Дробова кооперативнiсть системи з кiлькома станами в оточуючому середовищi
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe60.11.1163Ключові слова:
irreversible kinetic processes, energy fluctuations, dissipating environment, cooperativity, Hill’s coefficient, ligand-receptor assemblyАнотація
Кооперативнiсть репрезентує тип недостатньо добре визначених величин, якi знаходять застосування в рiзних галузях фiзики, хiмiї, бiологiї, iнформатики, тощо. В цiй роботi ми визначаємо кооперативнiсть з фiзичної точки зору, пов’язуючи ї ї з наявнiстю стабiльностi для системи з кiлькома станами по вiдношенню до необоротностi. Спочатку ми редукуємо розвинення у часi такої системи до еволюцiї її двох ефективно флуктуюючих енергетичних рiвнiв рiзної розмiрностi за початкового заселення одного рiвня, деяких вiдмiнних ймовiрностей мiкроскопiчно зворотних переходiв мiж двома рiвнями, та деякою ймовiрнiстю необоротного розпаду iншого рiвня. Потiм проводимо для редукованої системи усереднення за енергiями флуктуацiй рiвнiв, що дозволяє для швидкостей мiжрiвневих переходiв точно врахувати вплив зовнiшнiх чинникiв, що контролюють положення рiвнiв та їх розмiрнiсть. Нарештi, ми демонструємо появу в цiй системi дробової кооперативностi, нормований ступiнь якої знаходиться в межах вiд 2/e до одиницi за умови, що перехiд через його нижню границю сягає нестабiльної системи, вiдновлення стабiльностi котрої потребує уповiльнення в нiй швидкостi необоротного розпаду або пришвидшення ї ї оборотних переходiв у зворотному напрямку.
Посилання
J. Gates, The Ownership Solution (Penguin, London, 1998).
J. Rothschild and J. Allen-Whitt, The Cooperative Workplace (Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1986).
H. Hotelling, Economic J. 39, 41 (1929). https://doi.org/10.2307/2224214
C. Bohr, Zentralblatt Physiol. 23, 688 (1904).
A.J. Clark, The Mode of Action of Drugs on Cells (Edward Arnold, London, 1933)
J.B.S. Haldane, Enzymes (MIT Press, Cambridge, MA, 1965).
F.C. Frank, Proc. Roy. Soc. A 215, 43 (1952). https://doi.org/10.1098/rspa.1952.0194
A.W. Adamson, J. Am. Chem. Soc. 76, 1578 (1954). https://doi.org/10.1021/ja01635a030
F.H. Stillinger and T.A. Weber, Phys. Rev. A 28, 2408 (1983). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.28.2408
K.A. Connors, Binding Constants: The Measurements of Molecular Complex Stability (Wiley, New York, 1987).
P. Hobza and R. Zahradnik, Intermolecular Complexes (Elsevier, Amsterdam, 1988).
J.-M. Lehn, Supramolecular Chemistry: Concepts and Perspectives (Wiley-VCH, Weinheim, 1995). https://doi.org/10.1002/3527607439
J.C. Dyre, Rev. Mod. Phys. 78, 953 (2006). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.78.953
A.V. Hill, J. Physiol. 40, 389 (1910). https://doi.org/10.1113/jphysiol.1910.sp001377
R. Heinrich and T.A. Rapoport, Acta Biol. Med. Ger. 31, 479 (1973).
J. H. Hofmeyr and A. Cornish-Bowden, Eur. J. Biochem. 200, 223 (1991). https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1991.tb21071.x
R. Heinrich and S. Schuster, The Regulation of Cellular Systems (Chapman and Hall, New York, 1996).
G.S. Adair, J. Biol. Chem. 63, 529 (1925).
L. Pauling, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 21, 186 (1935). https://doi.org/10.1073/pnas.21.4.186
J. Monod, J. Wyman and J.-P. Changeux, J. Mol. Biol. 12, 88 (1965). https://doi.org/10.1016/S0022-2836(65)80285-6
D.E. Koshland, Jr., G. Nemethy, and D. Filmer, Biochemistry 5, 365 (1966). https://doi.org/10.1021/bi00865a047
W.G. Bardsley and R.E. Childs, Biochem. J. 149, 313 (1975). https://doi.org/10.1042/bj1490313
J. Ricard and A. Cornish-Bowden, Eur. J. Biochem. 166, 255 (1987). https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1987.tb13510.x
A.L. Horovitz and A.R. Fersht, J. Mol. Biol. 214, 613 (1990). https://doi.org/10.1016/0022-2836(90)90275-Q
T. Shem-Ad and O. Yifrach, J. Gen. Physiol. 141, 507 (2013). https://doi.org/10.1085/jgp.201310976
A. Cornish-Bowden, FEBS J. 281, 621 (2014). https://doi.org/10.1111/febs.12469
Q. Cui and M. Karplus, Protein Sci. 17, 1295 (2008). https://doi.org/10.1110/ps.03259908
G.R. Fleming and M. Ratner, Phys. Today July, 28 (2008). https://doi.org/10.1063/1.2963009
H.E. Stanley, Rev. Mod. Phys. 71, S358 (1999). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.71.S358
K. Lindenberg and B.J. West, The Nonequilibrium Statistical Mechanics of Open and Closed Systems (Wiley-VCH, New York, 1990).
