化学反应网络中的齿轮：优化能量转化效率
分子网络
2025-07-24 v4 统计力学
摘要
类似于汽车中的齿轮系统，涉及能量转化的大多数化学反应网络 (CRN) 都具备多条具有不同效率的转化路径。我们将这些路径概念化为“化学齿轮”，并展示其在细化热力学第二定律方面的作用。这使我们能够仅凭其拓扑结构和由化学势决定的输入输出物种的运行条件，确定 CRN 的最优效率及其启赋齿轮。通过合理调节反应动力学，CRN 可被工程化，以自主方式调节齿轮设置，在外部条件变化时维持最优效率。我们在生物学语境中演示了这一原理，展示一种 CRN，其中酶作为齿轮换档器，自主适应系统以实现近乎最优的效率。此外，我们还考察了人工分子动力学，揭示其齿轮机制远未达到最优化的调控。
引用
@article{arxiv.2405.17960,
title = {Gears in Chemical Reaction Networks: Optimizing Energy Transduction Efficiency},
author = {Massimo Bilancioni and Massimiliano Esposito},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.17960},
year = {2025}
}
备注
18 pages, 7 figures