生长系统的化学热力学
统计力学
2022-08-30 v2 生物物理
化学物理
摘要
我们考虑生长的开式化学反应系统（CRSs），其中自催化化学反应被封装于有限体积内，且其大小可随反应而改变。生长 CRSs 的热力学对于理解生物细胞与设计原始细胞不可或缺，因为它阐明了其生长态的物理条件与代价。本工作中，我们通过扩展非生长 CRSs 的 Hessian 几何结构，建立了生长 CRSs 的热力学理论。该理论提供了决定生长 CRSs 命运（生长、收缩或平衡）的环境条件。我们还辨识出热力学约束：一者限制生长 CRSs 的可能态，另一者进一步限制非平衡稳态生长区存在的范围。此外，我们评估了稳态生长中的熵产生率。生长非平衡态源于热力学的广延性，不同于具有定容的常规非平衡态。这些结果由一般热力学考量导出，无需假设任何特定热力学势或反应动力学；即，它们仅基于热力学第二定律获得。
引用
@article{arxiv.2201.09417,
title = {Chemical Thermodynamics for Growing Systems},
author = {Yuki Sughiyama and Atsushi Kamimura and Dimitri Loutchko and Tetsuya J. Kobayashi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.09417},
year = {2022}
}
备注
22 pages, 9 figures