ATP 水平与磷酸化自由能调节细胞生物系统中的触发波速度与临界核大小

触发波是由非线性反应动力学与扩散耦合产生的自再生扩散前沿，在细胞内协调大规模过程如细胞有丝分裂和应激反应。尽管电路拓扑和反馈架构在产生双稳态性方面作用已为人所知，但非平衡能动驱动如何塑造波传播则为人所少了解。本文采用 thermodynamically consistent 的反应扩散框架来探讨 ATP 依赖磷酸化-磷酸化反应系统中的触发波动力学。我们首先重现双稳态 regime 下触发波速度的一般表达式，并分析曲率引起的修正，以确定更高维数中维持传播所需的最小临界核。随后，我们将该框架应用于两个典型系统，将 ATP 浓度和非平衡参数 $\gamma = [ATP]/(K_{\mathrm{eq}}[ADP][P_i])$ 作为独立控制变量，以检视能动驱动如何调节波传播。我们的结果表明，ATP 与 $\gamma$ 不仅调制波速，还能反转波的传播方向并重塑支持触发波的参数 regime。临界激励半径也取决于 ATP 浓度和磷酸化自由能。这些发现识别出细胞内能量状态为触发波行为的调节器，将代谢条件与波传播的空间动力学相联系。更广泛地说，该框架将经典反应扩散理论与 ATP 驱动的生物化学调节相连接，为相关能依赖细胞决策过程提供了总体视角。