8
Vì sao một đơn vị tái bản ngắn đơn lẻ không thể khởi động quá trình dịch mã
HYC-1979Lesson 1: Eigen, Schuster, Hypercycle
00:00

Một nguồn gốc của dịch mã không phải là một sự kiện đơn phân tử. Bộ máy dịch mã nguyên thủy là một chức năng phân tán, đa thành phần: nó cần RNA khuôn mẫu, các tRNA thích ứng, RNA ribosome, protein ribosome, aminoacyl-tRNA synthetase, cùng các yếu tố phụ trợ về năng lượng, cofactor và xử lý. Mỗi thành phần đều phải được mã hóa bởi thông tin di truyền, và nhu cầu thông tin của chúng cộng lại lớn hơn rất nhiều so với khả năng mang của bất kỳ một đơn vị tái bản ngắn nào.

Đơn vị tái bản ngắn đơn lẻBộ máy dịch mã tối thiểungưỡng giới hạn sai sốCác tiền đề có thể đã hiện diệnRNA cỡ tRNA · các amino acid phổ biếnnhưng chúng không giải quyết được việc mã hóa hay phối hợpnằm dưới ngưỡng giới hạnmột đơn vị tái bản ngắnRNA ngắnTổng nhu cầu vượt quá ngưỡng giới hạnmỗi thành phần làm tăng thêm một trình tự cần được duy trìRNA khuôn mẫucác tRNA thích ứngRNA ribosomeprotein ribosomecác aminoacyl-tRNA synthetasecác yếu tố năng lượng, cofactor và xử lýTích hợp chức năng của nhiều đơn vị tái bản ngắnmỗi đơn vị nằm dưới ngưỡng giới hạn của riêng nó — hợp lại chúng mang được nhiều thông tin hơn

Ngưỡng giới hạn dung lượng thông tin

  • Mỗi thành phần đều tiêu tốn thông tin: tRNA, rRNA, protein ribosome và synthetase là những phân tử riêng biệt, nên mỗi phân tử làm tăng thêm một trình tự mà quá trình tái bản phải duy trì.
  • Ngưỡng sai số: với tốc độ đột biến trên mỗi base là μ, một đơn vị tái bản có chiều dài L chỉ tồn tại khi μ·L vẫn nằm dưới một giá trị tới hạn. Các trình tự dài hơn tích lũy sai số nhanh hơn và bị thoái hóa do đột biến.
  • Sự không tương thích về dung lượng: chiều dài mã hóa cần thiết cho ngay cả một hệ thống dịch mã tối thiểu cũng vượt quá khả năng chứa của một đơn vị tái bản ngắn dưới ngưỡng sai số. Một đơn vị đơn lẻ cố gắng mã hóa mọi thứ sẽ bị đẩy vượt qua ngưỡng giới hạn và đánh mất chính thông tin của mình.

Tiền đề chưa đủ để tạo nên sự sống

Các phân tử RNA có khả năng tái tạo với kích thước cỡ tRNA và nguồn cung các amino acid đủ phổ biến là những tiền đề cần thiết, nhưng chúng không giải quyết được việc phối hợp, lắp ráp và mã hóa vấn đề: phân tử thích ứng nào mang amino acid nào, các phân tử thích ứng gắn vào khuôn mẫu ra sao, và lõi xúc tác được lắp ráp như thế nào. Một đơn vị tái bản ngắn đơn lẻ không thể đồng thời xuất hiện cùng với dịch mã, vì nó không thể vừa chứa thông tin tái bản của chính mình vừa chứa toàn bộ bộ máy phân tán.

Tích hợp chức năng
Lối thoát không phải là một đơn vị tái bản đơn lẻ lớn hơn mà là tích hợp chức năng của nhiều đơn vị tái bản ngắn: mỗi đơn vị nằm dưới ngưỡng giới hạn sai số của riêng nó, trong khi các mối liên kết xúc tác và mã hóa cho phép hệ thống kết hợp vượt qua dung lượng của bất kỳ đơn vị đơn lẻ nào. Đây chính là cánh cửa khái niệm dẫn tới tổ chức siêu chu trình.