单酶与分子马达的随机热力学

对于在非平衡溶质浓度的水溶液中运行的单酶或分子马达，本文在状态间跃迁的单个轨迹层面上发展了热力学描述。状态的内能、内禀熵和自由能的概念源于一个关于时间尺度分离的假设下的微观描述。第一定律能量平衡随后允许唯一地识别一次跃迁中耗散的热量。在系综层面上与第二定律的一致性，既强制了随机熵作为一次跃迁中熵变的第三项贡献，也强制了任意跃迁的正向与反向速率比值的局部细致平衡条件。这些结果无需假设酶与溶质之间的弱耦合、理想溶液行为或质量作用定律动力学。本文方法凸显了每个状态内禀熵的关键作用，以及化学恒化器在推导实际条件下受外力作用的分子马达第一定律时在物理上存疑的角色。