[发明专利]一种通过熵变分析生物功能基因在其生长发育中协同调控物理机制的方法

摘要

本发明提供了一种通过熵变分析生物功能基因在其生长发育中协同调控物理机制的方法，该方法包括DNA分子有效体积和自由体积概念的引入与理论计算、熵变函数的定义、生物细胞有效熵变和自由熵变的数学计算、功能基因协同调控物理机制的分析等步骤。优选地，在通过熵变分析功能基因协同调控物理机制的步骤中还包括DNA分子有效体积和自由体积概念的引入与理论计算、熵变函数的定义，经过上述对生物细胞有效熵变和自由熵变的数学计算和分析可获得生物功能基因在其生长发育中协同调控的物理机制。

主权项

一种通过熵变分析生物功能基因在其生长发育中协同调控物理机制的方法，其特征在于：（1）DNA分子有效体积和自由体积概念的引入与理论计算：DNA分子的有效体积是指包含DNA分子间及内外场对DNA分子作用的空间体积，用表示，DNA分子的自由体积是指不受任何相互作用的分子自由活动的空间体积，用表示，对于一个处在一定生理和外部环境的生物细胞，由于每个DNA分子间及内外场对分子作用都不同，每个DNA分子的有效体积都将不相同，但每种DNA分子有效体积的平均值即平均有效体积却是一定的，可以通过统计热力学的方法理论计算得到，同理每种DNA分子平均自由体积也是确定的，可以通过实验测得生物细胞的总体积扣除每种生物分子平均有效体积数学计算得到，（2）熵变函数的定义：熵变函数被定义为：式中，K，是玻尔兹曼常数Ω, 是一个生物细胞的微观状态数，J/mol∙K，是摩尔气体常数，是第i种生物分子的质量，是第i种生物分子的摩尔质量，和分别是第i种生物分子的任意两种状态的平均自由体积，和分别是第i种生物分子的任意两种状态的平均有效体积，是有效熵变，是自由熵变；（3）生物细胞有效熵变和自由熵变的计算：基于步骤(1)中生物细胞各种生物分子平均有效体积的理论计算和平均自由体积的数学计算结果，分别代入熵变函数和，可以分别得到生物细胞的有效熵变和自由熵变；（4）功能基因协同调控物理机制的分析：功能基因协同调控物理机制是DNA分子有序性和无序性两种倾向相互竞争决定的，相互作用是有序性的起因并引起熵减小，即，DNA分子热运动是无序性的来源并引起自发的熵增加，即，通过熵变分析功能基因协同调控物理机制可以概括为：. 随着生物体的生长发育，生物细胞中DNA分子所处的生理或外部环境将发生显著改变， DNA分子的种类、构型和空间构象也将发生不同的改变，分子的平均有效体积和平均自由体积都将明显不同，生物细胞的熵变也将不同并最终引起DNA分子中基因的活性状态改变，从而按一定程序通过控制结构及功能蛋白的合成来控制生物性状；. 处在生长发育期的生物细胞中DNA分子的平均有效体积将增大而平均自由体积将减小，但由于DNA分子的种类及数量将显著增加，生物细胞的熵变，DNA分子的种类、构型和空间构象将发生显著改变并使其中功能基因多处于转录状态；处在成熟期的生物细胞中DNA分子的平均有效体积达到某一临界值，平均自由体积也将不变，生物细胞的熵变，DNA分子构型和空间构象将稳定不变并使其中功能基因处于转录与非转录平衡状态；处在衰老期的生物细胞中DNA分子的平均有效体积将增大而平均自由体积将减小且，生物细胞的熵变，DNA分子构型和空间构象也将发生改变并使其中功能基因多处于非转录状态，反之亦然。