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Limite di Alta Concentrazione e Cinetica Saturabile
HYC-1979 Lesson 6: Concentration, Hypercycles, Fixed
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Quando la concentrazione totale di un iperciclo accoppiato alla traduzione diventa elevata, il problema dell'incontro scompare. I polinucleotidi e i polipeptidi liberi sono così abbondanti che i siti di legame risultano quasi permanentemente occupati, e la concentrazione dei complessi polinucleotide–polipeptide si avvicina a un tetto fissato dalla quantità dei partner di legame disponibili anziché dalla frequenza delle collisioni.

Curva di crescita saturabile: velocità di crescita rispetto alla concentrazione totale La curva continua sale quasi linearmente a bassa concentrazione (limitata dall'incontro) e si appiattisce in un plateau ad alta concentrazione, dove i siti di legame sono saturati e la velocità è determinata dal turnover catalitico. Un asintoto tratteggiato indica il valore del plateau 1/a. Una seconda curva tratteggiata mostra la legge a denominatore condiviso, che satura più gradualmente. Limite di Alta Concentrazione: Crescita Saturabile Iperciclo accoppiato alla traduzione — velocità di crescita vs. concentrazione totale velocità ≈ x / (1 + a·x) velocità ≈ xj / (1 + Σk ak xk) plateau = 1 / a 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.0 0.75 0.5 0.25 0 velocità di crescita concentrazione totale (relativa) limitato dall'incontro velocità ≈ lineare in x limitato dal turnover velocità → plateau costante Concetti Chiave Limite di saturazione I siti sono quasi tutti occupati — le collisioni non limitano più la crescita. Limitato dal turnover La crescita è determinata dal turnover catalitico: quanto velocemente ogni complesso produce il prodotto. Capacità di legame condivisa Il denominatore condiviso Σk ak xk accoppia tutte le specie — aumentare una sopprime la crescita di tutte. Altezza del plateau = 1 / a a grande → saturazione precoce

Saturazione e il Limite del Turnover

In questo regime la concentrazione dei complessi si avvicina a un massimo fissato dai partner di legame disponibili: il componente scarso limita la quantità di complesso che può esistere, quindi aggiungere altra specie abbondante non crea nuove unità catalitiche. La crescita è quindi limitata dal turnover catalitico — quanto velocemente ogni complesso saturato riesce a produrre il proprio prodotto — invece che dalla frequenza degli incontri. La stessa quantità totale di materiale sostiene quindi una velocità di replicazione quasi costante.

Leggi di Velocità Saturabili Generalizzate

La cinetica è descritta da leggi di velocità saturabili generalizzate. Per una singola specie saturabile, velocità ≈ / (). Per diverse specie che attingono a una capacità di legame condivisa, velocità ≈ / (). Entrambe le forme descrivono una crescita saturabile. A bassa concentrazione il denominatore è vicino a 1 e la velocità è approssimativamente lineare rispetto alla concentrazione. Ad alta concentrazione il termine (oppure ) domina il denominatore e la velocità si avvicina a un limite costante — il plateau rappresentato sopra. Nella forma a denominatore condiviso la stessa somma accoppia tutte le specie: all'aumentare dell'occupazione totale, la crescita di ogni componente viene soppressa insieme alle altre.

Giustificazione dell'Approssimazione

Trascurare i termini di accoppiamento debole tra complessi diversi è valido purché wkm ≪ Wmm − Wkk (cfr. Tabella 2): l'accoppiamento fuori diagonale è piccolo rispetto alla differenza diagonale dominante, quindi la legge saturabile di ordine principale è accurata. Approssimazioni di ordine superiore potrebbero essere ottenute usando in qualunque forma sia espresso; le Eq. (16)–(18) cambierebbero di conseguenza.

Due Regimi, un Unico Quadro
Il regime di alta concentrazione, limitato dal turnover, è complementare al regime di bassa concentrazione, limitato dall'incontro. La bassa concentrazione dà una velocità quasi lineare rispetto alla concentrazione e si comporta in modo simile a un iperciclo elementare o a un semplice ciclo catalitico; l'alta concentrazione dà una velocità che si appiattisce in un plateau perché il legame è saturo. La legge saturabile generalizzata interpola in modo fluido tra i due limiti.