其可塑性、密码子结构以及氨基酸的选择。三联体密码子结构反映了代谢成本与信息容量之间的进化权衡；而蛋白质——这些关键的催化聚合物——则由L-丙氨酸衍生的α-L-氨基酸构成。引入非三联体密码子或非α-氨基酸需要新的代谢途径来提供合成生命所需的前体和能量。目前用于整合非典型氨基酸的方法（如终止密码子抑制、有义密码子重分配和四联体密码子重编码）都是暂时且效率低下的，这与“模糊中间体”模型相符。要实现稳定的扩展，需要重新设计tRNA的身份集合、提高核糖体的精确度、重新构建代谢系统，并可能创建新的折叠蛋白支架。正交翻译系统和密码子框解构已成为关键工具，而永久性的密码子重分配和工程化的正交系统则代表了未来的发展方向。核心技术包括基因组规模的密码子交换、定向进化、细胞区室化以及代谢整合。在Wong的协同进化理论、Westhoff-Grosjean模型和丙氨酸世界假说等进化模型的框架下，遗传密码的扩展被视为生命化学词汇的激进扩展。

图形摘要

遗传密码正在通过非典型氨基酸和正交系统进行重新编程。尽管现有方法具有暂时性，但未来的策略旨在通过基因组重编码、定向进化、细胞区室化、正交翻译和代谢整合来实现稳定的密码子重分配。进化模型支持通过工程化的正交核心机制来扩展生命的化学多样性，从而创造出合成生物。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。