Flow of Energy and Information in Molecular Machines

分子机器 非平衡态热力学 能量流 能量(信号处理) 统计物理学 计算机科学 推论 光学(聚焦) 信息论 生物系统 纳米技术 物理 人工智能 材料科学 热力学 生物 数学 量子力学 统计 光学
作者
Matthew P. Leighton,David A. Sivak
出处
期刊:Annual Review of Physical Chemistry [Annual Reviews]
标识
DOI:10.1146/annurev-physchem-082423-030023
摘要

Molecular machines transduce free energy between different forms throughout all living organisms. Unlike their macroscopic counterparts, molecular machines are characterized by stochastic fluctuations, overdamped dynamics, and soft components, and operate far from thermodynamic equilibrium. In addition, information is a relevant free energy resource for molecular machines, leading to new modes of operation for nanoscale engines. Toward the objective of engineering synthetic nanomachines, an important goal is to understand how molecular machines transduce free energy to perform their functions in biological systems. In this review, we discuss the nonequilibrium thermodynamics of free energy transduction within molecular machines, with a focus on quantifying energy and information flows between their components. We review results from theory, modeling, and inference from experiments that shed light on the internal thermodynamics of molecular machines, and ultimately explore what we can learn from considering these interactions.

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