مسار ذو حالتين

المسار ذو الحالتين (يُسمى أيضًا مسارًا زمنيًا ذو حالتين أو مسارًا ذو حالتين ) هو إشارة ديناميكية تتذبذب بين قيمتين متميزتين: تشغيل وإيقاف، مفتوح ومغلق.إلخ. رياضياً، الإشارةلكلإما القيمةأو.
في معظم التطبيقات، تكون الإشارة عشوائية ؛ ومع ذلك، يمكن أن تحتوي على مكونات تشغيل/إيقاف حتمية . المسار الحتمي تمامًا ذو الحالتين هو موجة مربعة . هناك طرق عديدة لإنشاء إشارة ذات حالتين، مثل قلب قطعة نقدية بشكل متكرر.
يُعد المسار العشوائي ثنائي الحالة من أبسط العمليات العشوائية. وتشمل التوسعات: المسارات ثلاثية الحالة، والمسارات ذات الحالات المنفصلة الأعلى، والمسارات المستمرة في أي بُعد. [ 1 ]
مساران لحالة الفيزياء الحيوية والمجالات ذات الصلة
تُعدّ مسارات الحالة الثنائية شائعة جدًا. نركز هنا على المسارات ذات الصلة في التجارب العلمية: والتي تُلاحظ في قياسات الكيمياء والفيزياء والفيزياء الحيوية للجزيئات الفردية [ 2 ] [ 3 ] (مثل قياسات ديناميكيات البروتين وديناميكيات الحمض النووي DNA وRNA ، [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] ونشاط قنوات الأيونات ، [ 9 ] [ 10 ] ونشاط الإنزيمات ، [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [14 ] [ 15 ] والنقاط الكمومية [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] ) . ومن خلال هذه التجارب ، يُسعى إلى إيجاد النموذج الصحيح الذي يُفسر العملية المقاسة. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] سنشرح فيما يلي مختلف الأنظمة ذات الصلة.
قنوات الأيونات
بما أن قناة الأيونات إما مفتوحة أو مغلقة، فعند تسجيل عدد الأيونات التي تمر عبر القناة مع مرور الوقت، يتم ملاحظة مسار ثنائي الحالة للتيار مقابل الوقت.
الإنزيمات
هنا، توجد عدة تجارب ممكنة لدراسة نشاط الإنزيمات الفردية باستخدام إشارة ثنائية الحالة. على سبيل المثال، يمكن ابتكار ركيزة لا تُصدر ضوءًا إلا عند تنشيطها (بنبضة ليزر) أثناء نشاط الإنزيم. بالتالي، في كل مرة ينشط فيها الإنزيم، نلاحظ انبعاثًا من الفوتونات خلال الفترة الزمنية التي يكون فيها جزيء الناتج في منطقة الليزر.
ديناميكيات الجزيئات البيولوجية
تُدرس التغيرات البنيوية للجزيئات في أنواع مختلفة من التجارب، ومنها نقل طاقة رنين فورستر . في كثير من الحالات، يُلاحظ مسار زمني يتذبذب بين عدة حالات محددة وواضحة.
النقاط الكمومية
هناك نظام آخر يتذبذب بين حالة التشغيل وحالة الإيقاف، وهو النقطة الكمومية . هنا، تحدث التذبذبات لأن الجزيء إما في حالة ينبعث منها فوتونات أو في حالة مظلمة لا تنبعث منها فوتونات (تتأثر الديناميكيات بين الحالات أيضًا بتفاعلاتها مع البيئة المحيطة).
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ إرهان سينلار (1975). مقدمة في العمليات العشوائية . برنتيس هول، نيوجيرسي. ISBN 978-0-486-49797-6.
- ↑ مورنر، دبليو إي؛ أوريت، إم (1999). "إضاءة الجزيئات المفردة في المادة المكثفة". مجلة ساينس . 283 (5408): 1670-1676 . رمز Bibcode : 1999Sci...283.1670M . doi : 10.1126/science.283.5408.1670 . PMID 10073924 .
- ↑ فايس، شيمون (1999). "مطيافية التألق للجزيئات الحيوية المفردة". مجلة ساينس . 283 (5408): 1676-1683 . Bibcode : 1999Sci...283.1676W . doi : 10.1126/science.283.5408.1676 . PMID 10073925 .
