[發明專利]一種通過熵變分析離子束注入全基因組突變及定向進化物理機制的方法

在審

• 申請號: 201710109300.7
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN106951727A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 陳恒雷;呂長武;孔維新
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: G06F19/14
• 分類號: G06F19/14;G06F19/18
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1.一種通過熵變分析離子束注入全基因組突變及定向進化物理機制的方法，其特征在于：（1）DNA分子有效體積和自由體積概念的引入：DNA分子的有效體積是指包含DNA分子間及內外場對DNA分子作用的空間體積，用表示；DNA分子的自由體積是指不受任何相互作用的分子自由活動的空間體積，用表示，對于一個細胞核由于每個DNA分子間及內外場對分子作用都不同，每個DNA分子的有效體積都將不相同，但每種DNA分子有效體積的平均值即平均有效體積卻是一定的，可以通過統計熱力學的方法理論計算得到，同理每種DNA分子平均自由體積也是確定的，可以通過實驗測得細胞核的總體積扣除每種生物分子平均有效體積數學計算得到；（2）熵變函數的定義：熵變函數被定義為：

式中，K，是玻爾茲曼常數Ω, 是一個細胞核的微觀狀態數， J/mol?K，是摩爾氣體常數， 是第i種DNA分子的質量，是第i種DNA分子的摩爾質量，和 分別是第i種DNA分子的任意兩種狀態的平均自由體積，和 分別是第i種DNA分子的任意兩種狀態的平均有效體積，是有效熵變， 是自由熵變；（3）細胞核有效熵變和自由熵變的計算：基于步驟(1)中細胞核各種DNA分子平均有效體積的理論計算和平均自由體積的數學計算結果，分別代入熵變函數和，可以分別得到細胞核的有效熵變和自由熵變；（4）離子束注入全基因組突變及定向進化物理機制的分析：離子束注入全基因組突變及定向進化物理機制是DNA分子有序性和無序性兩種傾向相互競爭決定的，相互作用是有序性的起因并引起熵減小，即；DNA分子熱運動是無序性的來源并引起自發的熵增加，即，通過熵變分析離子束注入全基因組突變及定向進化物理機制可以概括為：. 隨著注入離子種類、能量和劑量的不同，由于其質量阻止本領和平均射程不同，DNA分子的種類、構型和空間構象將發生不同的變化，DNA分子的平均有效體積和平均自由體積都將不同，細胞核的熵變也將不同并最終引起不同類型的全基因組突變及定向進化；. 相同能量及劑量的低能離子，隨著原子序數的增大，其平均射程將減小而質量阻止本領將增大，DNA分子的種類將稍微增多且構型和空間構象將發生微弱改變，分子的平均有效體積將增大而平均自由體積將減小且，細胞核的熵變，從而引起各種隨機性全基因組突變及定向進化；相同能量及劑量的中能離子，當原子序數增大到一定值時，DNA分子的種類、構型和空間構象將不再改變，DNA分子的平均有效體積達到某一臨界值，平均自由體積也將不變，細胞核的熵變，各種相互作用和分子熱運動達到輻射平衡；相同能量及劑量的高能離子，隨著原子序數的增大，其平均射程將顯著減小而質量阻止本領將顯著增大，DNA分子的種類將顯著增多且構型和空間構象將發生顯著改變，分子的平均有效體積將顯著增大而平均自由體積將減小，但由于DNA分子的種類及數量將顯著增加，細胞核的熵變，從而引起各種非隨機性全基因組突變及定向進化，反之亦然。