生物分子凝聚体中相分离与主动过程的自洽模型

生物分子凝聚体被认为通过在空间和时间上调控生化反应物，在细胞组织化过程中发挥关键作用。凝聚体边界上持续存在的分子通量，以及参与相分离的分子介入诸如 ATP 水解等主动化学反应这一事实，都要求对其进行非平衡描述。在此，我们提出了一个自洽框架，其中扩散—漂移动力学与化学反应通过条件自由能相耦合，而该条件自由能被定义为化学势中的超额贡献。自洽性通过如下方式实现：从同一个支配分子相互作用与相分离的自由能泛函中导出这一量。我们将该框架应用于一个最小化的客户体—支架体系统，并研究主动化学过程与相分离在稳态下如何相互作用。由此，我们的方法重现了先前为非平衡稳态通量的出现所识别出的基本规律。模型表明，涉及支架体分子的主动反应能够调控凝聚体的相行为。此外，非平衡稳态通量在相分离区与均一相区之间的边界附近达到最大，这表明维持分子输运的凝聚体可能在接近其稳定性阈值的条件下运行。在同一区域，客户体通量也得到增强，揭示了支架体活性与客户体输运之间的一种间接耦合。这些结果为发展关于化学活性凝聚体的更为详细的理论提供了基础。

生物分子凝聚体被认为通过在空间和时间上调控生化反应物，在细胞组织中发挥关键作用。凝聚体边界上的持续分子通量，以及参与相分离的分子介入诸如 ATP 水解等活性化学反应这一事实，都要求采用非平衡描述。在此，我们提出了一个自洽框架，其中扩散—漂移动力学与化学反应通过条件自由能相耦合，而条件自由能被定义为对化学势的超额贡献。通过从同一个支配分子相互作用与相分离的自由能泛函中导出这一量，实现了该框架的自洽性。

我们将该框架应用于一个最小化的客户体—支架体系统，并研究活性化学过程与相分离在稳态下如何相互作用。由此，我们的方法再现了先前所识别的、非平衡稳态通量产生的基本规律。模型表明，涉及支架体分子的活性反应能够调控凝聚体的相行为。此外，非平衡稳态通量在相分离区域与均相区域之间的边界附近达到最大，这表明维持分子运输的凝聚体可能工作在接近其稳定性阈值的状态。在同一区域内，客户体通量也得到增强，揭示了支架体活性与客户体运输之间的间接耦合。这些结果为发展关于化学活性凝聚体的更为细致的理论提供了基础。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.01.729289v1?rss=1

🏷️ 生物分子凝聚体 相分离 非平衡稳态 主动化学反应 扩散-漂移动力学 理论模型