- ↑ شولر، بنيامين؛ ليبمان، إيفريت أ.؛ إيتون، ويليام أ. (2002). "استكشاف سطح الطاقة الحرة لطي البروتين باستخدام مطيافية التألق لجزيء واحد" . نيتشر . 419 ( 6908): 743-747 . Bibcode : 2002Natur.419..743S . doi : 10.1038/nature01060 . PMID 12384704. S2CID 1356830 .
- ↑ يانغ، هاو؛ لو، غوبين؛ كارنشانافانوراتش، بالوب؛ لوي، تاي-مان؛ ريتش، إيفان؛ كوفا، سيرجيو؛ شون، لويينغ؛ شي، إكس. سوني (2003). "ديناميكيات التشكيل البروتيني التي تم فحصها عن طريق نقل الإلكترون لجزيء واحد". مجلة ساينس . 302 (5643): 262-266 . Bibcode : 2003Sci...302..262Y . doi : 10.1126/science.1086911 . PMID 14551431. S2CID 18706150 .
- ↑ مين، وي؛ لو، غوبين؛ شيرايل، بيني جيه؛ كو، إس سي؛ شي، إكس. سوني (2005). "ملاحظة نواة ذاكرة قانون القوة للتقلبات داخل جزيء بروتين واحد". رسائل المراجعة الفيزيائية . 94 (19) 198302. رمز Bibcode : 2005PhRvL..94s8302M . doi : 10.1103/PhysRevLett.94.198302 . PMID 16090221 .
- ↑ رودز، إليزابيث؛ جوساكوفسكي، يوجين؛ هاران، جلعاد (2003). "مراقبة طي البروتينات جزيئًا جزيئًا" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 100 (6): 3197-202 . Bibcode : 2003PNAS..100.3197R . doi : 10.1073 /pnas.2628068100 . JSTOR 3139336. PMC 152269. PMID 12612345 .
- ↑ تشوانغ، إكس؛ كيم، إتش؛ بيريرا، إم جيه؛ بابكوك، إتش بي؛ والتر، إن جي؛ تشو، إس (2002). "ربط الديناميكيات الهيكلية والوظيفة في جزيئات الريبوزيم المفردة". مجلة ساينس . 296 (5572): 1473-1476 . Bibcode : 2002Sci...296.1473Z . doi : 10.1126/science.1069013 . PMID 12029135. S2CID 9459136 .
- ↑ نيهر، إروين؛ ساكمان، بيرت (1976). "تيارات القناة المفردة المسجلة من غشاء ألياف عضلية منزوعة العصب في الضفدع". مجلة نيتشر . 260 (5554): 799-802 . Bibcode : 1976Natur.260..799N . doi : 10.1038/260799a0 . PMID 1083489. S2CID 4204985 .
- ↑ كاسيانوفيتش، جون جيه؛ براندين، إريك؛ برانتون، دانيال ؛ ديمر، ديفيد دبليو. (1996). " توصيف جزيئات عديد النوكليوتيدات الفردية باستخدام قناة غشائية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 93 (24): 13770-13773 . Bibcode : 1996PNAS ... 9313770K . doi : 10.1073/pnas.93.24.13770 . JSTOR 40976. PMC 19421. PMID 8943010 .
- ↑ لو، إتش بي؛ شون، إل؛ شي، إكس إس (1998). "ديناميكيات الإنزيمات على مستوى الجزيء الواحد". مجلة ساينس . 282 (5395): 1877-1882 . رمز Bibcode : 1998Sci...282.1877P . doi : 10.1126/science.282.5395.1877 . PMID 9836635 .
- ↑ إدمان، لارس؛ فولديس-باب، زينو؛ وينمالم، ستيفان؛ ريغلر، رودولف (1999). "الإنزيم المتذبذب: منهج الجزيء الواحد". الفيزياء الكيميائية . 247 (1): 11-22 . Bibcode : 1999CP....247...11E . doi : 10.1016/S0301-0104(99)00098-1 .
- ↑ فيلونيا، كيلي؛ فلومينبوم، أوفير؛ لوس، ديفي؛ ماسو، ساداهيرو؛ كوتليه، ميرسيا؛ إنجلبورغس، إيف؛ هوفكينز، يوهان؛ روان، آلان إي؛ وآخرون . (2005). "حركية الإنزيم الواحد للتحلل المائي المحفز بواسطة CALB". Angewandte Chemie International Edition . 44 (4): 560–4 . doi : 10.1002/anie.200460625 . PMID 15619259 .
