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不等速率常数产生的浓度脉冲
HYC-1979 Lesson 6: Concentration, Hypercycles, Fixed
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在维度为 n ≥ 5 的超循环中,在恒定组织下,浓度 按照基本超循环方程演化。参数 是物种生成的催化速率常数 由其前驱生成 xi−1 在循环顺序中 → → … → → .

(ki xi−1 − Φ),   j kj xj xj−1,   ,索引模 n。

不等 kᵢ 的浓度脉冲 (n = 5) x₁ x₂ x₃ x₄ x₅ 浓度 xᵢ 时间 t(两个周期) 峰值与时间平均 峰值 时间平均 ⟨xᵢ⟩ x₁ x₂ x₃ x₄ x₅ x₁ x₂ x₃ x₄ x₅ 时间平均水平 ⟨xᵢ⟩ 不等的 kᵢ 保持循环顺序,但改变峰高、宽度和相位滞后。 快步骤缩短滞后;慢步骤延长滞后。 ⟨x₁⟩ = ⟨Φ⟩ / k₂ 均值由下游决定 速率常数,而非峰高

旋转对称性及其破缺

当所有催化速率常数相等时, = … = ,超循环具有对称的旋转波极限环。每个物种表现出相同的脉冲,且脉冲在相位上等间距分布。整个模式围绕催化循环旋转而不改变形状。

不相等的速率常数打破了这种旋转对称性。脉冲的循环顺序保持不变 → → … → → ,但脉冲高度、宽度和相位滞后变得因物种而异。具有较大催化优势的物种 达到更高的峰值浓度。峰值顺序仍遵循催化循环。

相位滞后编码限速步骤

相位差不必均匀。快步骤缩短前驱脉冲与产物脉冲之间的延迟;慢步骤则延长它。因此脉冲时序编码了哪个催化步骤相对限速。例如,如果 很大,则 脉冲跟随 的滞后比对称情形更短。

时间平均浓度

时间平均浓度服从 ⟨⟩ = ⟨Φ⟩ / ki+1。因此一个物种的平均水平取决于下游速率常数,而不仅仅取决于其自身的峰值高度。如果下一个催化步骤很快,高脉冲可以与适中的时间平均值共存。

常见误解。 较大的 提高了 的峰值,但本身并不提高 ⟨⟩。平均值由 ki+1 和全局选择通量 Φ 决定。

示例:五元超循环

考虑 其中 。 脉冲倾向于峰值更高并跟随 的滞后更短。其平均值并不简单地与峰值成正比。关系 ⟨⟩ = ⟨Φ⟩ / 表明 的平均水平与驱动 .

的下游速率相耦合。脉冲通过 Φ 和恒定组织保持耦合。不相等的常数调节超循环组织,而不破坏其循环拓扑结构。