一维和二维空间校对的热力学一致性反应—扩散模型

空间校对是一种通过利用空间分离的源区与读出区之间的非平衡扩散输运来增强分子辨别能力的机制。在本文中，我们引入了一个热力学自洽的反应—扩散模型，其中活性底物梯度由一个与核苷酸恒化学势库耦合的可逆激酶—磷酸酶开关自洽地产生。由此产生的化学势梯度对非平衡驱动进行显式控制，并使辨别潜力能够与微观化学速率和扩散输运联系起来。一个简单的一维分析表明，酶区分错误底物与正确底物的能力受到底物梯度限域（由磷酸酶活性控制）、跨越源区—读出区区域的扩散穿越时间以及选择性复合物解离之间微妙平衡的支配。随后，我们将该模型推广到二维区域，表明源区即激酶的定位通过塑造通向读出边界的有效扩散路径来调节空间特异性。最后，随机模拟表明，分子涨落会产生间歇性的错误读出事件，这些事件可通过一种事件加权的特异性度量来表征。有趣的是，我们发现涨落促进了向长驻留态的频繁跃迁，而在这些状态中，辨别能力优于确定性估计所预测的结果。总体而言，我们的工作强调了对空间校对进行热力学自洽描述的重要性，并阐明了能量输入、输运与空间组织如何共同塑造生化辨别。

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一种在一维和二维中空间校对的热力学一致反应—扩散模型

Tommaso Rossi， 查看 ORCID 个人资料 Thibault Fillion， 查看 ORCID 个人资料 Francesco Piazza

doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.28.741167

Tommaso Rossi 佛罗伦萨大学 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。 本文依据 CC-BY-NC-ND 4.0 国际许可协议 发布。

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发布于 2026 年 7 月 30 日。

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Tommaso Rossi， Thibault Fillion， Francesco Piazza bioRxiv 2026.07.28.741167； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.28.741167

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Tommaso Rossi， Thibault Fillion， Francesco Piazza bioRxiv 2026.07.28.741167； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.28.741167

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.28.741167v1?rss=1

🏷️ 空间校对 反应-扩散模型 热力学一致性 分子辨别 非平衡输运 随机涨落