Entropi forklarer RNA -diffusionshastigheder i celler

Nylige undersøgelser har afsløret, at i celler i både gær og bakterier, diffusionshastighederne for RNA -proteiner - komplekse molekyler, der formidler vigtig information i hele cellen - fordeles i karakteristiske eksponentielle mønstre. Det viser sig, disse mønstre viser den højest mulige grad af lidelse, eller 'entropi', af alle mulige diffusionsprocesser i cellen.

I ny forskning offentliggjort i European Physical Journal B , Yuichi Itto ved Aichi Institute of Technology i Japan udforsker denne adfærd yderligere ved at zoome ind for at studere lokale udsving i diffusionshastighederne for RNA -proteiner. Ved at knytte disse små diffusionshastigheder til tidsvarierende værdier for entropi, han finder, at hastighederne for ændring af entropi i bestemte tidsintervaller er større i områder med højere RNA -diffusionshastigheder.

Ittos arbejde giver ny indsigt i de komplekse biokemiske processer, der foregår inde i celler. Dette arbejde kunne sætte forskere i stand til at lægge strengere matematiske begrænsninger på måderne, hvorpå de fungerer. Han viser også, at RNA's diffusive dynamik er analog med termodynamisk adfærd i større systemer. Hans beregninger indebærer, at forskellene i tidsvarierende entropi i forskellige dele af en celle er direkte sammenlignelige med de tidsvarierende forskelle i temperatur som følge af varmestrømmen gennem termiske systemer. Itto afledte denne adfærd ved hjælp af en række matematiske ligninger. Disse relaterer RNA-diffusionshastigheder på små skalaer med deres efterfølgende diffusionsvarierende entropihastigheder.

Takket være denne tilgang, han har nu med succes afledt de karakteristiske eksponentielle mønstre af RNA -diffusionshastigheder, med udgangspunkt i grundlæggende matematik. For første gang, hans fund understøtter tidligere observationer af, at inden for gær- og bakterieceller, RNA -diffusion repræsenterer den maksimalt mulige distribution af entropi.