基于动态键合 DNA 模型研究 DNA 链置换 AND 门的非理想性
生物物理
2013-01-01 v2 介观与纳米尺度物理
生物大分子
摘要
我们利用不同长度的 toehold 及相邻结构域，对基于 DNA 链置换的 AND 门进行了空间分辨模拟研究。DNA 链采用粗粒化动态键合模型进行建模 [C. Svaneborg, Comp. Phys. Comm. 183, 1793 (2012)]。我们观察到从 AND 门初始状态到最终状态的复杂转变路径。该路径受到非理想效应的强烈影响，这些效应源于揭示非预期 toehold 的瞬态气泡（transient bubbles）以及整条链的热熔解。我们还表征了单链的结合与解离动力学，特别是总 AND 操作及其所基于的三种不同 DNA 转变的动力学。我们观察到竞争性置换操作的动力学对 toehold 长度呈指数依赖关系，但门操作时间仅微弱依赖于 toehold 和相邻结构域的长度。我们的门在三种输入状态下表现出优异的逻辑保真度，而在第四种输入状态下保真度较差。这说明了非理想性如何对保真度产生极具选择性的影响。此处展示的模拟与详细分析为链置换计算提供了分子层面的见解，这些见解也可预期应用于化学实现中。
引用
@article{arxiv.1210.6156,
title = {Non-Ideality of a DNA Strand Displacement AND Gate Studied with a Dynamic Bonded DNA Model},
author = {Carsten Svaneborg and Harold Fellermann and Steen Rasmussen},
journal= {arXiv preprint arXiv:1210.6156},
year = {2013}
}
备注
22 pages, 7 figures. To appear in a special issue of Natural Computing