【摘 要】
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生物体内的许多生物过程都是在耗散、失衡的条件下进行的,例如细胞分裂、信号转导以及细胞运动。这些耗散过程暂态的时间（即处于高能态的时间）都被体内分子元件精确控制。因此在体外构建具有精确时间控制的耗散体系对于合成生物学与仿生研究都具有重要的意义。但是目前体外构建的能量耗散体系都依赖浓度控制反应动力学和耗散状态的时间,不能通过分子结构和元件来控制。DNA纳米结构具高度特异性和可编程性,并且在通过精确编程
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生物体内的许多生物过程都是在耗散、失衡的条件下进行的,例如细胞分裂、信号转导以及细胞运动。这些耗散过程暂态的时间（即处于高能态的时间）都被体内分子元件精确控制。因此在体外构建具有精确时间控制的耗散体系对于合成生物学与仿生研究都具有重要的意义。但是目前体外构建的能量耗散体系都依赖浓度控制反应动力学和耗散状态的时间,不能通过分子结构和元件来控制。DNA纳米结构具高度特异性和可编程性,并且在通过精确编程后可进行一系列复杂而精确的反应。我们利用DNA链置换反应以及核酸酶反应设计了一套具有时控特性的DNA时钟元件,即不同的结构给出不同的时间信号延迟,并将其与能量耗散体系结合,构建了时钟调控的能量耗散体系,可以利用DNA时钟的时控特性,通过设计不同的DNA结构精准调控能量耗散体系处于非平衡暂态的时间,结果表明,当使用32 nt、42 nt、52 nt的燃料单链DNA时,暂态时间从6.8分钟、12.7分钟增加到19.3分钟。利用该特性将时钟调控的能量耗散体系用于DNA纳米结构自组装和核酸酶催化的精准调控,当体系使用32 nt、42 nt、52 nt长度的燃料链,DNA纳米管处于解组装的状态的时间从10.7分钟、31.5增加到67.4分钟。核酸修复酶APE1在60分钟内催化的产物量为62,83.2,98.8 n M,这表明APE1酶处于催化状态的时间不同。因此,我们通过构建时间控制的耗散体系,实现了纳米结构组装-解组装时间和酶催化时间的精确调控。本研究对于体外合成生物学以及仿生学都具有潜在的应用价值。
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