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超循環的成核問題
HYC-1979 Lesson 8: Acid, Amino, Acids
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一個 自催化複製子 可以從單一模板拷貝開始:一旦一個分子存在,它就能指導自身的合成並擴增。一個 超循環 是不同的。它是一個由互相依賴的複製子組成的閉合循環:每個成員都透過另一個成員的催化活性而被擴增或支持,而 閉合性 是必不可少的。這就產生了 成核問題.

因為超循環要求循環中的每個成員都存在並在功能上相互連結,所以單一突變基因——即使是具催化活性的——也無法建立超循環。循環仍然保持開放。孤立的複製或催化並不能創造出定義超循環的互相依賴網絡。

超循環的成核問題 一個模板就能啟動自催化;超循環則需要一個閉合、互相依賴的集合。 單一自催化複製子 閉合超循環 組合突變體雲 自我擴增 A 拷貝數增長 一個拷貝即可啟動擴增 無需閉合或夥伴 ✓ 由單一拷貝啟動 A B 互相催化 閉合迴路 所有成員都存在並相互連結 單一突變體會使其保持開放 閉合性至關重要 1錯誤 100 2錯誤 4,950 3錯誤 161,700 k錯誤突變體:Nₖ = C(100, k) 變體眾多,但不是閉合集合 搜尋空間爆炸 成核具有閾值特性:一組具功能的變體必須一同出現,而不是一次出現一個突變體。 所有成員都需要足夠的初始拷貝數,使循環的增長能超越稀釋和衰減。

隨機與組合障礙

成核還需要 足夠的初始數量 所有循環成員。否則,隨機丟失、稀釋和分解會在閉合循環的增長速度超過其各部分衰減速度之前就移除這些組分。因此,從單一複製子到超循環的轉變具有閾值性或合作性:部分循環和不完整集合可能不會表現出超循環增長。

突變體的組合使起步更加困難。對於長度為 的序列,k錯誤突變體的數量為 。這給出100個單錯誤突變體、4,950個雙錯誤突變體、161,700個三錯誤突變體,依此類推。如果一個超循環必須組裝n個相容成員,可能的集合數量約為 對於 。因此,協調閉合集合的搜尋空間極為龐大,遠大於尋找一個有利突變體。

基於這些原因,超循環更可能是從富含GC的準物種透過突變和選擇逐步成核,而不是從單一模板或單一突變基因從頭組裝。

關鍵區別
自催化擴增一個模板;超循環組織則需要一個由互相依賴模板組成的閉合網絡。單一突變體可以具催化活性,卻仍無法使超循環成核。