- ↑ فلومنبوم، أ.؛ فيلونيا، ك.؛ لوس، د.؛ ماسو، س.؛ كوتليت، م.؛ إنجلبورغس، ي.؛ هوفكينز، ج.؛ روان، أ.إ.؛ وآخرون . (2005). "الانحلال الأسي الممتد والارتباطات في النشاط التحفيزي لجزيئات الليباز المفردة المتذبذبة" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 102 (7): 2368-2372 . Bibcode : 2005PNAS..102.2368F . doi : 10.1073/pnas.0409039102 . PMC 548972. PMID 15695587 .
- ↑ إنجلش، برايان ب؛ مين، وي؛ فان أويجن، أنطوان م؛ لي، كانغ تايك؛ لو، غوبين؛ صن، هونغيه؛ شيرايل، بيني ج؛ كو، إس سي؛ شي، إكس سوني (2005). "جزيئات إنزيمية مفردة دائمة التذبذب: إعادة النظر في معادلة مايكليس-مينتين". مجلة نيتشر للكيمياء الحيوية . 2 (2): 87-94 . doi : 10.1038/nchembio759 . PMID 16415859. S2CID 2201882 .
- ↑ ني، س؛ تشيو، د؛ زاري، ر. (1994). "فحص الجزيئات الفردية باستخدام مجهر التألق البؤري". مجلة ساينس . 266 (5187): 1018-21 . رمز Bibcode : 1994Sci...266.1018N . doi : 10.1126/science.7973650 . PMID 7973650 .
- ↑ شميدت، أولريش؛ فايس، ماتياس (2011). "الانتشار الشاذ للبروتينات الغشائية المتعددة الوحدات". مجلة الفيزياء الكيميائية . 134 (16): 165101. Bibcode : 2011JChPh.134p5101S . doi : 10.1063/1.3582336 . PMID 21528980 .
- ↑ زوموفين، جيرت؛ هولباين، يوهانس؛ هوبنر، كريستيان (2004). "التكرار وإحصاءات الفوتونات في مطيافية تقلبات التألق". رسائل المراجعة الفيزيائية . 93 (26) 260601. رمز Bibcode : 2004PhRvL..93z0601Z . doi : 10.1103/PhysRevLett.93.260601 . PMID 15697961 .
- ↑ كوهين، آدم إي؛ مورنر، دبليو إي (2006). "كبح الحركة البراونية للجزيئات الحيوية الفردية في المحلول" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 103 (12): 4362-5 . Bibcode : 2006PNAS..103.4362C . doi : 10.1073/pnas.0509976103 . JSTOR 30048946. PMC 1450176. PMID 16537418 .
- ↑ مورنر، دبليو إي؛ ديكسون، روبرت إم؛ كوبيت، أندرو بي؛ تسين، روجر واي (1997). " وميض وإيقاف وسلوك التبديل لجزيئات مفردة من البروتين الفلوري الأخضر" . نيتشر . 388 (6640): 355-358 . Bibcode : 1997Natur.388..355D . doi : 10.1038/41048 . PMID 9237752. S2CID 4313830 .
- ↑ تشونغ، إينهي؛ باويندي، مونجي (2004). "العلاقة بين تقطع النقاط الكمومية المفردة واضمحلال شدة التألق من مجموعات النقاط". مجلة Physical Review B. 70 ( 16) 165304. Bibcode : 2004PhRvB..70p5304C . doi : 10.1103/PhysRevB.70.165304 .
- ↑ باور، آر جيه؛ باومان، بي إف؛ كينيون، جيه إل (1987). "نظرية التحليل الحركي لبيانات التثبيت الموضعي" . مجلة الفيزياء الحيوية . 52 (6): 961-78 . Bibcode : 1987BpJ....52..961B . doi : 10.1016/ S0006-3495 (87)83289-7 . PMC 1330095. PMID 2447973 .
- ↑ كينكر، ب. (1989). "تكافؤ نماذج ماركوف المجمعة لبوابات قنوات الأيونات". وقائع الجمعية الملكية ب: العلوم البيولوجية . 236 ( 1284): 269-309 . Bibcode : 1989RSPSB.236..269K . doi : 10.1098 / rspb.1989.0024 . JSTOR 2410562. PMID 2471201. S2CID 29761646 .
