Teoría de interfaz aguda auto-consistente de la dinámica de condensados activos

Los condensados biomoleculares ayudan a organizar el citoplasma y el nucleoplasma de la célula en compartimentos espaciales con diferentes composiciones químicas. Una característica clave de este patrón composicional es el enriquecimiento local de biomoléculas enzimáticamente activas que, después de un enlace transitorio a través de interacciones moleculares, catalizan reacciones entre sus sustratos. De este modo, los condensados biomoleculares proporcionan una plantilla espacial para perfiles de concentración no uniformes de sustratos. A su vez, los perfiles de concentración de los sustratos, y sus interacciones moleculares con las enzimas, impulsan flujos enzimáticos que pueden permitir dinámicas no equilibradas novedosas. Para analizar esta clase genérica de sistemas, con un enfoque actual en el movimiento de gotas autopropulsadas, desarrollamos aquí una teoría de interfaz aguda auto-consistente. En nuestra teoría, divergimos del enfoque habitual de abajo hacia arriba, que implica calcular la dinámica de los perfiles de concentración basado en un gradiente de potencial químico dado. En su lugar, reminiscentes de la teoría de control, tomamos el enfoque inverso al derivar el perfil de potencial químico y los flujos de enzimas necesarios para mantener una forma y dinámica de condensado deseadas. El perfil de potencial químico y las corrientes de enzimas vienen con una tasa de disipación de energía correspondiente, lo que nos permite derivar un criterio de consistencia termodinámica para la parte pasiva del sistema (aquí, interacciones recíprocas entre enzimas). Como caso de uso inicial de nuestra teoría, estudiamos el papel de las interacciones recíprocas, donde el transporte de sustratos debido a reacciones y difusión es, en parte, compensado por la redistribución debida a interacciones moleculares. Más generalmente, nuestra teoría se aplica a sistemas de materia activa conservados en masa con fronteras de fase en movimiento. Publicado por la American Physical Society 2024.