Вы не сказали, какую операционную систему вы используете или как ATmega2560 подключен к компьютеру, но драйверы в вашей операционной системе, отвечающие за получение последовательных данных от ATmega2560, почти наверняка будут иметь буфер для хранения входящих байтов.так что вам не нужно беспокоиться о постоянном чтении с последовательного порта в вашей программе Python.Просто прочитайте, когда дойдете до него, и байт должен ждать вас в буфере.
Легко проверить, что это так: отправьте байт из AVR, нарочно подождите несколько секунд,затем прочитайте байт и убедитесь, что он был получен правильно.