6
ขีดจำกัดความเข้มข้นต่ำของไฮเปอร์ไซเคิลที่เชื่อมโยงกับการแปลรหัส
HYC-1979Lesson 6: Concentration, Hypercycles, Fixed
00:00

ใน ไฮเปอร์ไซเคิลที่เชื่อมโยงกับการแปลรหัสแต่ละแม่แบบ RNA ไม่เพียงถูกจำลองแบบเท่านั้น แต่ยังถูกแปลรหัสเป็นพอลิเพปไทด์ที่จับกลับไปยัง RNA ผ่านการเกิดคอมเพล็กซ์แบบผันกลับได้ ขั้นตอนการจับนี้ ซึ่งมีค่าคงที่การแยกตัว เป็นสิ่งที่เชื่อมวัฏจักรการจำลองแบบเข้ากับกลไกการแปลรหัส คำถามที่พิจารณาในที่นี้คือเกิดอะไรขึ้นกับระบบที่เชื่อมโยงนี้เมื่อความเข้มข้นรวมของ RNA และพอลิเพปไทด์มีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับ .

ขีดจำกัดมูลฐานคอมเพล็กซ์เบาบางช่วงเปลี่ยนผ่านยังไม่อิ่มตัวจุดเริ่มอิ่มตัวการเบี่ยงเบนเมื่ออิ่มตัวคอมเพล็กซ์อิ่มตัว1.00.750.50.250012345ความเข้มข้นรวม Ctot / Kd (ไม่มีมิติ)ความแรงของการเชื่อมโยงเชิงประสิทธิผล (ปรับมาตรฐาน)ค่าอ้างอิงไฮเปอร์ไซเคิลมูลฐานไฮเปอร์ไซเคิลที่เชื่อมโยงกับการแปลรหัสการเบี่ยงเบนkeff = kcat / Kdเมื่อ Ctot / Kd → 0

เหตุใดความเข้มข้นรวมต่ำจึงทำให้จลนศาสตร์ง่ายขึ้น

เมื่อความเข้มข้นรวมของ RNA และพอลิเพปไทด์มีค่าน้อยกว่ามากเมื่อเทียบกับ การจับจะอ่อนและยังไม่อิ่มตัว โมเลกุลเกือบทั้งหมดยังคงอยู่ในรูปอิสระ และคอมเพล็กซ์ที่จับกันมีเพียงส่วนน้อย จากนั้นสมดุลของการจับแบบผันกลับได้จะลดรูปเหลือเพียงสัดส่วนเชิงเส้นตรงอย่างง่าย และตามมาด้วยผลสืบเนื่องสามประการที่ร่วมกันเปลี่ยนระบบที่เชื่อมโยงนี้ให้กลายเป็นไฮเปอร์ไซเคิลมูลฐาน

  • สปีชีส์อิสระมีบทบาทหลัก [complex] มีค่าน้อยกว่า [RNA] และ [polypeptide] มาก ดังนั้นพลวัตจึงถูกขับเคลื่อนโดยสปีชีส์อิสระมากกว่าสารที่จับกันแล้ว
  • ความเข้มข้นของคอมเพล็กซ์เป็นแบบทวิเชิงเส้น [complex] ≈ [RNA][polypeptide]/Kdกล่าวคือเป็นสัดส่วนกับ ผลคูณ ของความเข้มข้นอิสระทั้งสอง แทนที่จะเป็นสัดส่วนกับตัวใดตัวหนึ่งเพียงลำพัง
  • ฟลักซ์ตัวเร่งปฏิกิริยาอันดับสอง เนื่องจากคอมเพล็กซ์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ฟลักซ์ที่ถูกสื่อกลาง kcat[RNA][polypeptide]/Kd ≈ (kcat/Kd)[RNA][polypeptide] จึงเป็นพจน์กฎการออกฤทธิ์ของมวลอันดับสอง ซึ่งเป็นรูปแบบการเชื่อมโยงที่ไฮเปอร์ไซเคิลมูลฐานใช้พอดี

