本论文的工作分为基于脱氧核酶的Hg2+传感器设计和分子拥挤条件下阳离子卟啉衍生物作为小分子配体与G-四链体的结合作用的研究　　Ⅰ基于脱氧核酶的Hg2+检测　　脱氧核酶是通过体外筛选技术得到的具有酶活性的小分子单链DNA，与天然酶相比具有稳定、价廉、易于合成和修饰及易于储存等特点，并且脱氧核酶对特定的金属离子显示出高度的特异性识别，其酶活性与特定金属离子的浓度密切相关，使其在金属离子传感器的设计方面具有广泛的应用前景。　　本部分实验基于重构的特异性Cu2+ DNAzyme和G-四链体-Hemin DNA酶协同作用及Hg2+对T-T碱基错配的稳定作用设计了免标记、价格低廉、操作简单的比色型Hg2+传感器。将Cu2+特异性的DNA裂解酶进行了重构，并将可形成G-四链体的富G序列部分地包埋在该DNAzyme的茎环结构当中。对该DNAzyme中围成Cu2+结合位点的DNA序列进行适当的设计（引入若干T-T碱基错配）。利用Hg2+对T-T碱基错配的稳定作用来调节围成的空腔的大小，为Cu2+与底物链的结合提供合适大小的空腔。当底物链在Cu2+的存在下被切成两段之后，富G序列被释放下来并形成G-四链体结构，与氯化血红素(Hemin)结合后显示过氧化物酶活性，催化H2O2氧化ABTS（2，2-氨基-二（3-乙基-苯并噻唑啉-6-磺酸））的反应产生吸光信号。利用该方法进行Hg2+的检测，检测限达到4.8 nM。　　Ⅱ分子拥挤条件下阳离子卟啉衍生物作为小分子配体与G-四链体的结合作用的研究　　由人体端粒末端富含鸟嘌呤碱基G的基因序列形成的G-四链体因其具有抑制端粒酶的能力，而成为具有良好前景的抗癌药物靶标，得到越来越多研究者的重视。截至目前为止，已发现或合成了很多通过稳定G-四链体来抑制端粒酶活性的小分子配体。随着对G-四链体结构研究的不断深入，在分子拥挤条件下开展G-四链体与小分子配体的相互作用的研究将成为一个必然的趋势。　　由于染色体3-端悬突末端的单链端粒序列会形成多倍体G-四链体，而人体基因组中其它富G序列并不能形成这种结构，设计合成能够特异性识别端粒末端多倍体G-四链体的小分子配体，对于设计能够特异性作用于端粒区域，而对人体中其它有望形成单体G-四链体的区域无副作用的新型抗癌药物具有重要的意义。为此我们合成了一种新型阳离子卟啉衍生物——meso-四{3-[2-（1-甲基-1-哌啶）乙氧基]苯基}卟啉（m-TMPipEOPP），并在分子拥挤条件下研究了这种衍生物作为多倍体G-四链体配体的可行性，具体为利用紫外-可见光谱、荧光光谱、圆二色光谱等手段研究了其在分子拥挤条件下与多倍体G-四链体的作用，证实m-TMPipEOPP能够多倍体G-四链体与单体G-四链体、单链及双链DNA有效地区分开来。同时又将其与它的异构体——meso-四{4-[2-（1-甲基-1-哌啶）乙氧基]苯基}卟啉(p-TMPipEOPP)进行对比，通过比较这两种卟啉衍生物对几种不同长度端粒序列及其变体所形成的多倍体G-四链体的结合作用，证实了二者结构上的微小差异导致了它们对多倍体及单体G-四链体具有明显不同的区分能力，并分别提出了针对这两种卟啉衍生物与多倍体G-四链体不同的结合模式。p-TMPipEOPP以两种方式与多倍体G-四链体进行结合:三明治式末端堆积模式和依赖G-四链体单元之间口袋尺寸大小的嵌插模式。口袋尺寸的增大有利于二者以嵌插模式结合。而m-TMPipEOPP与多倍体G-四链体则采取侧面结合模式，这种结合模式使m-TMPipEOPP相比p-TMPipEOPP对多倍体G-四链体具有更高的识别特异性。　　其次还在分子拥挤条件下对多倍体端粒G-四链体的构型进行了研究，根据人体端粒序列设计出几种不同的变体，针对可能影响其形成及构型变化的主要因素进行考察，分别测定了几种多倍体G-四链体及其变体的解链温度(T1/2)及其与配体之间的化学结合比，证实了G-四链体单元之间的连接环长度对多倍体G-四链体的稳定性及与小分子配体的结合方式都具有重要的影响。