コドン
コドンの割り当ては翻訳が開始される先頭のヌクレオチドから行われる。例えば塩基鎖がGGGAAACCCで先頭から読まれるとすると、コドンはGGG、AAA、CCCとなり、2番目から読まれるとすると、コドンはGGA、AAC、3番目から読まれるとすると、GAA、ACCとなる。この例ではコドンが部分的な場合は無視した。このように塩基配列がどうであれ、読み枠は3つ(の塩基)であり、各々異なるアミノ酸配列を生じる(この例では順に、Gly-Lys-Pro、Gly-Asp、Glu-Thrである)。2本鎖DNAには可能な読み枠は6つあり、一方の鎖に3つ読み枠があり(他方の鎖に)反対方向に3つある。
タンパク質のアミノ酸配列に翻訳される実際の読み枠は開始コドンによって割り当てられ、通常、それはmRNAの配列の最初のAUGコドンである。ヌクレオチド塩基が3の倍数以外の数だけ挿入されたり欠失を起こした場合に生ずる、読み枠が乱されるような突然変異はフレームシフト変異として知られる。このような突然変異は、たとえタンパク質として産生されても、その機能を損うため、生体内のタンパク質をコードしている配列の中でまれなものとなる。しばしばそのような誤って作られたタンパク質はタンパク質分解性の崩壊プロセスのターゲットとなる。加えてフレームシフト突然変異は往々にして終止コドンを生じ、タンパク質産生を中途終止させる(例)。次代に遺伝するフレームシフト突然変異がまれな理由は、もし翻訳されるタンパク質が、その生物が直面する選択圧のもとで生育に必須なものであるとしたら、機能をもったタンパク質が存在しないことによって、その生物が生存する以前に致死となるかも知れないからである。
タンパク質を構成する主要なアミノ酸は20種類ある。一方、DNAの構成要素であるヌクレオチドの塩基は、上記のようにわずか4種類である。アミノ酸20種類を区別して指定するのに、塩基1つでは4種類しか区別できず、また、塩基2つの組み合わせでも4×4 = 16種類しか区別できないので足りない。実際の生体内では3個ずつの塩基が1セットになって、アミノ酸1個に対応する形でタンパク質をコードしている。塩基3個の場合、理論的には、4×4×4 = 64種類を区別してコードすることが可能である。実際には、20種類のアミノ酸に加え、どのアミノ酸にも対応しないコドンもあり、ペプチド鎖合成の終了を意味している。これは終止コドンと呼ばれる。また、1つのアミノ酸は複数のコドンと対応している場合が多い。
例えばNUN(Nはヌクレオチドを示す)というコドンは親水性のアミノ酸をコードする傾向がある。NCNはアミノ酸残基の大きさが小さく疏水親水性が中間的であり、NANは平均サイズの親水性アミノ酸残基、UNNは非親水性のアミノ酸残基をコードする。
そうは言っても点突然変異が起こると機能の損われたタンパク質が作られる可能性がある。ヘモグロビン遺伝子に突然変異が起こって鎌状赤血球症が起こされる例を取り挙げてみよう。この点突然変異では親水性のグルタミン酸(Glu)が1ヵ所疎水性のバリン(Val)に置き換わっており、β-グロビンの可溶性が低下している。この場合には、突然変異によって、ヘモグロビンは、バリンのグループ間の疎水性相互作用が変化し、それが原因となって直鎖ポリマーとなり、赤血球は鎌状細胞に変形する。鎌状赤血球症は一般に新規の突然変異によっては起こらない。むしろ、マラリア常在地域においてこの遺伝子ヘテロの人々がマラリアのPlasmodium寄生体にいくほどかの抵抗性(ヘテロ体の有利さ)をもつことによって、自然選択作用によって存続している(サラセミアと同様なやり方である)。
このようにアミノ酸に対するコードに変化がもたらされる理由は、tRNAのアンチコドン1番目の塩基が修飾されることにある。こうして形成される塩基対はゆらぎ塩基対と呼ばれる。修飾される塩基はイノシンであったり非Watson-Crick対であるU-G塩基対であったりする。
例えばグルタミン酸のコドン(GAA、GAG)の3番目の位置は2重に縮重しており、ロイシンのコドン(UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG)の先頭位置も同じである。2重に縮重した位置においては同義性ヌクレオチドは常に何れもがプリンであるか(A/G)、ピリミジンであるか(C/U)であるため、2重に縮重した位置ではトランスバージョン置換(プリンからピリミジンあるいはその逆)のみが非同義である。コドンの3つの位置のいずれかでヌクレオチド置換によってアミノ酸が変化する場合、その位置は縮重がないといわれる。3重に縮重した位置は1つだけあって、4つのヌクレオチドのうち3つの変化がアミノ酸に変化をもたらさないが、残りの1つのヌクレオチドに変わるとアミノ酸が変わる。これはイソロイシンコードの3番目の位置である。コドン(AUU、AUC、AUA)は全てイソロイシンをコードするが、コドン(AUG)はメチオニンをコードする。計算上はこの位置はしばしば2重縮重位置として扱う。
6つの異なったコドンでコードされているアミノ酸は3つある:セリン、ロイシン、アルギニンである。ただ1つのコドンで指定されているアミノ酸は2つだけある。1つはメチオニンで、コドン(AUG)で指定され、これは翻訳の開始も指定する。もう1つはトリプトファンでコドン(UGG)で指定される。遺伝コードの縮重はサイレント突然変異の存在を裏付ける。
縮重があるのはトリプレットコードが20のアミノ酸と1つの終止コドンを指定するからである。