A. Rivas and S.F. Huelga, Open Quantum Systems: An Introduction (Springer, Heidelberg, 2012). https://doi.org/10.1007/978-3-642-23354-8
C.H. Fleming and B.L. Hu, Ann. Phys. 327, 1238 (2012). https://doi.org/10.1016/j.aop.2011.12.006
M.A. Miller, J.P.K. Doe, and D.J. Wales, Phys. Rev. E 60, 3701 (1999). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.60.3701
Y. Levy, J. Jortner, and R.S. Berry, Phys. Chem. Chem. Phys. 4, 5052 (2002). https://doi.org/10.1039/b203534k
J. Cao and R.J. Silbey, J. Phys. Chem. A 113, 13825 (2009). https://doi.org/10.1021/jp9032589
Y.R. Chemla, J.R. Moffitt, and C. Bustamante, J. Phys. Chem. B 112, 6025 (2008). https://doi.org/10.1021/jp076153r
A.I. Burshtein, Adv. Phys. Chem. 2009, 214219 (2009). https://doi.org/10.1155/2009/214219
G. Lindblad, Nonequilibrium Entropy and Irreversibility (Reidel, Dordrecht, 1983). https://doi.org/10.1007/978-94-009-7206-3
E.C.G. Sudarshan, Phys. Rev. A 46, 37 (1992). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.46.37
N.N. Bogoliubov, Lectures on Quantum Statistics (Gordon and Breach, New York, 1967), Vol. 1.
N.N. Bogoliubov, Lectures on Quantum Statistics (Gordon and Breach, New York, 1970), Vol. 2.
S. Nakajima, Progr. Theor. Phys. 20, 948 (1958). https://doi.org/10.1143/PTP.20.948
R. Zwanzig, J. Chem. Phys. 33, 1338 (1960). https://doi.org/10.1063/1.1731409
E.G. Petrov, Eur. Phys. J. Special Topics 216, 205 (2013). https://doi.org/10.1140/epjst/e2013-01744-0
I. Goychuk and P. Hanggi, Adv. Phys. 54, 525 (2005). https://doi.org/10.1080/00018730500429701
E.G. Petrov and V.I. Teslenko, Theor. Math. Phys. 84, 986 (1991). https://doi.org/10.1007/BF01017358
E.G. Petrov, V.I. Teslenko, and I.A. Goychuk, Phys. Rev. E 49, 3894 (1994). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.49.3894
E.G. Petrov, I.A. Goychuk, and V. May, Physica A 233, 560 (1996). https://doi.org/10.1016/S0378-4371(96)00252-X
V.I. Teslenko, E.G. Petrov, A. Verkhatsky, and O.A. Krishtal, Phys. Rev. Lett. 104, 178105 (2010). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.104.178105
E.G. Petrov and V.I. Teslenko, Chem. Phys. 375, 243 (2010). https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2010.05.029
V.I. Teslenko and O.L. Kapitanchuk, Int. J. Mod. Phys. B 27, 1350169 (2013). https://doi.org/10.1142/S0217979213501695
E. Langmann and G. Lindblad, J. Stat. Phys. 134, 749 (2009). https://doi.org/10.1007/s10955-009-9700-x
A. Nitzan, Chemical Dynamics in Condensed Phases (Oxford Univ. Press, Oxford, 2006).
R.D. Coalson, D.G. Evans, and A. Nitzan, J. Chem. Phys. 101, 436 (1994). https://doi.org/10.1063/1.468153
J. Jortner, J. Chem. Phys. 64, 4860 (1976). https://doi.org/10.1063/1.432142
J. Gunawardena, Mol. Biol. Cell 23, 517 (2012). https://doi.org/10.1091/mbc.E11-07-0643
B. Efron and R. Tibshirani, Science 253, 390 (1991). https://doi.org/10.1126/science.253.5018.390
K. Banerjee, B. Das, and G. Gangopadhyay, J. Chem. Phys. 136, 154502 (2012). https://doi.org/10.1063/1.3703505
S.S. Plotkin, J. Wang, and P.G. Wolynes, J. Phys. I 7, 395 (1997). https://doi.org/10.1051/jp1:1997168
V.N. Smelyanskiy, M.I. Dykman, H. Rabitz, and B.E. Vugmeister, Phys. Rev. Lett. 79, 3113 (1997). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.79.3113
A. Fiasconaro, B. Spagnolo, and S. Boccaletti, Phys. Rev E 72, 061110 (2005). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.72.061110
G.G. Hammes, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 79, 6881 (1982). https://doi.org/10.1073/pnas.79.22.6881
D. Alvarado, D.E. Klein, and M.A. Lemmon, Cell 142, 568 (2010). https://doi.org/10.1016/j.cell.2010.07.015
C. Czaplewski, A. Liwo, D.R. Ripoll, and H.A. Scheraga, J. Phys. Chem. B 109, 8108 (2005). https://doi.org/10.1021/jp040691b
L. Wang, R.A. Freisner, and B.J. Berne, Faraday Discuss. 146, 247 (2010). https://doi.org/10.1039/b925521b
A. Cornish-Bowden, Fundamentals of Enzyme Kinetics (Wiley-VCH, Weinheim, 2012).
H. Hooyberghs, B. Van Schaeybroeck, and J.O. Indekeu, Physica A 389, 2920 (2010). https://doi.org/10.1016/j.physa.2009.12.068
D. Wren and A.G. Bedeian, The Evolution of the Management Thought (Wiley, New York, 2009).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
