协同生物分子网络中的首通时间涨落定理与热力学界

针对非平衡稳态下生物分子机器（如马达蛋白或酶）的首通时间，研究了涨落定理。对于这类驱动、可观测过程与隐藏过程以动力学协同方式耦合的机器，沿首通轨迹产生的熵不再恒定，导致该表达式失效。本文考虑此类系统的典型模型——构象调制单酶催化的动力学方案（一种与β-半乳糖苷酶和人葡萄糖激酶相关的连续时间马尔可夫过程），在协同生物分子网络中探索该涨落定理。采用一种新颖高效的路径分析技术进行动力学评估，从复杂计算中获得了令人惊讶的简洁结果。我们发现，在无隐藏电流的情况下，可观测过程的首通时间可建立涨落定理，并证明这一显著简化是适用于多种协同网络的普遍特征。该表达式的有效性可通过实验检验，其违反可作为隐藏细致平衡破缺的独特标志。此外，我们获得了该首通时间涨落定理积分修正的极其紧凑的精确表达式及其一般形式，揭示了动力学分支比（定义为正向可观测过程概率与反向概率之比的方向性度量）上的热力学界。这些结果为协同生物分子机器的动态测量与底层非平衡热力学之间的丰富联系提供了详细见解。