酶在复杂反应网络中的空间自组织
生物物理
2025-10-27 v1
摘要
活体系统包含复杂的生化网络，其结构与功能密切相关，使其能够在外界刺激下表现出鲁棒性。此类网络通常涉及具有化学趋性运动的催化酶，即沿着底物和产物梯度的定向运动。本文发现，考虑酶化学趋性在催化反应网络模型中的作用后，网络可实现其空间自组织，过程类似于生物分子凝胶的形成。我们发展了用于任意反应网络的通用理论，并系统研究了包含最多六种化学物质的全部封闭单分子反应网络。重要的是，我们发现，浓度扰动的网络级传播是实现自组织的关键因素。自组织能力高度取决于酶相对于其底物和产物的化学趋性迁移率的符号以及全局网络结构。我们发现，通过化学趋性实现的自发自组织，为复杂催化反应网络中代谢活性的自我调节提供了一条途径。我们所发现的网络诱导相互作用机制作用于底物分子受限扩散的条件下，表明信令分子可能在其功能中利用这一情形。
引用
@article{arxiv.2510.21430,
title = {Spatial self-organization of enzymes in complex reaction networks},
author = {Vincent Ouazan-Reboul and Ramin Golestanian and Jaime Agudo-Canalejo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.21430},
year = {2025}
}