催化剂相分离的空间约束与标度效应对线性途径动力学影响的建模

化学反应通常在底物与催化剂于系统中充分混合（WM）的假设下研究。尽管这常适用于试管实验条件，但在细胞环境中并不现实，其中生物分子可发生液液相分离（LLPS）并形成凝聚体，导致包括催化作用调控在内的重要功能结果。类似过程也可能在原细胞系统（如原始共凝聚体）或膜辅助的前生物途径中发挥作用。此处我们探究，与 WM 系统相比，催化剂的脱混是否会导致影响线性（多步）反应途径动力学的微环境形成。我们实现了通用晶格模型以模拟不同催化剂集合的 LLPS，并将其扩展以包含扩散与小底物的一系列反应。我们定量分析了催化剂相分离如何根据底物与催化剂间亲和力、反应途径长度、系统尺寸及凝聚体均匀度影响反应时间。所报道两情景间差异的一个关键方面是：WM 系统中观察到的标度不变性被凝聚过程打破。我们给出了结果对平均场化学的主要理论启示，将质量作用动力学方案扩展以包含底物抵达催化剂凝聚体的初始命中时间。最后我们通过考虑开放非线性条件检验该方法，借助微观模拟成功预测相分离抑制化学振荡行为，为这一复杂动态行为在真实代谢中作用边缘化提供了可能解释。