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多酶復(fù)合物中酶之間的空間和時(shí)間排列和組合在代謝調(diào)控中非常重要，對(duì)多酶體系進(jìn)行空間、距離和組合的調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)對(duì)代謝物的高效可編程調(diào)控。受自然界的啟發(fā)，人工蛋白質(zhì)和DNA支架已被以可控的方式用于共定位酶，以增強(qiáng)代謝反應(yīng)。然而，這些方法仍然很難實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

近年來(lái)，可編程DNA納米技術(shù)被廣泛應(yīng)用于酶級(jí)聯(lián)體系并實(shí)現(xiàn)了在酶級(jí)聯(lián)動(dòng)態(tài)調(diào)控中的應(yīng)用。例如DNA納米鑷子可以有效地控制雙酶之間的距離；基于DNA鏈置換的酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了活體內(nèi)酶級(jí)聯(lián)活性的調(diào)控，有效地調(diào)節(jié)了代謝物在活體內(nèi)合成的效率。然而在更復(fù)雜的體內(nèi)環(huán)境中，代謝物的合成和調(diào)控并不局限在雙酶體系中，多種酶組成的復(fù)雜代謝組學(xué)調(diào)控變的尤其重要，但對(duì)多種代謝物動(dòng)態(tài)按需檢測(cè)目前仍是難題。

近日，上海交通大學(xué)宋萍副教授和左小磊教授合作，以可編程DNA納米技術(shù)為基礎(chǔ)提出了新型酶級(jí)聯(lián)體系設(shè)計(jì)策略，構(gòu)建了DNA和酶的超分子結(jié)構(gòu)（a super DNA-enzymes molecules，SDEM)），實(shí)現(xiàn)了多酶催化性能的可編程調(diào)控，大大提高了檢測(cè)靈敏度。

構(gòu)建的SDEM超分子結(jié)構(gòu)有效地增加了DNA在調(diào)控酶級(jí)聯(lián)體系中的可編程性。同時(shí)相比于游離的酶，SDEM超分子結(jié)構(gòu)構(gòu)建的酶級(jí)聯(lián)在對(duì)靶標(biāo)的檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確性中更具有優(yōu)勢(shì)，通過(guò)計(jì)算模擬和酶級(jí)聯(lián)催化實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證。由葡萄糖氧化酶(GOx)和辣根過(guò)氧化物酶(HRP)組成的可編程SDEM的檢測(cè)限比游離酶低20倍且反應(yīng)速率提高了1.6倍。

該體系不僅可以實(shí)現(xiàn)酶級(jí)聯(lián)體系的循環(huán)調(diào)控，而且可以通過(guò)添加DNA催化鏈實(shí)現(xiàn)SDEM分子的催組裝，使得一個(gè)SDEM超分子結(jié)構(gòu)被催化成另一個(gè)新的SDEM超分子結(jié)構(gòu)。該反應(yīng)是基于DNA催化的熵驅(qū)動(dòng)反應(yīng)，該反應(yīng)簡(jiǎn)單、快速、可模塊化、可組合且穩(wěn)定。在該反應(yīng)體系中熵反應(yīng)的產(chǎn)率與直接退火反應(yīng)的產(chǎn)率一樣高。計(jì)算結(jié)果表明相比于沒(méi)有催化鏈的條件下，DNA催化鏈介導(dǎo)的熵驅(qū)動(dòng)反應(yīng)體系中反應(yīng)速率提高了六個(gè)數(shù)量級(jí)。在低濃度酶的活體環(huán)境中，我們的工作為通過(guò)現(xiàn)有酶級(jí)聯(lián)體系構(gòu)建新的酶級(jí)聯(lián)體系提供了一種新的思路，有望實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同代謝物的按需檢測(cè)。