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限制性内切酶FokI作用机制研究及动力学分析

作　者: 王悦君
导　师: 朱贻盛
学　校: 上海交通大学
专　业: 生物医学工程
关键词: DNA计算机酶催化反应动力学限制性内切酶 FokI 微流控芯片电泳检测技术
分类号: Q789
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

DNA计算机是独具特色的新型计算工具。对DNA的可控分子操作是完成DNA运算的基础,而这一操作需要各种工具酶的帮助,其中很重要的一类酶是限制性内切酶。要想实现DNA计算机系统的优化设计和定量可控操作,必须掌握反应体系的动力学规律,而这需要对工具酶的反应特性及动力学规律有深入理解。目前人们在这一领域已取得一定进展,但还有许多规律有待人们去发现。首先,本文概述了DNA计算机的原理、特点和发展历程,酶和酶学的相关知识,生物化学反应动力学和酶催化动力学的基本知识。本文重点讨论的限制性内切酶FokI是当前DNA计算机设计中最常用的工具酶,理解FokI的作用机制对DNA计算机的设计起关键性作用。然后,本文综述了迄今为止科学家们对限制酶FokI反应机制的研究成果,归纳出两种可能的反应机制,根据反应机制,应用经典的酶催化反应动力学理论建立了动力学模型,并对动力学方程进行了数学仿真和结果分析。最后,本文介绍了微流控芯片在DNA计算机中的应用,并试图利用基于微流控芯片的电泳技术,通过实验对建立的模型加以验证。但遗憾的是,由于种种原因,实验没有成功。但我们获得了宝贵的经验,为以后的继续研究打下了坚实的基础。本文充分综述了关于FokI酶切机制的最新研究成果,提出了酶切反应的动力学模型,是一大创新点。从结论来看,酶切反应具有典型的多步酶催化反应动力学特征,通过动力学方程可以定量分析任意时点上反应体系中各成分的浓度变化规律。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-12
  1.1 课题的研究背景  9
  1.2 论文的目的、主要研究内容  9-10
  1.3 论文的结构安排  10-11
  1.4 论文的创新点  11-12
第二章 DNA 计算机概述  12-18
  2.1 DNA 计算机的概念  12-13
  2.2 DNA 计算机的研究进展  13
  2.3 DNA 计算机的工作原理  13-18
    2.3.1 DNA 分子的基本结构  14-15
    2.3.2 DNA 分子基本操作  15-16
    2.3.3 DNA 计算原理  16-18
第三章酶及酶学  18-36
  3.1 酶和酶学  18-20
    3.1.1 酶及酶学简介  18-19
    3.1.2 酶学的发展历史  19-20
  3.2 酶分析  20-28
    3.2.1 酶分析概述  20-21
    3.2.2 酶活力测定  21-26
    3.2.3 酶活力的具体测定  26-27
    3.2.4 酶的单位  27-28
  3.3 酶的催化原理  28-36
    3.3.1 酶催化功能的结构基础  28-31
    3.3.2 酶反应历程与方式  31-33
    3.3.3 酶的作用专一性机制  33-35
    3.3.4 酶反应的催化机制  35-36
第四章生化反应动力学简介  36-57
  4.1 化学反应动力学  36-42
    4.1.1 化学反应的级数和分子数  36-37
    4.1.2 几种基本的速度过程  37-40
    4.1.3 反应级数的测定及速率常数的单位  40
    4.1.4 反应级数和反应物浓度幂次的关系  40-41
    4.1.5 化学反应的动态平衡  41-42
  4.2 几种重要反应的动力学研究  42-45
  4.3 酶催化反应动力学  45-57
    4.3.1 酶催化反应动力学概述  45-46
    4.3.2 酶动力学速度方程的启蒙者——Henri 的贡献  46-47
    4.3.3 古典酶催化动力学  47-57
第五章对DNA 计算机常用限制性内切酶的动力学分析  57-79
  5.1 限制性内切酶简介  57-58
  5.2 对限制酶EcoRI 的动力学分析及数学建模  58-62
    5.2.1 EcoRI 的剪切特点  58-59
    5.2.2 EcoRI 的反应机制  59-60
    5.2.3 EcoRI 的动力学建模  60-61
    5.2.4 对数学模型的仿真  61-62
  5.3 对限制酶FokI 的动力学分析及数学建模  62-79
    5.3.1 FokI 酶特点简介  62-64
    5.3.2 FokI 酶反应机制  64-72
    5.3.3 对FokI 酶的动力学建模  72-74
    5.3.4 对数学模型的仿真  74-78
    5.3.5 仿真结果分析  78-79
第六章微流控芯片与DNA 计算机  79-83
  6.1 微流控芯片实验室简介  79-82
    6.1.1 微流控芯片实验室及其发展历史  79-80
    6.1.2 微流控芯片实验室整体构架  80-81
    6.1.3 微流控芯片及基本操作单元  81-82
  6.2 微流控芯片在DNA 计算机研究中的应用  82-83
第七章对动力学模型的实验证明  83-92
  7.1 实验原理  83-86
    7.1.1 酶催化反应部分原理  83-84
    7.1.2 检测部分原理  84-86
  7.2 实验材料与仪器  86-87
    7.2.1 酶切底物DNA 片断  86
    7.2.2 酶  86-87
    7.2.3 测量设备  87
  7.3 实验方法  87-89
    7.3.1 FokI 酶切反应体系  87
    7.3.2 对酶切反应动力学的研究  87-89
  7.4 实验结果与讨论  89-92
    7.4.1 实验结果  89-90
    7.4.2 实验结果分析与讨论  90-92
第八章总结与展望  92-94
  8.1 本文的研究总结  92
  8.2 本课题的研究展望  92-94
参考文献  94-98
附录1 对DNA 连接酶的初步分析  98-101
附录2 部分实验数据  101-102
附录3 部分仿真程序源代码  102-103
致谢  103-105
攻读硕士期间发表和完成的学术论文  105-107

限制性内切酶FokI作用机制研究及动力学分析

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