DNA 复制保真度所涉及的熵
超导电性
2012-11-27 v1 强关联电子
摘要
信息具有熵的特征，可在分子系统的统计理论框架内进行分析。R. Landauer 和 C.H. Bennett 表明，如果计算执行得足够缓慢，逻辑复制可以在无耗散的极限下进行。结构和最近的单分子实验提供了聚合酶机器的动态细节，增进了对信息处理的理解。我们引入了生物分子系统中 Shannon 信息的严格表征，并将其应用于无耗散极限下的 DNA 复制。具体而言，我们设计了一条 DNA 复制中的平衡路径，以确定在无摩擦情况下从 DNA 模板复制信息所产生的熵。初始状态（自由核苷酸以特定浓度随机分布）和最终状态（聚合链）对于核苷酸分布而言均为介观平衡态。我们利用经验堆积自由能来计算核苷酸掺入的概率。至一阶近似，复制链是一个独立但非同分布随机变量的状态，其中聚合酶在每一步掺入的核苷酸由模板链决定；至二阶近似，它是一个具有最近邻相互作用的非均匀分布随机变量状态，其中聚合酶对所得双链聚合物中二级结构的识别决定了复制链的熵。两种掺入机制自然产生，并解释了其生物学意义。众所周知，复制发生在远离平衡的条件下，因此此处推导的 Shannon 熵代表了发生复制的上限。同样，该熵为复制中的复制保真度设定了一个普适下限。
引用
@article{arxiv.1208.2796,
title = {Bulk superconductivity in Bi4O4S3 revealed by specific heat measurement},
author = {Hiroshi Takatsu and Yoshikazu Mizuguchi and Hiroki Izawa and Osuke Miura and Hiroaki Kadowaki},
journal= {arXiv preprint arXiv:1208.2796},
year = {2012}
}