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帶有轉譯的超循環:耦合複製與多肽合成
HYC-1979Lesson 6: Concentration, Hypercycles, Fixed
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轉譯耦合超循環 擴展了基本超循環,使每個多核苷酸同時兼具 複製模板 與 轉譯模板的角色。同一個 RNA 分子既能被複製酶複製,也能被核糖體讀取,因此複製與轉譯 競爭 同一個模板。

帶有轉譯的超循環RNAi 既是複製模板也是轉譯模板——這兩個過程競爭同一分子RNAi−1雙重模板RNAi雙重模板RNAi+1雙重模板Ei−1催化劑Ei催化劑Ei+1催化劑轉譯轉譯轉譯催化複製催化複製Ei+1 催化 RNA 的複製i−1,閉合此循環雙重模板RNAi 被複製並被轉譯→ 兩者相互競爭1轉譯RNAi → Ei2複合物形成Ei + RNAi+1 ⇌ (RNAi+1·Ei)3催化複製(RNAi+1·Ei) → 2 RNAi+1 + Ei

分子與動力學架構

  • 雙重模板角色。 對於成員 i,RNAi 被複製以產生更多 RNAi 並被轉譯以產生多肽 。這兩個過程消耗同一個游離 RNA 池i。
  • 循環閉合。 由成員 i 轉譯出的多肽催化另一個成員(通常是 i+1)的複製。此組織屬於超循環而非純粹的自催化,因為 並不催化自身的模板 RNAi。
  • 耦合物種。 動力學狀態明確包含游離多核苷酸、游離多肽以及多核苷酸–多肽複合物。複合物可能是具催化活性或複製活性的形式,例如 RNAi+1·。
  • 動力學架構。 模板引導的複製與轉譯與催化回饋相互交織。多肽資訊僅透過編碼它們的多核苷酸模板來維持;多肽本身並不獨立複製。
  • 系統層面的結果。 轉譯耦合超循環無法化約為簡單的催化超循環,因為它在複製循環中加入了轉譯與複合物形成步驟。這些額外步驟為後續的濃度極限與穩定性分析奠定了基礎。

基本動力學步驟

對於循環成員 i,一個簡潔的方案如下:

  • 轉譯:RNAi → RNAi + 。
  • 複合物形成: + RNAi+1 ⇌ (RNAi+1·)。
  • 催化複製:(RNAi+1·) → 2 RNAi+1 + ,或 + RNAi+1 → 2 RNAi+1 + 若未明確顯示複合物時。

RNA 的複製i 由 E 所催化i−1。對 i 進行疊代即可閉合轉譯耦合超循環。由於複製與轉譯共用同一個 RNA 模板,它們的相對速率決定了有多少 RNA 用於複製以及有多少多肽作為催化劑被產生。這種耦合是與基本超循環的關鍵結構差異。

學習目標
描述帶有轉譯的超循環之結構與動力學假設,包括多核苷酸–多肽耦合與複合物形成。