Realization and properties of biochemical-computing biocatalytic XOR gate based on enzyme inhibition by a substrate

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 115, Issue 32, 2011, Pages 9838-9845

  Halámek, Jan ^a   Bocharova, Vera ^a   Arugula, Mary A ^a   Strack, Guinevere ^a   Privman, Vladimir ^a   Katz, Evgeny ^a  

^a CLARKSON UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DATA PROCESSING; LOGIC GATES; QUALITY CONTROL;

ANALOG NOISE; BIO-COMPUTING; DEVELOPED MODEL; QUALITY EVALUATION; XOR GATES; XOR LOGIC GATES;

ENZYME INHIBITION;

EID: 80051738408     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp2041372     Document Type: Article

References (95)

1. De Silva, A. P.; Uchiyama, S.; Vance, T. P.; Wannalerse, B. Coord. Chem. Rev. 2007, 251, 1623-1632
2. De Silva, A. P.; Uchiyama, S. Nat. Nanotechnol. 2007, 2, 399-410
3. Szacilowski, K. Chem. Rev. 2008, 108, 3481-3548
4. Credi, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 5472-5475
5. Pischel, U. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 4026-4040
6. Pischel, U. Austral. J. Chem. 2010, 63, 148-164
7. Andreasson, J.; Pischel, U. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 174-188
8. Unconventional Computation. Lecture Notes in Computer Science. Calude, C. S.; Costa, J. F.; Dershowitz, N.; Freire, E.; Rozenberg, G., Eds.; Springer: Berlin, 2009; Vol. 5715.
9. Unconventional Computing. Adamatzky, A.; De Lacy Costello, B.; Bull, L.; Stepney, S.; Teuscher, C., Eds.; Luniver Press, U.K., 2007.
10. De Silva, A. P.; Gunaratne, H. Q. N.; McCoy, C. P. Nature 1993, 364, 42-44
11. De Silva, A. P.; Gunaratne, H. Q. N.; McCoy, C. P. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 7891-7892
12. De Silva, A. P.; Gunaratne, H. Q. N.; Maguire, G. E. M. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1994, 1213-1214
13. Baytekin, H. T.; Akkaya, E. U. Org. Lett. 2000, 2, 1725-1727
14. Zong, G.; Xiana, L.; Lua, G. Tetrahedron Lett. 2007, 48, 3891-3894
15. De Silva, A. P.; Dixon, I. M.; Gunaratne, H. Q. N.; Gunnlaugsson, T.; Maxwell, P. R. S.; Rice, T. E. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 1393-1394
16. Straight, S. D.; Liddell, P. A.; Terazono, Y.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Gust, D. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 777-785
17. Turfan, B.; Akkaya, E. U. Org. Lett. 2002, 4, 2857-2859
18. Wang, Z.; Zheng, G.; Lu, P. Org. Lett. 2005, 7, 3669-3672
19. Gunnlaugsson, T.; Mac Dónaill, D. A.; Parker, D. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12866-12876
20. Gunnlaugsson, T.; MacDónaill, D. A.; Parker, D. Chem. Commun. 2000, 93-94
21. De Sousa, M.; De Castro, B.; Abad, S.; Miranda, M. A.; Pischel, U. Chem. Commun. 2006, 2051-2053
22. Li, L.; Yu, M. X.; Li, F. Y.; Yi, T.; Huang, C. H. Colloids Surf. A 2007, 304, 49-53
23. Credi, A.; Balzani, V.; Langford, S. J.; Stoddart, J. F. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2679-2681
24. Li, Y.; Zheng, H.; Li, Y.; Wang, S.; Wu, Z.; Liu, P.; Gao, Z.; Liu, H.; Zhu, D. J. Org. Chem. 2007, 72, 2878-2885
25. De Silva, A. P.; McClenaghan, N. D. Chem. - Eur. J. 2002, 8, 4935-4945
26. De Silva, A. P.; McClenaghan, N. D. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 3965-3966
27. Katz, E.; Privman, V. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 1835-1857
28. Saghatelian, A.; Volcker, N. H.; Guckian, K. M.; Lin, V. S. Y.; Ghadiri, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 346-347
29. Ashkenasy, G.; Ghadiri, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 11140-11141
