具有官能团侧臂的氮杂冠醚金属配合物作为人工核酸酶催化DNA水解的构效关系研究

人工核酸酶在基因药物设计和分子生物学研究等领域有重要的科学意义。到目前为止，以水解方式催化DNA裂解的人工核酸酶仍然存在低活性，尤其是低选择性问题。本项目以具有官能团侧臂的氮杂冠醚金属功能配合物作为人工核酸酶模型，研究在催化DNA水解裂解过程中功能配合物结构与其催化活性和选择性的关系。通过官能团侧臂与DNA结合的方式和作用机理研究，阐明官能团侧臂的结构特征与配合物催化活性和选择性的关系，解决功能配合物官能团侧臂的构建理论问题。通过功能配合物的官能团侧臂与催化活性中心的协同作用机理研究，探索具有良好催化活性和选择性的催化活性中心的结构特征，阐明功能配合物催化活性中心结构与其催化活性和选择性之间的关系，解决功能配合物催化活性中心的构建理论问题。研究成果将为具有高催化活性，尤其是高选择性的作为人工核酸酶的氮杂冠醚金属功能配合物的构建提供理论支撑，为新型高效人工核酸酶的构建提供新的思路和策略。

在化学模拟生物体系的研究中，水解核酸酶的模拟一直是比较活跃的领域之一。在相关研究中，人们已经发现了氮杂冠醚金属功能配合物作为人工核酸酶的是可行的，主要需解决的问题是金属配合物结构和催化功能的关系问题。. 本项目重点研究不同结构的氮杂冠醚金属配合物的合成和核酸酶活性。主要研究内容包括：金属配合物的合成方法；所合成的金属配合物催化水解pUC19质粒DNA及其模型物的效率，以及催化反应体系pH，金属配合物浓度和反应时间等因素对催化水解DNA及其模型物的影响；不同金属离子催化活性中心和引入官能团侧臂对DNA及其模型物催化水解效率的影响，以及各种金属配合物催化水解DNA及其模型物的作用机理。在研究中取得了一些重要结果和结论：所设计和合成的氮杂冠醚金属配合物均表现出水解核酸酶催化活性功能；氮杂冠醚配体上氮氧原子数的差异将影响配体的路易斯酸碱性和金属离子结合力，因而影响金属配合物的稳定性和催化活性；对于配体结构不同的金属配合物而言，影响其人工核酸酶催化活性的主导因素不同；氮杂冠醚金属配合物中适当的官能团侧臂的引入有助于提高其核酸酶水解活性；反应体系的酸度和催化剂的浓度是影响催化效率的要素；建立了金属配合物催化DNA及其模型物水解裂解的动力学方程；建立了生物分子检测新方法，实现了蛋白质分子的高灵敏、多组分同时检测。. 研究阐明了氮杂冠醚金属配合物中的官能团侧臂与金属离子中心的协同作用机理，证明了一些特定结构的氮杂冠醚镧系和过渡金属配合物作为人工核酸水解酶的可行性及其结构特征。研究成果为具有水解核酸酶功能的氮杂冠醚金属配合物设计和合成提供了一定的理论支持，对于进一步开发具有高催化活性和选择性的人工核酸酶具有一定的理论指导意义。