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Cell Development obeys Maximum Fisher Information

机译:单元开发服从最大的Fisher信息

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摘要

Eukaryotic cell development has been optimized by natural selection to obey maximal intracellular flux of messenger proteins. This, in turn, implies maximum Fisher information on angular position about a target nuclear pore complex (NPR). The cell is simply modeled as spherical, with cell membrane (CM) diameter 10μm and concentric nuclear membrane (NM) diameter 6μm. The NM contains ≈ 3000 nuclear pore complexes (NPCs). Development requires messenger ligands to travel from the CM-NPC-DNA target binding sites. Ligands acquire negative charge by phosphorylation, passing through the cytoplasm over Newtonian trajectories toward positively charged NPCs (utilizing positive nuclear localization sequences). The CM-NPC channel obeys maximized mean protein flux F and Fisher information I at the NPC, with first-order δI = 0 and approximate 2nd-order δ2I ≈ 0 stability to environmental perturbations. Many of its predictions are confirmed, including the dominance of protein pathways of from 1–4 proteins, a 4nm size for the EGFR protein and the flux value F ≈1016 proteins/m2-s. After entering the nucleus, each protein ultimately delivers its ligand information to a DNA target site with maximum probability, i.e. maximum Kullback-Liebler entropy HKL. In a smoothness limit HKL → IDNA/2, so that the total CM-NPC-DNA channel obeys maximum Fisher I. Thus maximum information → non-equilibrium, one condition for life.
机译:真核细胞的发育已通过自然选择得到优化,以遵守信使蛋白的最大细胞内通量。反过来,这意味着关于目标核孔复合体(NPR)的角位置的最大Fisher信息。简单地将细胞建模为球形,细胞膜(CM)直径为10μm,同心核膜(NM)直径为6μm。 NM包含约3000个核孔复合物(NPC)。开发需要信使配体从CM-NPC-DNA目标结合位点迁移。配体通过磷酸化获得负电荷,通过牛顿轨迹上的细胞质流向带正电荷的NPC(利用正核定位序列)。 CM-NPC通道在NPC处具有最大的平均蛋白通量F和Fisher信息I,其中一阶δI= 0且近似二阶δ 2 I≈0对环境扰动的稳定性。它的许多预测得到了证实,包括从1-4种蛋白质的蛋白质途径的优势,EGFR蛋白质的4nm大小和通量值F≈10 16 蛋白质/ m 2 < / sup> -s。进入细胞核后,每种蛋白质最终以最大的概率(即最大的Kullback-Liebler熵HKL)将其配体信息传递至DNA靶位点。在平滑度极限HKL→IDNA / 2中,使得CM-NPC-DNA通道总数服从最大FisherI。因此,最大信息→非平衡是生命的一种条件。

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