30. Sivan, S.; Lotan, N. Biotechnol. Prog. 1999, 15, 964-970
31. Sivan, S.; Tuchman, S.; Lotan, N. Biosystems 2003, 70, 21-33
32. Deonarine, A. S.; Clark, S. M.; Konermann, L. Future Gener. Comput. Syst. 2003, 19, 87-97
33. Ashkenazi, G.; Ripoll, D. R.; Lotan, N.; Scheraga, H. A. Biosens. Bioelectron. 1997, 12, 85-95
34. Unger, R.; Moult, J. Proteins 2006, 63, 53-64
35. Zhou, J.; Arugula, M. A.; Halámek, J.; Pita, M.; Katz, E. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 16065-16070
36. Zhou, J.; Tam, T. K.; Pita, M.; Ornatska, M.; Minko, S.; Katz, E. ACS Appl. Mater. Interfaces 2009, 1, 144-149
37. Strack, G.; Ornatska, M.; Pita, M.; Katz, E. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 4234-4235
38. Pita, M.; Katz, E. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 36-37
39. Strack, G.; Chinnapareddy, S.; Volkov, D.; Halámek, J.; Pita, M.; Sokolov, I.; Katz, E. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 12154-12159
40. Tam, T. K.; Strack, G.; Pita, M.; Katz, E. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 11670-11671
41. Li, T.; Wang, E. K.; Dong, S. J. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 15082-15083
42. Willner, I.; Shlyahovsky, B.; Zayats, M.; Willner, B. Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 1153-1165
43. Stojanovic, M. N.; Stefanovic, D.; LaBean, T.; Yan, H. in Bioelectronics: From Theory to Applications; Willner, I.; Katz, E., Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 2005; pp 427-455.
44. Ezziane, Z. Nanotechnology 2006, 17, R27-R39
45. Win, M. N.; Smolke, C. D. Science 2008, 322, 456-460
46. Rinaudo, K.; Bleris, L.; Maddamsetti, R.; Subramanian, S.; Weiss, R.; Benenson, Y. Nat. Biotechnol. 2007, 25, 795-801
47. Ogawa, A.; Maeda, M. Chem. Commun. 2009, 4666-4668
48. Stojanovic, M. N.; Mitchell, T. E.; Stefanovic, D. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 3555-3561
49. Benenson, Y. Curr. Opin. Biotechnol. 2009, 20, 471-478
50. Simpson, M. L.; Sayler, G. S.; Fleming, J. T.; Applegate, B. Trends Biotechnol. 2001, 19, 317-323
51. Margulies, D.; Hamilton, A. D. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 9142-9143
52. May, E. E.; Dolan, P. L.; Crozier, P. S.; Brozik, S.; Manginell, M. IEEE Sens. J. 2008, 8, 1011-1019
53. Wang, J.; Katz, E. Anal. Bioanal. Chem. 2010, 398, 1591-1603
54. Strack, G.; Bocharova, V.; Arugula, M. A.; Pita, M.; Halámek, J.; Katz, E. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 839-843
55. Tokarev, I.; Gopishetty, V.; Zhou, J.; Pita, M.; Motornov, M.; Katz, E.; Minko, S. ACS Appl. Mater. Interfaces 2009, 1, 532-536
56. Simmel, F. C. Nanomedicine 2007, 2, 817-830
57. von Maltzahn, G.; Harris, T. J.; Park, J.-H.; Min, D.-H.; Schmidt, A. J.; Sailor, M. J.; Bhatia, S. N. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 6064-6065
58. Manesh, K. M.; Halámek, J.; Pita, M.; Zhou, J.; Tam, T. K.; Santhosh, P.; Chuang, M.-C.; Windmiller, J. R.; Abidin, D.; Katz, E.; Wang, J. Biosens. Bioelectron. 2009, 24, 3569-3574
59. Pita, M.; Zhou, J.; Manesh, K. M.; Halámek, J.; Katz, E.; Wang, J. Sens. Actuat. B 2009, 139, 631-636
60. Privman, V.; Zhou, J.; Halámek., J.; Katz, E. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 13601-13608
61. Strack, G.; Pita, M.; Ornatska, M.; Katz, E. ChemBioChem 2008, 9, 1260-1266
62. Baron, R.; Lioubashevski, O.; Katz, E.; Niazov, T.; Willner, I. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 8548-8553
