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A solution to the subdiffusion-efficiency paradox inactive states enhance reaction efficiency at subdiffusion conditions in living cells

  • Macromolecular crowding in living biological cells effects subdiffusion of larger biomolecules such as proteins and enzymes. Mimicking this subdiffusion in terms of random walks on a critical percolation cluster, we here present a case study of EcoRV restriction enzymes involved in vital cellular defence. We show that due to its so far elusive propensity to an inactive state the enzyme avoids non-specific binding and remains well-distributed in the bulk cytoplasm of the cell. Despite the reduced volume exploration capability of subdiffusion processes, this mechanism guarantees a high efficiency of the enzyme. By variation of the non-specific binding constant and the bond occupation probability on the percolation network, we demonstrate that reduced nonspecific binding are beneficial for efficient subdiffusive enzyme activity even in relatively small bacteria cells. Our results corroborate a more local picture of cellular regulation.

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Verfasserangaben:L. E. Sereshki, M. A. Lomholt, Ralf MetzlerORCiDGND
DOI:https://doi.org/10.1209/0295-5075/97/20008
ISSN:0295-5075
Titel des übergeordneten Werks (Englisch):epl : a letters journal exploring the frontiers of physics
Verlag:EDP Sciences
Verlagsort:Mulhouse
Publikationstyp:Wissenschaftlicher Artikel
Sprache:Englisch
Jahr der Erstveröffentlichung:2012
Erscheinungsjahr:2012
Datum der Freischaltung:26.03.2017
Band:97
Ausgabe:2
Seitenanzahl:6
Fördernde Institution:Deutsche Forschungsgemeinschaft; Center for Nanoscience; Academy of Finland; Danish National Research Foundation
Organisationseinheiten:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik und Astronomie
Peer Review:Referiert
Verstanden ✔
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