简单生化系统介观与宏观动力学的范特霍夫-阿伦尼乌斯分析：随机与非线性双稳态

介观驱动生化反应系统的多稳态性对广泛的细胞过程具有重要意义。利用几个简单模型，我们表明一类双稳态化学系统在基于质量作用定律的非线性动力学中存在确定性对应物，而另一类广泛称为噪声诱导的随机双稳态的系统则没有。观察到系统体积（$V$）扮演了与经典速率理论中逆温度（$\beta$）相似的角色，本文引入了类似范特霍夫-阿伦尼乌斯的分析。在一维系统中，两态之间的跃迁速率以动力学景观 $\Phi(x,V)$ 中的势垒表示，即 $k\propto\exp\{-V\Delta\Phi^{\ddag}(V)\}$，可以通过分解式 $\Delta\Phi^{\ddag}(V) \approx\Delta\phi_0^{\ddag} \Delta\phi_1^{\ddag}/V$ 来理解。非线性双稳态意味着 $\Delta\phi_0^{\ddag}>0$，而随机双稳态有 $\Delta\phi_0^{\ddag}<0$ 但 $\Delta\phi_1^{\ddag}>0$。随机双稳态可以被视为非线性分岔或灭绝现象的残余（或“幽灵”），而 $\Delta\phi_0^{\ddag}$ 和 $\Delta\phi_1^{\ddag}$ 可视为跃迁的“焓”势垒和“熵”势垒。