Broken detailed balance at mesoscopic scales in active biological systems.
Broken detailed balance at mesoscopic scales in active biological systems.
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DOI：
10.1126/science.aac8167
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发表时间：
2016-04-29
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
MacKintosh FC
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Battle C;Broedersz CP;Fakhri N;Geyer VF;Howard J;Schmidt CF;MacKintosh FC
处于热力学平衡状态的系统不仅具有与时间无关的宏观性质，而且在微观构型之间的转换中满足详细平衡原理。生命系统的功能不平衡，其特征是通过化学状态的定向通量，这违反了分子尺度上的详细平衡。在这里，我们介绍了一种方法来探测破碎的详细平衡，并证明了这种非平衡动力学是如何在介观尺度上表现出来的。莱茵衣藻鞭毛的周期性跳动在形状相空间中表现出概率通量。通过一个模型，我们展示了如何在没有周期运动的平稳、非平衡随机系统中量化详细平衡的破坏。我们进一步在上皮细胞原代纤毛的非周期性波动中证明了这种细节平衡的破坏。我们的分析提供了一种通用的工具来识别细胞和组织中的非平衡动力学。
Systems in thermodynamic equilibrium are not only characterized by time-independent macroscopic properties, but also satisfy the principle of detailed balance in the transitions between microscopic configurations. Living systems function out of equilibrium and are characterized by directed fluxes through chemical states, which violate detailed balance at the molecular scale. Here we introduce a method to probe for broken detailed balance and demonstrate how such nonequilibrium dynamics are manifest at the mesosopic scale. The periodic beating of an isolated flagellum from Chlamydomonas reinhardtii exhibits probability flux in the phase space of shapes. With a model, we show how the breaking of detailed balance can also be quantified in stationary, nonequilibrium stochastic systems in the absence of periodic motion. We further demonstrate such broken detailed balance in the nonperiodic fluctuations of primary cilia of epithelial cells. Our analysis provides a general tool to identify nonequilibrium dynamics in cells and tissues.
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影响因子：
11.8
作者：
Antoniades, Ioanna;Stylianou, Panayiota;Skourides, Paris A.
通讯作者：
Skourides, Paris A.
DOI：
10.1016/s0022-5320(61)80019-1
发表时间：
1961-01-01
期刊：
JOURNAL OF ULTRASTRUCTURE RESEARCH
影响因子：
--
作者：
BARNES, BG
通讯作者：
BARNES, BG
影响因子：
3.5
作者：
Bustamante, C;Liphardt, J;Ritort, F
通讯作者：
Ritort, F
影响因子：
0.9
作者：
PURCELL, EM
通讯作者：
PURCELL, EM
细胞质扩散：分子电机将其混合。
影响因子：
7.8
作者：
Brangwynne, Clifford P.;Koenderink, Gijsje H.;MacKintosh, Frederick C.;Weitz, David A.
通讯作者：
Weitz, David A.