63. Niazov, T.; Baron, R.; Katz, E.; Lioubashevski, O.; Willner, I. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 17160-17163
64. Baron, R.; Lioubashevski, O.; Katz, E.; Niazov, T.; Willner, I. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 1572-1576
65. Qu, D.-H.; Wang, Q.-C.; Tian, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 5296-5299
66. Andréasson, J.; Straight, S. D.; Kodis, G.; Park, C.-D.; Hambourger, M.; Gervaldo, M.; Albinsson, B.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Gust, D. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16259-16265
67. Andréasson, J.; Kodis, G.; Terazono, Y.; Liddell, P. A.; Bandyopadhyay, S.; Mitchell, R. H.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Gust, D. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15926-15927
68. Lopez, M. V.; Vazquez, M. E.; Gomez-Reino, C.; Pedrido, R.; Bermejo, M. R. New J. Chem. 2008, 32, 1473-1477
69. Margulies, D.; Melman, G.; Shanzer, A. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4865-4871
70. Kuznetz, O.; Salman, H.; Shakkour, N.; Eichen, Y.; Speiser, S. Chem. Phys. Lett. 2008, 451, 63-67
71. Ho, M. S. H.; Lin, J.; Chiu, C. C. Int. J. Innovative Comput. Informat. Control 2009, 5, 4573-4582
72. Fredkin, E.; Toffoli, T. Int. J. Theor. Phys. 1982, 21, 219-253
73. Donald, J.; Jha, N. K. ACM Journal on Emerging Technologies in Computing Systems 2008, 4, art. #2.
74. Shende, V. V.; Markov, I. L. Quantum Informat. Comput. 2009, 9, 461-486
75. Bennett, C. H. IBM J. Res. Dev. 1973, 17, 525-532
76. Ekert, A.; Jozsa, R. Rev. Mod. Phys. 1996, 68, 733-753
77. Steane, A. M. Rept. Prog. Phys. 1998, 61, 117-173
78. Morpurgo, L.; Hartmann, H. J.; Desideri, A.; Weser, U.; Rotilio, G. Biochem. J. 1983, 211, 515-517
79. Maethly, A. C. Methods Enzymol. 1953, 2, 801-813
80. Kamal, J. K. A.; Behere, D. V. J. Inorg. Biochem. 2003, 94, 236-242
81. Privman, V.; Strack, G.; Solenov, D.; Pita, M.; Katz, E. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 11777-11784
82. Privman, V.; Pedrosa, V.; Melnikov, D.; Pita, M.; Simonian, A.; Katz, E. Biosens. Bioelectron. 2009, 25, 695-701
83. Renjun, P.; Matamoros, E.; Liu, M.; Stefanovic, D.; Stojanovic, M. N. Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 773-777
84. Privman, V. Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 767-768
85. Privman, V. Israel J. Chem. 2010, 51, 118-131
86. Hasinoff, B. B.; Dunfordt, H. B. Biochemistry 1970, 25, 4930-4939
87. Arnao, M. B.; Acosta, M.; del Rió, J. A.; Varón, R.; García-Cánovas, F. Biochim. Biophys. Acta 1990, 1041, 43-47
88. Nicell, J. A.; Wright, H. Enzyme Microb. Technol. 1997, 21, 302-310
89. Berezin, I. V; Levashov, A.; Martinek, K. Eur. J. Biochem. 1970, 16, 472-474
90. Berezin, I. V; Varfolomeyev, S. D.; Klibanov, A. M.; Martinek, K. FEBS Lett. 1974, 39, 329-331
91. Varfolomeyev, S. D.; Kazanskaya, N. F.; Eremeev, N. L. BioSystems 1996, 39, 35-42
92. Halámek, J.; Windmiller, J. R.; Zhou, J.; Chuang, M.-C.; Santhosh, P.; Strack, G.; Arugula, M. A.; Chinnapareddy, S.; Bocharova, V.; Wang, J.; Katz, E. Analyst 2010, 135, 2249-2259
93. Melnikov, D.; Strack, G.; Zhou, J.; Windmiller, J. R.; Halámek, J.; Bocharova, V.; Chuang, M.-C.; Santhosh, P.; Privman, V.; Wang, J.; Katz, E. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 12166-12174
94. Privman, V.; Halámek, J.; Arugula, M. A.; Melnikov, D.; Bocharova, V.; Katz, E. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 14103-14109
95. Pita, M.; Privman, V.; Arugula, M. A.; Melnikov, D.; Bocharova, V.; Katz, E. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 4507-4513