物理学 > 生物物理
[提交于 2019年11月12日
(v1)
,最后修订 2020年2月28日 (此版本, v4)]
标题: 动能校对与热力学不确定性的极限
标题: Kinetic Proofreading and the Limits of Thermodynamic Uncertainty
摘要: 为减轻由细胞异质噪声环境引起的误差,其主要信息通道和生产网络利用了动能校对(KPR)机制。 在这里,我们研究了两种广泛研究的KPR电路,即T7 DNA聚合酶的DNA复制和大肠杆菌核糖体的翻译。 利用实验数据,我们在最近发现的热力学不确定性关系(TUR)所设定的基本界限下,分析了这两个关键系统的性能,该关系将期望输出的精度与所需能量耗散量之间存在固有的权衡。 我们表明,DNA聚合酶接近TUR下限,而核糖体则远离这一界限$\sim5$倍。 这种差异源于聚合酶增强的结合鉴别能力,使其能够有效地作为优先生成正确产物的简化反应循环运行。 我们表明,接近这个极限还可以使热力学不确定性因子与速度和误差解耦,从而缓解系统的准确性-速度权衡。 总的来说,我们的结果表明,在这个简化循环极限附近运行不仅最小化了热力学不确定性,还提高了KPR电路的整体性能。
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