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15.1: Reducción de dimensionalidad

  • Page ID
    69648
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    Un enfoque que no requiere entrada de energía funciona al reconocer que el desplazamiento es más rápido en sistemas con dimensionalidad reducida. Pensemos en el tiempo que lleva encontrar difusivamente un pequeño objetivo fijo en un gran volumen, y cómo esto depende de la dimensionalidad de la búsqueda. Analizaremos el tiempo medio del primer paso para encontrar un objetivo pequeño con radio b centrado en un volumen esférico con radio R, donde Rb Si las moléculas se distribuyen inicialmente de manera uniforme dentro del volumen, el tiempo promedio que tardan en encontrarse con el objetivo (es decir, MFPT) es 1

    clipboard_e2e148441c367644d9d84ab6057b3291a.png\( \begin{aligned} &\langle \tau_{3D} \rangle \simeq \dfrac{R^2}{3D_3} \left( \dfrac{R}{b} \right) \qquad \qquad R \gg b \\ &\langle \tau_{2D} \rangle \simeq \dfrac{R^2}{2D_2} \ln \left( \dfrac{R}{b} \right) \qquad \: \: \: \: \: \: R \gg b \\ &\langle \tau_{1D} \rangle \simeq \dfrac{R^2}{3D_1} \end{aligned} \)

    Aquí D n son las constantes de difusión en n dimensiones (cm 2 /seg). Si asumimos que la magnitud de D no varía mucho con n, los términos principales en estas expresiones son aproximadamente iguales, y las grandes diferencias están en el último factor

    \( \left( \dfrac{R}{b} \right) > \ln \left( \dfrac{R}{b} \right) \gg 1 \)

    \( \langle \tau_{3D} \rangle > \langle \tau_{2D} \rangle \gg \langle \tau_{1D} \rangle\)

    Con base en el volumen que necesita buscar, puede haber una tremenda ventaja para bajar la dimensionalidad.

    _______________________________________________

    1. O. G. Berg y P. H. von Hippel, Interacciones macromoleculares controladas por difusión, Annu. Rev. Biofías. Biofías. Chem. 14, 131-158 (1985); H. C. Berg y E. M. Purcell, Física de la quimiorrecepción, Biophys. J. 20, 193-219 (1977).

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