نمذجة الانتشار بين المناطق ذات معامل الانتشار المختلف

تتضمن الأنظمة البيولوجية غالبًا مناطق مكانية بمعاملات انتشار مختلفة. يُعد المحاكاة الصريحة لأسبابها الفيزيائية مكلفة حسابيًا، لذا يُفضل عادةً تغيير هذه المعاملات ببساطة. يثير هذا السؤال حول كيفية معالجة الحدود بين المناطق. يبدو جعلها قابلة للاختراق تمامًا في كلا الاتجاهين معقولًا بديهيًا، ولكنه يتسبب في محاكاة حركة الجزيئات كانتشار نشط، مما يعني أنها تنشأ من الطاقة التي تُضاف باستمرار إلى النظام؛ في هذه الحالة، تتراكم الجزيئات على الجانب البطيء الانتشار. ومع ذلك، فإن حركة الجزيئات في معظم الأنظمة البيوكيميائية يُوصَف بشكل أفضل على أنها انتشار حراري، مما يعني أنها تحدث حتى عند التوازن. يمكن محاكاتها عن طريق تقليل احتمال الانتقال إلى الجانب البطيء الانتشار، مما ينتج عنه النتيجة الصحيحة التي تنص على أن معاملات الانتشار المتغيرة مكانيًا الناشئة عن ازدحام الجزيئات الكبرى، أو تغيرات في اللزوجة، أو تأثيرات أخرى محايدة للطاقة لا تؤثر على تركيزات الجزيئات عند التوازن. يقدم هذا العمل معاملات انتقال ومعادلات احتمال الانتقال لمحاكاة الانتشار الحراري، بما في ذلك الحالات التي تحتوي على اختلافات في الطاقة الحرة و/أو استبعاد الحجم بواسطة الجزيئات الكبيرة. تم تنفيذها في برنامج المحاكاة القائم على الجزيئات Smoldyn.