遺傳密碼有64種，但是絕大多數(shù)生物傾向于利用這些密碼子中的一部分。那些被最頻繁利用的稱為最佳密碼子(optimal codons)，那些不被經(jīng)常利用的稱為稀有或利用率低的密碼子(rare or low-usage codons)。實(shí)際上用做蛋白表達(dá)或生產(chǎn)的每種生物（包括大腸桿菌，酵母，哺乳動(dòng)物細(xì)胞，Pichia，植物細(xì)胞和昆蟲細(xì)胞）都表現(xiàn)出某種程度的密碼子利用的差異或偏愛。大腸桿菌、酵母、果蠅、靈長類等每種生物都有獨(dú)特的8個(gè)密碼子極少被利用。有趣的是，靈長類和酵母有6個(gè)同樣的利用率低的密碼子。大腸桿菌、酵母和果蠅中編碼豐度高的蛋白質(zhì)的基因明顯避免低利用率的密碼子。因此，重組蛋白的表達(dá)可能受密碼子利用的影響（尤其在異源表達(dá)系統(tǒng)中）的事實(shí)并不很奇怪。你的基因利用的密碼子可能不是你正在利用的蛋白生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行高水平表達(dá)所偏愛的密碼子，這種情況是可能的。利用偏愛密碼子(preferred codons)并避免利用率低的或稀有的密碼子可以合成基因，基因的這種重新設(shè)計(jì)叫密碼子最佳化。

在同源表達(dá)系統(tǒng)中，同較低水平表達(dá)的基因相比，較高表達(dá)的基因可能有很不同的密碼子偏愛。通過對密碼子利用的歸類分析，人們可以真正預(yù)測任何基因在酵母中的表達(dá)水平。在諸如Zea mays的其他生物中，大量高表達(dá)基因強(qiáng)烈偏愛以G或C結(jié)尾的密碼子。而且，在Dictyostelium中，同低水平表達(dá)的基因比較，高表達(dá)基因有較大數(shù)目的偏愛密碼子。

在大腸桿菌中表達(dá)哺乳動(dòng)物基因是不可預(yù)測和具有挑戰(zhàn)的。例如直到最近才實(shí)現(xiàn)了人血紅蛋白的過表達(dá)。為了達(dá)到血紅蛋白的好的表達(dá)水平，Alpha-球蛋白cDNA不得不用大腸桿菌偏愛的密碼子進(jìn)行重新合成。在異源宿主中實(shí)現(xiàn)象血紅蛋白這樣復(fù)雜的蛋白質(zhì)的過表達(dá)可能需要最佳化密碼子，這些研究者為此提供了令人信服的資料。成簇的低利用率的密碼子抑制了核糖體的運(yùn)動(dòng)，這是基因不能以合適水平表達(dá)的一個(gè)明顯機(jī)制。核糖體翻譯由九個(gè)密碼子組成的信使（含幾個(gè)低利用率密碼子或全部為低利用率密碼子）時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度要比翻譯不含低利用率密碼子的同樣長的信使的速度慢。即使低利用率密碼子簇位于3'端，信使最后也會(huì)被核糖體”擁擠”而損害，核糖體又回到5'端。3'端低利用率密碼子簇的抑制效應(yīng)可以和全部信使都由低利用率密碼子組成的抑制效應(yīng)一樣大。如果低利用率密碼子簇位于5'端，其效應(yīng)是起始核糖體數(shù)目的全面減少，導(dǎo)致蛋白合成中信使的低效率。散在分布的稀有密碼子對翻譯的效應(yīng)還未很好地研究，但是有證據(jù)表明這種情況的確對翻譯效率有負(fù)面效應(yīng)。

其他因素也可以影響蛋白表達(dá)，包括使mRNA去穩(wěn)定的序列。重新設(shè)計(jì)合成基因可以去除或改變這些序列，導(dǎo)致高水平表達(dá)。消除稀有密碼子、去除任何去穩(wěn)定序列和利用最佳密碼子的基因的重新設(shè)計(jì)都可能增加蛋白產(chǎn)量，使的蛋白生產(chǎn)更有效和經(jīng)濟(jì)。