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Perché una singola unità replicativa breve non può avviare la traduzione
HYC-1979Lesson 1: Eigen, Schuster, Hypercycle
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Un' origine della traduzione non è un evento a singola molecola. Un apparato di traduzione primitivo è una funzione distribuita e multi-componente: richiede RNA stampo, adattatori tRNA, RNA ribosomiale, proteine ribosomiali, aminoacil-tRNA sintetasi e fattori ausiliari di energia, cofattori e processamento. Ogni componente deve essere a sua volta codificato da informazione ereditabile, e nel loro insieme la loro domanda informativa è molto più grande di quanto un singolo replicatore breve possa portare.

Singolo replicatore breveApparato di traduzione minimalesoglia limite d'erroreI prerequisiti possono essere presentiRNA di dimensioni del tRNA · amminoacidi comunima non risolvono la codifica né il coordinamentorimane sotto la sogliaun replicatore breveRNA breveLa domanda totale supera la sogliaogni componente aggiunge una sequenza da mantenereRNA stampoadattatori tRNARNA ribosomialeproteine ribosomialiaminoacil-tRNA sintetasifattori di energia, cofattori e processamentoIntegrazione funzionale di più replicatori breviogni unità rimane sotto la propria soglia — insieme portano più informazione

La soglia di capacità informativa

  • Ogni componente costa informazione: tRNA, rRNA, proteine ribosomiali e sintetasi sono molecole distinte, quindi ognuna aggiunge una sequenza che la replicazione deve mantenere.
  • La soglia d'errore: a un tasso di mutazione per base μ, un replicatore di lunghezza L sopravvive solo finché μ·L rimane sotto un valore critico. Le sequenze più lunghe accumulano errori più rapidamente e subiscono un decadimento mutazionale.
  • Disallineamento di capacità: la lunghezza di codifica necessaria anche solo per un sistema di traduzione minimale supera ciò che un singolo replicatore breve può contenere al di sotto della soglia d'errore. Un'unica unità che tentasse di codificare tutto verrebbe spinta oltre la soglia e perderebbe la propria informazione.

I prerequisiti non sono sufficienti

Molecole di RNA riproducibili grandi quanto un tRNA e una disponibilità di amminoacidi sufficientemente comuni sono prerequisiti necessari, ma non risolvono il coordinamento, l'assemblaggio e la codifica problema: quale adattatore trasporta quale amminoacido, come gli adattatori si ancorano a uno stampo e come viene assemblato il nucleo catalitico. Un singolo replicatore breve non può co-emergere con la traduzione, perché non può contenere contemporaneamente la propria informazione di replicazione e l'intero apparato distribuito.

Integrazione funzionale
La via d'uscita non è un singolo replicatore più grande, ma l'integrazione funzionale di più replicatori brevi: ogni unità rimane sotto la propria soglia limite d'errore, mentre gli accoppiamenti catalitici e di codifica permettono al sistema combinato di superare la capacità di qualsiasi singola unità. Questa è la porta concettuale verso l'organizzazione iperciclica.