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高濃度極限と飽和反応速度論
HYC-1979Lesson 6: Concentration, Hypercycles, Fixed
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翻訳共役ハイパーサイクルの総濃度が大きくなると、 遭遇問題は解消する。遊離ポリヌクレオチドとポリペプチドが非常に豊富になり、結合部位はほぼ常に占有されるため、ポリヌクレオチド–ポリペプチド複合体の濃度は、衝突頻度ではなく利用可能な結合パートナーの量によって決まる上限に近づきます。

飽和成長曲線:成長速度と総濃度の関係実線の曲線は低濃度ではほぼ直線的に上昇し(遭遇律速)、高濃度では結合部位が飽和して速度が触媒回転数によって決まるプラトーに平坦化する。破線の漸近線はプラトー値1/aを示す。もう一つの破線の曲線は共有分母則を示し、こちらはより緩やかに飽和する。高濃度極限:飽和する成長翻訳共役ハイパーサイクル — 成長速度と総濃度の関係速度 ≈ x / (1 + a·x)速度 ≈ xj / (1 + Σk ak xk)プラトー = 1 / a00.20.40.60.81.01.00.750.50.250成長速度総濃度(相対値)遭遇律速速度 ≈ x に比例回転律速速度 → 一定のプラトー要点飽和限界結合部位はほぼすべて占有される —衝突はもはや成長を律速しない。回転律速成長は触媒回転数によって決まる:各複合体がどれだけ速く産物を生成するか。共有結合容量共有分母 Σk ak xkがすべての種を結合させる — 一つを増やすとすべての成長が抑制される。プラトーの高さ = 1 / aa が大きい → 早期飽和

飽和と回転限界

この領域では、 複合体濃度は利用可能な結合パートナーによって定まる最大値に近づく:不足している成分が存在できる複合体の量を制限するため、豊富な種を追加しても新たな触媒単位は生じない。すると成長は次のものによって制限される: 触媒回転数 — 各飽和複合体がどれだけ速く産物を生成できるか — であり、遭遇頻度ではない。したがって、同じ総物質量でほぼ一定の複製速度が維持される。

一般化された飽和速度則

反応速度論は一般化された飽和速度則によって表される。単一の飽和可能な種の場合、速度 ≈ / ()。共有結合容量を利用する複数の種の場合、速度 ≈ / ()。どちらの形式も次のことを表す: 飽和成長。低濃度では分母が1に近く、速度は濃度にほぼ比例する。高濃度では次の項が (または )が分母を支配し、速度は一定の限界値 — 上図のプラトー — に近づく。共有分母の形式では、同じ和 がすべての種を結合させる:総占有率が上昇すると、すべての成分の成長がともに抑制される。

近似の正当化

異なる複合体間の弱い結合項を無視することは、次の条件が成り立つ限り有効である: wkm ≪ Wmm − Wkk (表2参照):非対角結合が支配的な対角差に比べて小さいため、最低次の飽和則が正確となる。より高次の近似は次を用いて得られる: どのような形式で表されていても;その場合、式(16)〜(18)はそれに応じて変化する。

二つの領域、一つの枠組み
高濃度・回転律速の領域は、低濃度・遭遇律速の領域を補完する。低濃度では速度は濃度にほぼ比例し、初等的なハイパーサイクルや単純な触媒サイクルに近い挙動を示す。高濃度では結合が飽和するため、速度はプラトーに平坦化する。一般化された飽和則は、この二つの極限を滑らかに補間する。