Dissipação de Energia e Correlações de Ruído na Sensoriamento Bioquímico

Para medir concentrações químicas, as células precisam extrair informações de sinais de receptores estocásticos por meio de redes de sinalização que também são inherentemente estocásticas. Aqui, estudamos como a precisão da sensoriamento depende das correlações entre essas fontes de ruído extrínsecas e intrínsecas. Descobrimos que a precisão do sensoriamento de redes de sinalização que não estão fora de equilíbrio é fundamentalmente limitada pelo teorema de flutuação-dissipação, que gera um compromisso entre a remoção de ruído extrínseco e intrínseco. Como resultado, a precisão do sensoriamento de sistemas em equilíbrio é limitada pelo número de receptores; a rede a jusante nunca pode melhorar o sensoriamento. Para superar o compromisso, a dissipação de energia é essencial. Isso permite que o receptor transduza o sinal como um catalisador e possibilita a integração temporal do estado do receptor. Para superar o limite de sensoriamento de sistemas em equilíbrio, uma rede de sinalização canônica fora do equilíbrio baseada no motivo push-pull precisa dissipar pelo menos 1k₁T por receptor.