번역이 결합된 초고리: 복제와 폴리펩타이드 합성의 연동

번역 결합 초고리 는 모든 폴리뉴클레오타이드를 동시에 복제 주형 이자 번역 주형으로 만들어 기본 초고리를 확장합니다. 동일한 RNA 분자가 리플리케이스에 의해 복제되고 리보솜에 의해 해독될 수 있으므로, 복제와 번역은 경쟁합니다 같은 주형을 두고.

분자 및 동역학 구조

이중 주형 역할. 구성원 i에서 RNA_i 는 더 많은 RNA를 만들기 위해 복제되고_i 폴리펩타이드를 생성하기 위해 번역됩니다 . 두 과정은 동일한 유리 RNA 풀을 사용합니다_i.
고리 닫힘. 구성원 i에서 번역된 폴리펩타이드는 다른 구성원, 일반적으로 i+1의 복제를 촉매합니다. 이 조직은 순수한 자기촉매가 아니라 초고리적입니다. 왜냐하면 는 자신의 주형 RNA를 촉매하지 않기 때문입니다_i.
결합된 종. 동역학 상태는 유리 폴리뉴클레오타이드, 유리 폴리펩타이드, 그리고 폴리뉴클레오타이드–폴리펩타이드 복합체를 명시적으로 포함합니다. 복합체는 촉매 활성 또는 복제 활성 형태일 수 있으며, 예를 들어 RNA_i+1·.
동역학 구조. 주형 지향 복제와 번역은 촉매 피드백과 맞물려 있습니다. 폴리펩타이드 정보는 이를 암호화하는 폴리뉴클레오타이드 주형을 통해서만 유지되며, 폴리펩타이드는 독립적으로 복제되지 않습니다.
시스템 수준의 결과. 번역 결합 초고리는 복제 주기에 번역과 복합체 형성 단계를 추가하기 때문에 단순한 촉매 초고리로 환원될 수 없습니다. 이러한 추가 단계는 이후 농도 한계와 안정성 분석의 기초가 됩니다.

기본 동역학 단계

주기 구성원 i에 대한 간략한 반응식은 다음과 같습니다:

번역: RNA_i → RNA_i + .
복합체 형성: + RNA_i+1 ⇌ (RNA_i+1·).
촉매 복제: (RNA_i+1·) → 2 RNA_i+1 + , 또는 + RNA_i+1 → 2 RNA_i+1 + 복합체가 명시적으로 표시되지 않은 경우.

RNA의 복제는_i 는 E에 의해 촉매됩니다_i−1. i에 대해 반복하면 번역 결합 초고리가 닫힙니다. 복제와 번역이 동일한 RNA 주형을 공유하기 때문에, 이들의 상대적 속도는 복제에 사용되는 RNA의 양과 촉매로 제공되는 폴리펩타이드의 양을 결정합니다. 이러한 결합이 기본 초고리와의 핵심 구조적 차이입니다.

학습 목표

폴리뉴클레오타이드–폴리펩타이드 결합과 복합체 형성을 포함하여, 번역이 결합된 초고리의 구조와 동역학적 가정을 설명합니다.

번역 결합 초고리

교차하는 RNA와 폴리펩타이드 노드는 RNA_i가

로 번역되는 과정, RNA_{i+1}이

에 의해 촉매 복제되는 과정, 그리고 가역적 RNA–E 복합체 형성을 보여줍니다. 또한 이 도식은 RNA_i의 복제가 E_{i−1}에 의해 촉매되어 고리를 닫는다는 것을 보여줍니다.

문제 1

번역 결합 초고리에서 폴리뉴클레오타이드의 이중 주형 역할은 무엇입니까?

자신의 복제를 위한 주형이자 번역을 위한 주형으로 작용할 수 있어, 복제와 번역이 동일한 분자를 두고 경쟁합니다.

폴리펩타이드 합성을 위한 촉매로만 작용합니다.

복합체 형성에만 사용되고 복제에는 사용되지 않습니다.

폴리펩타이드로 번역되지만 복제될 수 없습니다.

문제 2

표준 번역 결합 초고리에서 폴리펩타이드

RNA로부터 번역된_i 는 일반적으로 어느 폴리뉴클레오타이드의 복제를 촉매합니까?

