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ハイパーサイクルの核形成問題
HYC-1979 Lesson 8: Acid, Amino, Acids
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ある 自己触媒的複製子 は単一の鋳型コピーから始まることができる。1分子が存在すれば、自身の合成を指令して増幅できる。 ハイパーサイクル は異なる。それは相互依存的複製子の閉じたサイクルであり、各構成要素は別の構成要素の触媒活性によって増幅または支持され、 閉環性 が不可欠である。これが 核形成問題.

を生む。ハイパーサイクルはサイクルの全構成要素が存在し機能的に連結されていることを要するため、単一の変異遺伝子は、たとえ触媒活性を持っていても、ハイパーサイクルを確立できない。サイクルは開いたままである。孤立した複製や触媒作用は、ハイパーサイクルを定義する相互依存ネットワークを生み出さない。

ハイパーサイクルの核形成問題 1つの鋳型は自己触媒を開始できるが、ハイパーサイクルには閉じた相互依存的な集合が必要である。 単一の自己触媒的複製子 閉じたハイパーサイクル 組合せ的変異体の雲 自己増幅 A コピー数が増加 1コピーが増幅を開始 閉環性もパートナーも不要 ✓ 1コピーから開始 A B 相互触媒作用 閉ループ 全構成要素が存在し連結 単一の変異体では開いたまま 閉環性が不可欠 1エラー 100 2エラー 4,950 3エラー 161,700 kエラー変異体: Nₖ = C(100, k) 多数の変異体だが閉じた集合ではない 探索空間が爆発的に増大 核形成は閾値的である。機能的な変異体の閉じた集合が、1つずつではなく同時に生じなければならない。 サイクルが希釈と分解を上回って成長できるよう、全構成要素に十分な初期コピー数が必要である。

確率的および組合せ的障壁

核形成にはまた、 十分な初期量 がサイクルの全構成要素に必要である。そうでなければ、確率的消失、希釈、分解によって、閉じたサイクルがその構成要素の分解より速く成長する前に構成要素が失われる。したがって、単一の複製子からハイパーサイクルへの移行は閾値的または協同的であり、部分的なサイクルや不完全な集合はハイパーサイクル的成長を示さない可能性がある。

変異体の組合せ論は開始をさらに困難にする。長さ の配列について、kエラー変異体の数は である。これにより100個の1エラー変異体、4,950個の2エラー変異体、161,700個の3エラー変異体などが得られる。ハイパーサイクルがn個の適合する構成要素を組み立てる必要がある場合、可能な集合の数はおよそ (ただし )となる。したがって、協調した閉じた集合の探索空間は膨大であり、1つの有利な変異体を探すよりはるかに大きい。

これらの理由から、ハイパーサイクルは単一の鋳型や単一の変異遺伝子から新規に組み立てられるよりも、GCに富む準種から変異と選択を通じて徐々に核形成される方がもっともらしい。

重要な区別
自己触媒は1つの鋳型を増幅するが、ハイパーサイクル的組織化には相互依存的鋳型の閉じたネットワークが必要である。単一の変異体は触媒活性を持っていてもハイパーサイクルを核形成できない。