Programming Dissipation Systems by DNA Timer for Temporally Regulating Enzyme Catalysis and Nanostructure Assembly

定时器 耗散系统 消散 纳米技术 纳米结构 DNA纳米技术 材料科学 DNA 生物系统 化学 计算机科学 物理 生物 生物化学 嵌入式系统 微控制器 热力学 量子力学
作者
Zhaohui Qin,Yu Liu,Linghao Zhang,Jiajia Liu,Xin Su
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (9): 14274-14283 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c04405
摘要

Live cells precisely control their temporal pattern in energy dissipative processes such as catalysis and assembly. Here, we demonstrate a DNA-based artificial dissipative nonequilibrium system where the transient state is controlled by the processive digestion of λ-exonuclease (λ Exo). This enzyme reaction serves as an orthogonal and independent molecular timer allowing for the programmable regulation of the transient-state lifetime. This dissipation system is concatenated to enzyme catalysis and nanostructure assembly networks. Dynamic activation of enzyme catalysis and dynamic disassembly of DNA nanotubes (DNT) are realized, and the state lifetimes of these systems are accurately encoded by the DNA timer. This work demonstrates nontrivial dissipation systems with built-in molecular timers, which can be a useful tool for developing artificial reaction networks and nanostructures with enhanced complexities and intelligence.
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