迈向生物细胞内单分子反应动力学的完整定量描述
亚细胞过程
2018-12-05 v1 统计力学
生物物理
化学物理
摘要
首达时间（FPT），即随机过程首次达到给定阈值时刻，是一个具有直接应用的基本数学概念。特别地，它量化了生物细胞中生物分子到达其特定结合位点并触发细胞调控的事件统计。通常，首达性质由平均首达时间给出。然而，现代实验现已能在活细胞中监测单分子结合过程，从而可获取底层首达事件的完整统计，尤其是固有的细胞间涨落。我们在此提出一种稳健的显式方法，用于获得柱-环域中指向小型部分反应性目标的首达时间分布，该域代表典型的细菌与神经元细胞形状。我们研究了该 FPT 分布的各种渐近行为，并表明其在许多生物学情形下通常非常宽泛：因此，平均 FPT 与最概然 FPT 可相差数个数量级。最概然 FPT 被证明仅强烈依赖于几何内的起始位置，且几乎独立于目标大小与反应性。这些发现展示了知晓 FPT 完整分布的显著重要性，从而为更可靠地描述由一到少数生物分子抵达细胞内小型空间局域区域所引发的众多胞内过程开辟了新视角。
引用
@article{arxiv.1811.11612,
title = {Towards a full quantitative description of single-molecule reaction kinetics in biological cells},
author = {Denis S. Grebenkov and Ralf Metzler and Gleb Oshanin},
journal= {arXiv preprint arXiv:1811.11612},
year = {2018}
}