ค่าคงที่อัตราเชิงประสิทธิผลและโครงสร้างที่ยังคงเดิม

ค่าคงที่การรวมตัวและค่าคงที่ตัวเร่งปฏิกิริยาเข้ามาเกี่ยวข้องกันในรูปของผลรวมเท่านั้น จึงสามารถรวมเข้าเป็นค่าคงที่อัตราเชิงประสิทธิผลค่าเดียว keff = kcat/Kdผลลัพธ์ที่ได้คือไฮเปอร์ไซเคิลมูลฐานที่มีค่าสัมประสิทธิ์ถูกปรับมาตรฐานใหม่ ที่สำคัญคือโครงสร้างการเชื่อมโยงแบบวัฏจักรยังคงอยู่ สมาชิกแต่ละตัวยังคงเร่งปฏิกิริยาการจำลองแบบของสมาชิกตัวถัดไปรอบวง และการแปลรหัสไม่ได้นำการเชื่อมโยงเชิงพลวัตแบบอิสระใด ๆ เข้ามาในขีดจำกัดนี้ เพียงแต่ปรับขนาดอัตราใหม่เท่านั้น นี่คือเหตุผลที่การวิเคราะห์จุดตรึง เสถียรภาพ วัฏจักรลิมิต และขีดจำกัดความผิดพลาดที่พัฒนาขึ้นสำหรับไฮเปอร์ไซเคิลมูลฐานสามารถนำมาใช้โดยตรงกับไฮเปอร์ไซเคิลที่เชื่อมโยงกับการแปลรหัสได้ทุกครั้งที่เงื่อนไขเจือจางยังคงเป็นจริง ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้การลดรูปนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งต่อการให้เหตุผลเรื่องการคัดเลือกและขีดจำกัดความผิดพลาด

จุดที่การลดรูปใช้ไม่ได้

การลดรูปนี้เป็นแบบเชิงเส้นกำกับ ไม่ใช่ความเท่ากันทุกประการ จะยังคงใช้ได้ก็ต่อเมื่อการเกิดคอมเพล็กซ์ยังไม่อิ่มตัว เมื่อความเข้มข้นรวมเพิ่มขึ้นเข้าหา ตำแหน่งการจับจะถูกครอบครอง สัดส่วนที่จับกันเพิ่มขึ้นแบบต่ำกว่าเชิงเส้น และฟลักซ์จะไม่เพิ่มตามผลคูณของสปีชีส์อิสระอีกต่อไป จากนั้นความแรงของการเชื่อมโยงจะลดลงต่ำกว่าที่คาดไว้จากแบบมูลฐาน ดังที่แผนภาพแสดง และระบบจะค่อย ๆ เปลี่ยนไปสู่จลนศาสตร์ที่จำกัดด้วยการอิ่มตัว ในกรณีสุดโต่งคือพฤติกรรมของวัฏจักรตัวเร่งปฏิกิริยาธรรมดาแทนที่จะเป็นไฮเปอร์ไซเคิลมูลฐาน เมื่อเลยจุดนั้นไป มีเพียงแบบจำลองการเกิดคอมเพล็กซ์แบบผันกลับได้เต็มรูปแบบเท่านั้นที่ยังคงแม่นยำ

เงื่อนไขที่ใช้ได้
ใช้การลดรูปเป็นไฮเปอร์ไซเคิลมูลฐานเฉพาะเมื่อ [RNA] และ [polypeptide] ยังคงต่ำกว่ามากเมื่อเทียบกับ อัตราส่วนไร้มิติ Ctot/Kd เป็นตัวปรับ สมัยที่ค่าใกล้ศูนย์ คำอธิบายทั้งสองจะตรงกัน และเมื่อค่าเพิ่มขึ้น เส้นโค้งของระบบที่เชื่อมโยงกับการแปลรหัสจะเบี่ยงเบนจากค่าอ้างอิงมูลฐานเพราะคอมเพล็กซ์อิ่มตัว