7
Giới hạn nồng độ cao và động học bão hòa
HYC-1979Lesson 6: Concentration, Hypercycles, Fixed
00:00

Khi tổng nồng độ của một siêu chu trình liên kết dịch mã trở nên lớn, vấn đề gặp gỡ biến mất. Các polynucleotide và polypeptide tự do dồi dào đến mức các vị trí liên kết gần như luôn bị chiếm giữ, và nồng độ của các phức hợp polynucleotide–polypeptide tiến tới một mức trần được xác định bởi lượng đối tác liên kết sẵn có chứ không phải bởi tần suất va chạm.

Đường cong sinh trưởng bão hòa: tốc độ sinh trưởng theo tổng nồng độĐường liền tăng gần như tuyến tính ở nồng độ thấp (bị giới hạn bởi gặp gỡ) và phẳng dần thành một bình nguyên ở nồng độ cao, nơi các vị trí liên kết đã bão hòa và tốc độ được xác định bởi tốc độ chuyển hóa xúc tác. Một đường tiệm cận nét đứt đánh dấu giá trị bình nguyên 1/a. Một đường nét đứt thứ hai thể hiện quy luật mẫu số chung, bão hòa dần dần hơn.Giới hạn nồng độ cao: Sinh trưởng bão hòaSiêu chu trình liên kết dịch mã — tốc độ sinh trưởng theo tổng nồng độtốc độ ≈ x / (1 + a·x)tốc độ ≈ xj / (1 + Σk ak xk)bình nguyên = 1 / a00,20,40,60,81,01,00,750,50,250tốc độ sinh trưởngtổng nồng độ (tương đối)bị giới hạn bởi gặp gỡtốc độ ≈ tuyến tính theo xbị giới hạn bởi chuyển hóatốc độ → bình nguyên không đổiÝ chínhGiới hạn bão hòaCác vị trí gần như đã bị chiếm hết —va chạm không còn giới hạn sinh trưởng nữa.Bị giới hạn bởi chuyển hóaSinh trưởng được quyết định bởi tốc độ chuyển hóa xúc tác:mỗi phức hợp tạo sản phẩm nhanh đến mức nào.Dung lượng liên kết chungMẫu số chung Σk ak xkliên kết tất cả các loài — việc tăng một loàiức chế sinh trưởng của tất cả.Chiều cao bình nguyên = 1 / aa lớn → bão hòa sớm

Bão hòa và giới hạn chuyển hóa

Trong chế độ này, nồng độ phức hợp tiến tới mức tối đa được xác định bởi các đối tác liên kết sẵn có: thành phần nào khan hiếm sẽ giới hạn lượng phức hợp có thể tồn tại, nên việc thêm nhiều loài dồi dào hơn không tạo ra đơn vị xúc tác mới nào. Sinh trưởng khi đó bị giới hạn bởi tốc độ chuyển hóa xúc tác — mỗi phức hợp bão hòa có thể tạo sản phẩm nhanh đến mức nào — thay vì bởi tần suất gặp gỡ. Do đó, cùng một tổng lượng vật chất hỗ trợ một tốc độ nhân bản gần như không đổi.

Các quy luật tốc độ bão hòa tổng quát

Động học được mô tả bằng các quy luật tốc độ bão hòa tổng quát. Với một loài có thể bão hòa duy nhất, tốc độ ≈ / (). Với nhiều loài cùng sử dụng một dung lượng liên kết chung, tốc độ ≈ / (). Cả hai dạng đều mô tả sinh trưởng bão hòa. Ở nồng độ thấp, mẫu số gần bằng 1 và tốc độ xấp xỉ tuyến tính theo nồng độ. Ở nồng độ cao, số hạng (hoặc ) chiếm ưu thế trong mẫu số và tốc độ tiến tới một giới hạn không đổi — bình nguyên được vẽ ở trên. Ở dạng mẫu số chung, cùng một tổng liên kết tất cả các loài: khi tổng độ chiếm chỗ tăng lên, sinh trưởng của mọi thành phần đều bị ức chế cùng nhau.

Biện luận cho phép xấp xỉ

Việc bỏ qua các số hạng liên kết yếu giữa các phức hợp khác nhau là hợp lệ miễn là wkm ≪ Wmm − Wkk (xem Bảng 2): liên kết ngoài đường chéo nhỏ so với hiệu đường chéo chiếm ưu thế, nên quy luật bão hòa bậc dẫn đầu là chính xác. Có thể thu được các xấp xỉ bậc cao hơn bằng cách sử dụng ở bất kỳ dạng nào mà nó được biểu diễn; khi đó các phương trình (16)–(18) sẽ thay đổi tương ứng.

Hai chế độ, một khuôn khổ
Chế độ nồng độ cao, bị giới hạn bởi chuyển hóa bổ sung cho chế độ nồng độ thấp, bị giới hạn bởi gặp gỡ. Nồng độ thấp cho tốc độ gần như tuyến tính theo nồng độ và hoạt động giống như một siêu chu trình sơ cấp hoặc một chu trình xúc tác đơn giản; nồng độ cao cho tốc độ phẳng dần thành bình nguyên vì liên kết đã bão hòa. Quy luật bão hòa tổng quát nội suy một cách mượt mà giữa hai giới hạn này.