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Condizioni di stabilità e fallimento della funzione congiunta
HYC-1979Lesson 5: Selection, Species, Will
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In una catena catalitica aperta in regime di organizzazione costante, uno stato stazionario positivo stabile non è prova di auto-organizzazione cooperativa. La stabilità di uno stato stazionario è regolata da due condizioni: una condizione sulle costanti di velocità e una condizione sulla concentrazione totale.

Condizioni di stabilità

  • Condizione sulle costanti di velocità: La costante di velocità del primo membro deve dominare tutte le costanti a valle: ≫ kⱼ per ogni .
  • Condizione sulla concentrazione totale: La concentrazione totale deve superare la soglia ⱼ₌2ⁿ (ⱼ)/kⱼ. Al di sotto di questa soglia, le concentrazioni richieste a valle diventano non positive, quindi non esiste alcuno stato stazionario positivo nel simplesso delle concentrazioni.

Una dominanza più forte del primo membro (rapporti ⱼ più grandi) aumenta la concentrazione totale richiesta c0.

Esempio

Per una catena a due membri, le condizioni si riducono a e . Se e , allora . Con , lo stato stazionario fornisce e . Al di sotto di , non esiste alcuno stato stazionario positivo.

Perché la stabilità non implica l'integrazione

Quando entrambe le condizioni sono soddisfatte, il sistema può assestarsi su uno stato stazionario stabile. Tuttavia, questo stato rimane una catena aperta dominata dal primo membro. La catena aperta è priva di retroazione ciclica: le specie a valle non tornano a influenzare il primo membro. Di conseguenza, le perturbazioni non coinvolgono l'intera catena come unità funzionale congiunta. Pertanto, la catena non può stabilizzare una funzione congiunta; la stabilità dello stato stazionario non equivale all'integrazione in un collettivo iperciclico.

In questo quadro, vantaggio selettivo per una molecola corrisponde a una costante di velocità maggiore. Una molecola con k più elevato prevale sulle altre, ma questo vantaggio competitivo non produce una funzione congiunta: sposta semplicemente lo stato stazionario verso la dominanza di quella molecola.

Diagramma della soglia di stabilitàTwo-member chain:  c0,min = (k1 − k2) / k2 = k1 / k2 − 1Due condizioni di stabilitàk1 ≫ kj e c0 > Σj=2n (k1 − kj) / kj12345612345c0,mink1 / k2Stato stazionario positivo stabile possibilec0 > c0,minNessuno stato stazionario positivole concentrazioni richieste diventano non positivec0,min = k1/k2 − 1Sopra la lineaStato stazionario positivo stabilepossibile: c0 > c0,minSotto la lineaNessuno stato stazionario positivo:le concentrazioni richieste a vallediventano non positive.Stabilità ≠ integrazioneLa catena aperta è priva di retroazione ciclica,quindi le perturbazioni non coinvolgono mai lacatena nella sua interezza come unità funzionale congiunta.Esempio: k1/k2 = 100 → c0,min = 99; con c0 = 100 > 99, esiste uno stato stazionario positivo stabile.La stabilità dello stato stazionario non è integrazione: senza retroazione ciclica la catena non può stabilizzare una funzione congiunta.