- ↑ فريدكين، دونالد ر.؛ رايس، جون أ . (1986). "حول عمليات ماركوف المجمعة". مجلة الاحتمالات التطبيقية . 23 (1): 208-214 . doi : 10.2307/3214130 . JSTOR 3214130. S2CID 123503233 .
- ↑ كولكوهون، د.؛ هوكس، أ. ج. (1982). "حول الخصائص العشوائية لانفجارات فتح قنوات الأيونات المفردة ومجموعات الانفجارات". المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية ب: العلوم البيولوجية . 300 (1098): 1-59 . Bibcode : 1982RSPTB.300....1C . doi : 10.1098/rstb.1982.0156 . JSTOR 2395924. PMID 6131450 .
- ↑ سونغ، ل.؛ ماغليبي، ك. ل. (1994). "اختبار قابلية الانعكاس المجهرية في بوابات قنوات البوتاسيوم الكبيرة باستخدام توزيعات زمن الإقامة ثنائية الأبعاد" . مجلة الفيزياء الحيوية . 67 (1): 91-104 . Bibcode : 1994BpJ....67...91S . doi : 10.1016/S0006-3495(94)80458-8 . PMC 1225338. PMID 7919030 .
- ↑ تشين، فينغ؛ أورباخ، أنتوني؛ ساكس، فريدريك (2000). "نمذجة ماركوف المخفية لحركية القناة المفردة مع الترشيح والضوضاء المترابطة" . مجلة الفيزياء الحيوية . 79 (4): 1928-1944 . Bibcode : 2000BpJ....79.1928Q . doi : 10.1016/S0006-3495(00)76442-3 . PMC 1301084. PMID 11023898 .
- ↑ برونو، دبليو جيه؛ يانغ، جيه؛ بيرسون، جيه إي (2005). "استخدام انتقالات مستقلة من الفتح إلى الإغلاق لتبسيط نماذج ماركوف المجمعة لحركية فتح قنوات الأيونات" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 102 (18): 6326-31 . Bibcode : 2005PNAS..102.6326B . doi : 10.1073 / pnas.0409110102 . JSTOR 3375322. PMC 1088360. PMID 15843461 .
- ↑ فلومنبوم، أو.؛ سيلبي، آر. جيه. (2006). "استخدام محتوى المعلومات في مسارات الحالة الثنائية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 103 (29): 10907-10910 . arXiv : q-bio/0703013 . Bibcode : 2006PNAS..10310907F . doi : 10.1073/pnas.0604546103 . JSTOR 30049381. PMC 1544147. PMID 16832051 .
- ↑ فلومنبوم، أوفير؛ كلافتير، جوزيف؛ سزابو، أتيلا (2005). "ما الذي يمكن تعلمه من مسارات الجزيئات المفردة ثنائية الحالة؟" . مجلة الفيزياء الحيوية . 88 (6): 3780-3783 . arXiv : q-bio/0502006 . Bibcode : 2005BpJ....88.3780F . doi : 10.1529/biophysj.104.055905 . PMC 1305612. PMID 15764653 .
- ↑ فلومنبوم، أو.؛ سيلبي، آر. جيه. (2008). "مجموعة أدوات لتحليل المسارات المحدودة ثنائية الحالة". مجلة Physical Review E. 78 ( 6) 066105. arXiv : 0802.1520 . Bibcode : 2008PhRvE..78f6105F . doi : 10.1103/PhysRevE.78.066105 . PMID 19256903. S2CID 16196911 .
- ↑ فلومنبوم، أوفير (2011). "تحقيق ذلك: بناء آلية موثوقة من مسار محدود" . في: كوماتسوزاكي، تاميكي؛ كاواكامي، ماسارو؛ تاكاهاشي، ساتوشي؛ يانغ، هاو؛ سيلبي، روبرت ج. (محررون). الفيزياء الحيوية للجزيئات المفردة: التجربة والنظرية، المجلد 146. سلسلة التقدم في الفيزياء الكيميائية. المجلد 146. الصفحات 367-393 . arXiv : 0912.3952 . doi : 10.1002 /9781118131374.ch13 . ISBN 978-1-118-13137-4. S2CID 15743989 .
- الميكانيكا الإحصائية
- العمليات العشوائية
