7
高濃度極限與飽和動力學
HYC-1979Lesson 6: Concentration, Hypercycles, Fixed
00:00

當轉譯耦合超循環的總濃度變得很大時, 相遇問題便會消失。游離的多核苷酸與多肽極為充裕,使結合位點幾乎永久被佔據,而多核苷酸—多肽複合物的濃度會趨近一個上限,此上限取決於可用結合夥伴的數量,而非碰撞的頻率。

飽和生長曲線:生長速率與總濃度的關係實線在低濃度時幾乎呈線性上升(相遇限制),在高濃度時趨於平坦形成高原區,此時結合位點已飽和,速率由催化周轉決定。虛線漸近線標示高原值 1/a。第二條虛線顯示共用分母定律,其飽和過程較為緩慢。高濃度極限:飽和生長轉譯耦合超循環 — 生長速率與總濃度的關係速率 ≈ x / (1 + a·x)速率 ≈ xj / (1 + Σk ak xk)高原 = 1 / a00.20.40.60.81.01.00.750.50.250生長速率總濃度(相對值)相遇限制速率 ≈ 與 x 呈線性周轉限制速率 → 固定高原值關鍵概念飽和極限位點幾乎全被佔據 —碰撞不再限制生長。周轉限制生長由催化周轉決定:每個複合物產生產物的速度。共用結合容量共用分母 Σk ak xk耦合所有物種 — 提高其中一個會抑制所有物種的生長。高原高度 = 1 / aa 較大 → 較早飽和

飽和與周轉限制

在此區域中, 複合物濃度會趨近由可用結合夥伴所決定的最大值:任何稀缺的組分都會限制複合物的存在量,因此增加充裕物種的數量並不會產生新的催化單元。此時生長受到限制的因素是 催化周轉 — 即每個飽和複合物產生其產物的速度 — 而非相遇頻率。因此,相同的總物量可維持幾乎恆定的複製速率。

廣義飽和速率定律

其動力學可由廣義飽和速率定律描述。對於單一可飽和物種,速率 ≈ / ()。對於多個共用結合容量的物種,速率 ≈ / ()。兩種形式皆描述 飽和生長。在低濃度時,分母接近 1,速率與濃度大致呈線性。在高濃度時, (或 )在分母中佔主導,速率趨近一個恆定極限 — 即上圖所示的高原。在共用分母形式中,相同的總和 耦合所有物種:隨著總佔據率上升,每個組分的生長會一同受到抑制。

近似法的合理性

只要滿足下列條件,忽略不同複合物之間的弱耦合項即為有效: wkm ≪ Wmm − Wkk (參見表 2):非對角耦合相較於主要對角差值很小,因此首階飽和定律是準確的。更高階的近似可使用 (無論以其何種形式表示)來求得;式 (16)–(18) 將隨之改變。

兩種區域,一個框架
高濃度、周轉限制區域與低濃度、相遇限制區域相輔相成。低濃度下的速率與濃度幾乎呈線性,其行為類似基本超循環或簡單催化循環;高濃度下的速率因結合飽和而趨於平坦形成高原。廣義飽和定律在兩個極限之間平滑地內插。