10-23和8-17脱氧核酶是通过体外筛选技术获得的具有催化反应能力的DNA分子,能在一定条件下切割RNA分子特定位点的磷酸二酯键,可以针对不同的靶底物RNA分子设计脱氧核酶的不同识别臂。10-23脱氧核酶是一类潜在的基因治疗药物,理论上,应用脱氧核酶可以治疗任何由RNA过表达引起的疾病。在抗病毒、抗肿瘤及解决耐药性方面应用广泛。8-17脱氧核酶目前已广泛作为重金属离子传感器,应用于医疗诊断、食品检测及环境污染等方面。10-23和8-17脱氧核酶的催化反应都需要二价金属离子(Mg²⁺和Mn²⁺)的参与。10-23脱氧核酶是一种良好的基因治疗候选药物,且在体内无毒副作用。但体内Mg²⁺的浓度很低,不能达到2 mM Mg²⁺。另外,10-23脱氧核酶作为药物不能进入体内且进入体内后容易被降解。所以需要我们进一步了解其催化机制和空间构象,寻找更高催化活性的脱氧核酶。本课题设计合成了18条10-23脱氧核酶和22条8-17脱氧核酶。针对10-23脱氧核酶,本课题对其催化结构域中的脱氧腺苷单元A5、A9、A11、A12、A15及紧挨切割位点的识别臂A0位点进行化学修饰。本课题组前期工作显示,在腺苷的6位引入带有氨基的功能基（6位被胺乙基和胺丙基取代）,可以在特定的催化位点（A9、A15）提高其催化活性。为了研究氨基功能基的最佳连接方式,我们设计了延长烷基臂的化合物3（提高氨基的自由度）和增加氨基个数的化合物4。并将其转化为磷酰化单体3R和4R,分别替换10-23脱氧核酶中的催化结构域A5、A9、A11、A12、A15以及识别臂A0。催化活性结果显示,化合物3在A9位使催化速率(HJDS-08,k_obs=0.0124 min^-1)提高了2倍,化合物4在A9位使催化速率(HJDS-52,k_obs=0.0234min^-1)提高了4倍,这说明6-氨基延长烷基臂和增加氨基个数都可以提高其催化活性。同时在保留6-氨基的情况下,对腺苷的2’-位进行修饰,结果显示,化合物5在A15位催化速率(HJDS-05,k_obs=0.0111 min^-1)提高了1.8倍,这说明保留6-氨基,通过改造腺苷2’-位也可以提高其催化活性。针对8-17脱氧核酶的催化结构域组成,对其碱基进行化学修饰。本课题设计的评价体系中,8-17脱氧核酶（8-17DZ）的k_obs=0.0027 min^-1,在其催化结构域的A6、A12、A15位用化合物2、3、4、5、6分别对其进行修饰。结果显示,所有化合物修饰在A6位均导致活性丧失,A12位则部分有催化活性,但催化活性极低。而化合物2修饰A15位使催化速率(HJDS-27,k_obs=0.0096 min^-1)提高了3.6倍,化合物5修饰A15位使催化速率(HJDS-30,k_obs=0.0024 min^-1)和原型相当。这一结果表明,5’-AGC-3’中的A6位和单链5’-ACGA-3’中的A12位具有一定的保守性,但可以通过改造A15位提高其催化活性。对催化结构域中紧邻切割位点的T2.1进行修饰,化合物3、6、7的分别取代,结果显示催化活性均丧失,说明T2.1具有高度保守性。利用化合物6对催化结构域中的G7、C8、C13、G14进行修饰,结果显示,G7、C13、G14催化活性均丧失,而C8位催化速率(HJDS-20,k_obs=0.0038 min^-1)提高了1.4倍,说明C8位的保守性是相对的,可以被其他修饰的碱基替换。基于10-23和8-17脱氧核酶的碱基组成而设计的这些核苷类似物,在功能基水平上,在某些位点获得了改进催化反应的效果,为以后进一步提高投影画面的催化速率提供了修饰方法,包括新的先导结构和在催化结构域的修饰位点。所有的新化合物均经核磁谱和高分辨质谱鉴定,所有脱氧核酶序列经ESI-MS检验。