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超循环的成核问题
HYC-1979Lesson 8: Acid, Amino, Acids
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一个 自催化复制子 可以从单个模板拷贝起步:只要有一个分子存在,它就能指导自身的合成并实现扩增。而 超循环 则不同。它是一个由相互依赖的复制子构成的闭合循环:每个成员都通过另一个成员的催化活性获得扩增或支持,而 闭合性 至关重要。这就产生了 成核问题。

由于超循环要求循环中的每一个成员都存在并建立功能上的连接,因此单个突变基因——即使具有催化活性——也无法建立超循环。循环仍处于开放状态。孤立的复制或催化并不能形成定义超循环的相互依赖网络。

超循环的成核问题一个模板即可启动自催化;而超循环需要一个闭合的、相互依赖的集合。单一自催化复制子闭合超循环组合突变云自我扩增A拷贝数增长一个拷贝即可启动扩增无需闭合或伙伴✓ 一个拷贝即可启动AB相互催化闭合回路所有成员均存在且相互连接单个突变体会使其保持开放闭合性至关重要1-错1002-错4,9503-错161,700k-错突变体:Nₖ = C(100, k)变异体众多,但并非闭合集合搜索空间急剧膨胀成核具有阈值特性:一组功能变异体必须共同出现,而非逐一产生单个突变体。所有成员都需要足够的初始拷贝数,以便循环的增长能超过稀释和衰变的影响。

随机性与组合性障碍

成核还需要 足够的初始量 循环的所有成员。否则,随机丢失、稀释和分解会在闭合循环的增长速度超过其组成部分衰变速度之前,就清除了这些组分。因此,从单一复制子到超循环的转变具有阈值特性或协同性:不完整的循环和不完整的集合可能无法表现出超循环增长。

突变体组合学使起步更加困难。对于长度为 的序列,k-错突变体的数量为 。由此得到 100 个一错突变体、4,950 个二错突变体、161,700 个三错突变体,依此类推。如果超循环必须组装 n 个相容的成员,则可能的集合数量约为 适用于 。因此,寻找一个协调的闭合集合的搜索空间极其巨大,远大于寻找单个有利突变体。

基于这些原因,超循环更可能是通过突变和选择,从富含 GC 的准物种逐步成核而来,而非从单个模板或单个突变基因从头组装而成。

关键区别
自催化扩增单个模板;而超循环组织需要一个由相互依赖的模板构成的闭合网络。单个突变体可以具有催化活性,却仍无法成核形成超循环。