“小陳，我要做的這個基因，NCBI上序列錯啦，怎么在編碼區還有終止密碼子呢？”，前幾天，一位老師這樣問我。
學生物的都知道，細胞通過A、T、C、G（T=U）形成64種三聯密碼子，共計編碼二十種氨基酸及三種終止密碼子TAA、TGA、TAG。終止密碼子都只會位于編碼區最末端，而下述蛋白為何編碼區中間會出現終止密碼子呢，是數據庫錯誤嗎？
前幾年，無論是電視上還是很多保健品商店，市場都在瘋狂“硒”產品概念，什么含硒大米、硒口服液，還出現了世界硒都-恩施，并有硒產品博覽會。硒是人體的微量元素，可防止因氧化而引起的衰老、減慢其變化的速度，并且它還具有活化免疫系統，預防癌癥的功效，還有……
“等等，你跑題啦，我跟你談基因，你跟我安利硒干嘛，你們公司轉型賣保健品了嗎？!”老師顯然對我的滔滔不絕不耐煩了。
老師，您別著急，我們步入正題。NCBI數據庫沒有錯，基因對應位置在細胞內實際就是TGA，但這個TGA不是終止密碼子，而是第二十一種氨基酸：硒半胱氨酸（Sec），存在于少數一些酶中，如谷胱甘肽過氧化酶、甲狀腺素5'-脫碘酶、硫氧還蛋白還原酶、甲酸脫氫酶、甘氨酸還原酶和一些氫化酶等。硒半胱氨酸的結構和半胱氨酸類似，只是其中的硫原子被硒取代。包含硒半胱氨酸殘基的蛋白都稱為硒蛋白，其密碼子就是TGA，氨基酸簡寫是U：
既然TGA既是終止密碼子，也是Sec的密碼子，細胞如何判斷TGA編碼何種情況呢？實際上，所有的硒蛋白都需要一個特殊的序列--硒半胱氨酸插入序列SECIS（SElenoCysteine Insertion Sequence）輔助TGA表達為Sec，SECIS是一段含有頸環結構的序列，在細菌中直接存在于TGA密碼子下游，即SECIS是一段編碼序列，但其RNA含有二級結構；在古細菌以及真核生物中，SECIS位于非翻譯區的3UTR。
人體共表達25二十五種硒蛋白，幾乎都屬于酶類蛋白，其活性催化部位含有一個硒代半胱氨酸(Sec)殘基，比如GPx酶系核心生理功能是作為生物酶催化谷胱甘肽(GSH)清除人體細胞胞質、胞膜和胞外的過氧化氫、脂質過氧化物和有機過氧化物等有害代謝產物，實現微量元素硒的抗氧化能力。
人類的25種硒蛋白
由于人體無法自行合成硒，因此要額外補充。補充硒實際就是為硒蛋白的合成提供原料，實現硒蛋白功能。而硒蛋白主要通過酶促作用實現抗氧化和代謝調節等生理功能，這剛好符合人們對于美容、健康的追求，因此成為商家的一個炒作熱點。
“小陳啊，我懂了，那我要在細胞過表達硒蛋白基因，有什么注意事項嗎？”這位老師接著問。
有，兩個注意點！
硒蛋白表達的注意事項
#1 帶SECIS構建
如果是細菌的基因，比如fdhF，由于SECIS就是位于編碼區，所以依然只是構建編碼區即可；而對于真核基因，硒蛋白的構建一定得帶上3UTR，主要是用到其中的SECIS輔助Sec的翻譯。數據庫收錄了很多SECIS元件的序列，NCBI都可以查閱到：
#2 確認培養液是否含有硒元素
無論是體外還是體內、真核還是原核表達，若不含有硒元素，即便在SECIS的加持下，由于不含有原料供應，TGA只會翻譯出終止密碼子，最終會導致硒蛋白無法翻譯出完整的蛋白而喪失功能。當前，原核表達一定得額外添加甲硫氨酸，細胞及動物實驗可適當添加亞硒酸鈉(Na2SeO3)(也有文獻沒寫額外添加，猜測血清中含有微量的硒元素)。
本文已經列舉了人源的硒蛋白，若要知悉其他物種的以及SECIS位置，看查閱數據庫selenodb，其中收錄了大部分物種已知的硒代蛋白。
正如人類的性別不只“男”“女”兩種，密碼子的世界復雜度也遠超你的想象，在早期定義了二十種氨基酸之后，又發現了本文所講的硒代半胱氨酸，之后又發現了吡咯賴氨酸(Pyrrolysine)，其密碼子也是TGA。只是后者目前只在產甲烷菌中出現，所以我們不做討論。我們常規細胞的線粒體、植物的葉綠體，其密碼子都常染色體都有較大差異。拋開這些不談，人的原癌基因MYC，其起始密碼子不是常規的ATG，而是CTG，但此處的CTG竟然編碼ATG的甲硫氨酸，而不是CTG的亮氨酸，你說神奇不！
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