精确生化振荡的自由能代价
生物物理
2015-09-30 v1 分子网络
摘要
振荡是调节不同重要生命周期时序的关键细胞过程。然而，在嘈杂的细胞环境中，振荡可能因相位涨落而极不准确。目前对生化回路如何抑制相位涨落及其所引发的热力学代价仍知之甚少。在此，我们研究了代表所有已知振荡系统共享的三种基本振荡基元的四类不同生化振荡。我们发现，对于所有研究的系统，相位扩散常数对每周期自由能耗散呈现相同的反比依赖关系。相位扩散与能量耗散之间的这一关系在噪声振荡模型中得到了解析证明。在微观上，我们发现振荡由多个不可逆循环驱动，这些循环水解ATP等燃料分子；相位相干周期数与每周期消耗的自由能成正比。我们还提供了支持这一普适关系的实验证据以及可检验的预言。
引用
@article{arxiv.1506.05686,
title = {The free energy cost of accurate biochemical oscillations},
author = {Yuansheng Cao and Hongli Wang and Qi Ouyang and Yuhai Tu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1506.05686},
year = {2015}
}