含核苷单元双核12N3体系作为人工核酸酶的研究

人工核酸酶的研究对认识酶促反应机理、开发疾病的基因诊断试剂和基因治疗药物，提高人类健康有着非常重要的科学意义和应用前景。尽管各种各样的人工核酸酶被设计合成，但与天然酶的催化性能相比（如反应活性和反应选择性）还有很大距离。本项目计划在模拟体系中引入具有一定识别性能的核苷单元以及具有协同效应的双核12N3单元，以磷酸二酯键的甲醇解反应（具有浓度，pH变化范围宽，介电常数接近酶活性中心等特点）和水解反应为对象，研究设计合成的人工核酸酶对模型磷酸二酯，寡核苷酸以及核苷酸片段的催化降解性能。在比较两个反应体系及不同底物的基础上，对磷酸二酯键催化断裂的反应机理，影响因素，模拟酶的反应活性，选择性及其构效关系进行深入探讨，为开发高活性，高选择性的人工核酸酶奠定基础。

在自然科学基金的支持下，利用亲核取代反应和click反应设计合成了一系列含有脂肪链，芳香链，芳香荧光基团，肽链，碱基和核苷等不同功能单元的单，双，三12N3的大环多胺化合物， 对所有新化合物进行了全面的结构表征。阐明了催化剂结构中桥联单元的种类，长度，大环多胺的取代基团种类，大小，数目，金属离子种类对催化剂的催化性能的不同影响。新的12N3体系能够有效地催化RNA和DNA模型化合物的醇解反应, 加速因子可达10的10次方倍，突出的加速因子可认为是双金属离子优异的协同效应和介质效应共同的结果。部分化合物的金属配合物和非金属化合物能够有效切割DNA，与背景反应比较，可以加速反应达10的6次方倍。碱基和核苷引入12N3化合物提高了体系对DNA的切割性能，并导致DNA部分凝聚。发现一些新型12N3化合物作为一类小分子可以有效可逆地凝聚DNA，部分双功能化合物具有高效低细胞毒性地特色。这些工作为理解酶促反应机理，发展高效人工核酸酶奠定了良好基础。我们圆满完成了课题所设定的目标。