反应网络中路径的热力学排序

能量分析中一个留下的开放问题是，阻止工作发生或热量散失的边界条件对熵产生预算没有贡献；然而我们在工程系统和生命系统中都普遍看到，为创建和维持此类边界而要支付transient和持续的能源成本。我们希望知道，这类现象是否存在固有的成本限制，并且是否存在 common 单位来对这些成本与以热量散失衡量的更熟悉的成本进行权衡。我们将这个问题在化学反应网络(CRN)的具体语境下阐述，针对从更大分布式网络中提取受拓扑限制的路径，通过激活某些反应并消除其他反应来实现。我们定义了一个从随机CRN的大偏差理论派生的路径热力学成本函数，该函数分解为两个组成部分：维持非平衡稳态(NESS)的持续维护成本，以及量化指定路径之外中性反应被中和的不可能性的限制成本。针对线性响应 regime 中的 detailed-balanced CRN，我们利用其对电路的形式等价性。我们证明，随着支持通过电流的反应被添加，CRN的电阻会降低，并且维护成本、限制成本以及嵌套路径的热力学成本都被其宿主网络的成本下界。对于小CRN，我们展示了催化剂和抑制机制会极大地改变路径成本，使不利路径变得有利，并接近宿主路径的成本。我们的结果为理解开放CRN的热力学原理提供了见解，并为理解代谢网络的演化奠定了基础。