到最近的分子的预期距离是多少?

机器算法验证 可能性 期望值 空间的
2022-04-04 13:26:22

您可以假设任何简单的模型,没有碰撞/吸引力、分子直径为 0 和完美混合。

如果每 micro-m^3 分子 A 有 500 个拷贝,则每个分子 A 都有一个 125 nm x 125 nm x 125 nm 的盒子。然而,根据我的直觉,与最近邻居的预期距离应该明显小于 125 nm,因为理论体积的形状不会是完美的立方/球形。

所以我的问题是:

  • 分子 A(到最近的分子 A)之间的预期距离是多少?

背景 根据这个来源,我们在人类细胞中每微 m^3 有 1^6 种蛋白质。如果我们假设有 20.000 个基因,并且我的蛋白质比平均基因(可能根本不表达)多表达约 10 倍,那么这将是每微 m^3 500 个拷贝。

编辑:我问错了问题

实际上,我需要知道 1 个 RNA 与立方微米内最接近的 500 个蛋白质之间的预期距离(中心到中心,没有勾结)。我做了一个小的 3d 随机游走模拟,但结果与@whuber 结果完全不同。我想知道原因是稍微不同的问题还是我的模拟不准确。

在此处输入图像描述 在此处输入图像描述 在此处输入图像描述

1个回答

考虑d方面。任意点到最近邻的分布可以近似为假设N邻居独立、均匀、随机地位于距该点一个单位的半径内(其中距离单位和N选择再现分子密度;最好N很大)。

一个给定的邻居比距离更远的机会r(为了0r1) 是半径球之间的球壳的相对体积r1,等于

Sd(r)=1rd.

由于相邻位置是独立的,所有都比距离更远的机会r

SN;d(r)=(1rd)N.

这(生存函数)决定了距离的分布R到最近的邻居。 它的期望是生存函数的积分,

E[R]=01SN;d(r)dr=01(1rd)Ndr=B(N+1,1/d)/d

在哪里B是 Beta 函数

B(a,b)=Γ(a)Γ(b)Γ(a+b).

例如,这里是 50,000 个模拟值的直方图RN=5001邻居。

数字

我在上面叠加了密度函数图d/drS499;3(r)以红色显示协议,我绘制了一条垂直线以显示E[R].