糖酵解行波的不可逆热力学：Benjamin-Feir 不稳定性

本文通过采用一种可解析处理的方案（结合复 Ginzburg-Landau 方程（CGLE）），评估了在空间扩展糖酵解模型的非平衡稳态下，对应于 Hopf 不稳定性动力学和行波演化的不可逆热力学量。在存在自扩散和交叉扩散的情况下，利用多尺度 Krylov-Bogoliubov 平均法得到的更一般的振幅方程成为揭示各种动力学不稳定性判据（尤其是 Benjamin-Feir（BF）不稳定性）并估计行波图案相应非线性色散关系的重要工具。在振荡区间内，行波的临界控制参数、波数选择判据和复振幅大小均被自扩散和交叉扩散系数所修正，并展示了其相对于振幅方程的变化性。与行波不同，当系统相随控制参数变化经过极小值时，浓度动力学中 Hopf 不稳定性出现低振幅宽区域。均匀 Hopf 振荡和糖酵解波的总熵产生率不仅定性地反映了中间物种浓度的全局动力学，而且几乎定量地反映。尽管扩散在生成和塑造行波中起着关键作用，熵产生率的扩散部分对系统总熵产生率的贡献可忽略不计。与行波相比，Hopf 不稳定性在该开放非线性系统的能量分布上表现出更复杂和巨大的变化。对 BF 不稳定性的详细分析表明，对于行波，半巨 Gibbs 自由能随离散和连续波数呈现出相反的性质。