RNA_i−1 만, 결코 다른 구성원이 아닙니다

자체를, 더 많은 폴리펩타이드 생성

RNA_i+1, 주기의 다른 구성원

RNA_i, 자신의 주형

문제 3

번역 결합 초고리가 단순히 순수한 자기촉매 주기가 아닌 이유는 무엇입니까?

폴리펩타이드가 RNA와 독립적으로 복제되기 때문입니다.

구성원 i에서 번역된 폴리펩타이드가 다른 구성원의 복제를 촉매하여 조직을 초고리적으로 만들기 때문입니다.

각 폴리펩타이드가 자신의 RNA 주형의 복제를 촉매하기 때문입니다.

복제에 주형이 필요하지 않기 때문입니다.

문제 4

번역 결합 초고리의 동역학적 설명에서 명시적으로 표현되는 종은 무엇입니까?

유리 폴리펩타이드만.

유리 폴리뉴클레오타이드만.

유리 폴리뉴클레오타이드, 유리 폴리펩타이드, 그리고 폴리뉴클레오타이드–폴리펩타이드 복합체.

폴리뉴클레오타이드–폴리펩타이드 복합체만.

문제 5

번역 결합 초고리에서 폴리펩타이드 정보는 어떻게 유지됩니까?

다른 폴리펩타이드의 직접 번역을 통해.

이들을 암호화하는 폴리뉴클레오타이드 주형을 통해.

폴리펩타이드는 동일한 리플리케이스에 의해 독립적으로 복제됩니다.

RNA 주형 없이 복합체 형성만을 통해.

사례 연구: 삼원 번역 결합 초고리

상황을 읽고 질문에 답하세요.

최소 실험실 시스템에는 세 가지 RNA 종, RNA₁, RNA₂, 그리고 RNA₃, 그리고 세 가지 암호화된 폴리펩타이드 E₁, E₂, 및 E₃. RNA_i 는 번역되어

. 각

가 RNA의 복제를 촉매합니다_i+1 (지수는 3의 모듈로). 가역적 복합체가 다음 사이에 형성됩니다:

와 표적 RNA_i+1. 복제와 번역은 동일한 RNA 주형을 두고 경쟁합니다.

이 삼원 시스템에 대한 닫힌 번역 결합 초고리를 작성하세요: 번역 단계, 복합체 형성 단계, 그리고 촉매 복제 단계를 식별하세요.

답변:
번역: RNA₁ → E₁, RNA₂ → E₂, RNA₃ → E₃. 복합체 형성: E₁ + RNA₂ ⇌ (RNA₂·E₁), E₂ + RNA₃ ⇌ (RNA₃·E₂), E₃ + RNA₁ ⇌ (RNA₁·E₃) 왜냐하면 지수 i+2는 3의 모듈로에서 i−1과 같기 때문입니다. 촉매 복제: (RNA₂·E₁) → 2 RNA₂ + E₁, (RNA₃·E₂) → 2 RNA₃ + E₂, 그리고 (RNA₁·E₃) → 2 RNA₁ + E₃. 각 폴리펩타이드가 자신의 주형이 아닌 다음 RNA의 복제를 촉매하기 때문에 고리가 닫힙니다.

이 시스템이 기본 촉매 초고리로 환원될 수 없는 이유를 설명하고, 강한 복합체 형성이 RNA의 유리 농도와 전체 주기 안정성에 미치는 한 가지 질적 효과를 예측하세요_i+1 및 전체 순환 안정성에 의존한다.

답변:
번역과 가역적 복합체 형성이 단순한 촉매 초고리에는 존재하지 않는 추가 종과 비선형 결합 평형을 추가하기 때문에 환원될 수 없습니다. 폴리펩타이드 정보는 RNA 주형을 통해서만 유지되며, 동일한 RNA가 동시에 복제 및 번역 주형입니다. 강한 복합체 형성은 RNA의 유리 농도를 낮춥니다_i+1 를 RNA로 격리함으로써_i+1·

. 복합체가 활성 복제 형태라면, 이는 유효 촉매 속도를 증가시킬 수 있습니다. 너무 안정적이면 번역과 복제에 사용할 수 있는 유리 RNA를 감소시켜 시스템을 저농도 영역으로 이동시키고 안정성이나 진동을 변화시킬 수 있습니다.