基于蛋白酶的分子计算模型研究

摘要

电子计算机已经深刻地影响了人类的生活，但由于摩尔定律的限制，科学家开始寻求新型计算模式，其中分子计算和量子计算应运而生。而分子计算由于高存储，微小性，高并行性等强大的计算潜力而成为新型计算的热点研究内容。DNA分子是分子计算的主要工具，蛋白酶能够进行酶切反应。分子逻辑门电路和分子电路是分子计算的基础，与蛋白酶结合的分子逻辑门和分子电路既具有生物意义，同时也是分子计算的重要研究方向。
　　本文研究内容是利用DNA分子和蛋白酶（限制性内切酶），通过对杂交链式反应与链置换等生化技术的结合，分别设计了DNA分子逻辑门和DNA分子电路。具体工作如下:
　　1.基于杂交链式反应（HCR反应）设计了将限制性内切酶作为输入的“YES”门，“AND”门和“OR”门分子逻辑门系统。在此系统中，分别设计了单种酶和多种酶两种逻辑输入，该输入起到控制杂交链式反应的启动的功能，并以杂交链式反应生成的DNA双链结构作为逻辑输出的分子逻辑门。设计完成后，以聚丙烯酰胺凝胶电泳对结果进行分析，验证了该分子逻辑门计算的正确性和可行性。
　　2.在成功构造出分子逻辑门后，进一步的对DNA计算进行更深的研究探讨。基于链置换反应和限制性内切酶设计了一种将酶催化反应和非酶催化反应结合的能够进行多次循环反应的DNA分子电路。整个分子电路由限制性内切酶结合非酶催化的DNA链共同调控。而且在单酶控一级分子电路的基础上，还设计了多酶控一级分子电路和单酶控级联分子电路的更复杂结构的分子电路。设计完成后，通过荧光探针和聚丙烯酰胺凝胶电泳进行分析，验证了该分子电路计算模型的正确性和可行性。
　　综上所示，本研究基于蛋白酶分别设计了DNA分子逻辑门和DNA分子电路，成功构建了不同的分子计算模型。这些计算模型具有一定的可行性，为相关的DNA分子计算提供了一些思路，结合蛋白酶的生物意义，为之后的研究奠定了基础。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

2．1．1 DNA结构

2．1．2 DNA分子操作

2．1．3 DNA分子检测技术

2．2 蛋白酶

2．3 本章小结

第3章 基于限制性内切酶的分子逻辑门

3．1 基本逻辑门

3．2 杂交链式反应

3．3 DNA分子逻辑门

3．4 “YES”门分子逻辑门

3．4．1 设计原理

3．4．2 “YES”分子逻辑门的实现

3．5 “AND”门分子逻辑门

3．5．1 设计原理

3．5．2 “AND”分子逻辑门的实现

3．6 “OR”门分子逻辑门

3．6．1 设计原理

3．6．2 “OR”分子逻辑门的实现

3．7 本章小结

第4章 基于限制性内切酶的分子电路

4．1 DNA链置换

4．2 分子电路的荧光检测

4．3 基于限制性内切酶的分子电路

4．3．1 单酶控一级分子电路

4．3．2 多酶控一级分子电路

4．3．3 单酶控级联分子电路

4．4 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