模板复制的长与短

模板复制是生物学产生复杂分子的核心操作。细胞将序列信息从 DNA 复制到 RNA 并进一步到蛋白质,而蛋白质是负责细胞系统功能与调控的分子。在模板复制过程中,模板催化形成携带相同序列的第二个分子。传统上,人们忽略了过程结束时模板与复制物的分离,但分离是必要的,并从根本上升级了该过程的热力学。一般而言,创建准确的聚合物需要自由能。忽略分离时,这一代价可由“正确”复制物/模板键所释放的额外自由能补偿。分离要求这些键被打破,因此真正的复制需要自由能的输入。同样,复制物/模板键是暂时的事实意味着不存在朝向准确性的热力学偏置,相反复制仅依赖动力学效应来促进准确性。一般而言,能量转导只有在转导过程为准静态且随时间变化时才可逆地发生;当你依赖动力学判别时这不可能成立。复制是一个远离平衡的过程。本论文探讨这一观察的后果。我们从无限长复制物的极限开始,其中准确性的代价代表严格的热力学界限,然后转到有限长极限,其中这些相同极限可理解为动力学势垒。我们随后将复制系统讨论为非平衡稳态,可将其作为在非平衡浴之间移动自由能的信息引擎来分析。