Stochastic dynamics and energetics of biomolecular systems

Abstract

Title: Stochastic dynamics and energetics of biomolecular systems Author: Artem Ryabov Department: Department of Macromolecular Physics Supervisor: prof. RNDr. Petr Chvosta, CSc., Department of Macromolecular Physics Abstract: The thesis comprises exactly solvable models from non-equilibrium statistical physics. First, we focus on a single-file diffusion, the diffusion of particles in narrow channel where particles cannot pass each other. After a brief review, we discuss open single-file systems with absorbing boundaries. Emphasis is put on an interplay of absorption process at the boundaries and inter-particle entropic repulsion and how these two aspects affect the dynam- ics of a given tagged particle. A starting point of the discussions is the exact distribution for the particle displacement derived by order-statistics argu- ments. The second part of the thesis is devoted to stochastic thermodynam- ics. In particular, we present an exactly solvable model, which describes a Brownian particle diffusing in a time-dependent anharmonic potential. The potential has a harmonic component with a time-dependent force constant and a time-independent repulsive logarithmic barrier at the origin. For a particular choice of the driving protocol, the exact work characteristic func- tion is obtained. An asymptotic analysis of...

Název práce: Stochastická dynamika a energetika biomolekulárních systémů Autor: Artem Ryabov Katedra: Katedra makromolekulární fyziky Vedoucí disertační práce: prof. RNDr. Petr Chvosta, CSc., Katedra makro- molekulární fyziky Abstrakt: Obsahem práce jsou přesně řešitelné modely nerovnovážné stati- stické fyziky. Nejprve je studována prostorově omezená jedno-dimenzionální difúze částic s interakcí typu vyloučeného objemu. Diskutovány jsou otevřené systémy s absorpčními hranicemi a tedy s proměnným počtem částic. Dy- namika jedné vybrané částice a doba jejího záchytu absorpčními hranicemi jsou odvozeny z přesného výrazu pro hustotu pravděpodobnosti pro polohu částice. Hlavními důsledky interakce jsou změny dynamických exponentů, výrazné zpomalení difúzní dynamiky a změny časových škál popisujících proces absorpce ve srovnání s referenčním souborem neinteragujících čás- tic. Druhá část práce je zaměřena na stochastickou termodynamiku malých systémů. V této části je zformulován a přesně vyřešen experimentálně rel- evantní model Brownova pohybu v anharmonickém časově závislém poten- ciálu. Potenciál je složen ze dvou komponent, časově závislé harmonické části a časově nezávislé logaritmické bariéry v počátku souřadnic. Cílem je vypočítat hustotu pravděpodobnosti pro práci vykonanou na částici vnější silou. Pro...