在分子机器循环中分配耗散以最大化通量

生物分子机器消耗自由能以打破对称性并取得定向进展。非平衡 ATP 浓度是典型的自由能源，分子机器的一个循环消耗特定数量的 ATP，从而提供固定的自由能预算。由于进化预期倾向于快速周转且高效运作的机器，我们研究了如何分配这一自由能预算以最大化通量。无约束优化消除了中间亚稳态，表明在状态较少的分子机器中通量得到增强。在维持设定状态数的情况下，我们表明——与先前结论相反——最大化通量的耗散分配并非均匀的。这一结果与成功描述实验数据的分子机器模型中“不可逆”与可逆转变共存相一致，表明在演化形成的机器中，不同转变的耗散存在显著差异。