DNA具有序列可编程性、全分子可修饰性以及对特定受体的响应性,同时DNA纳米结构还具有精确的可寻址性。这些优势使得DNA分子机器在纳米尺度为研究物质传递与能量传输提供了崭新而有效的平台。体外调节生化反应的研究通过将体内复杂的生理环境简化,只针对研究基元本身,能够帮助我们更加深入的探索生命过程在分子水平的作用机制。本论文主要是利用DNA分子机器调节生化反应的效率,通过调控物质传递和酶活性对生化反应模型进行体外研究。在第一部分中,我们研究了DNA分子机器通过控制物质传输来调节生化反应的效率。我们将GOx和HRP这对发生级联反应的酶分别固定在镊子状DNA分子机器的两臂末端,通过驱动DNA分子机器的开合在纳米尺度精确地调控GOx和HRP之间的距离。级联反应中,两个酶之间的空间距离决定了中间产物扩散路径,而这一扩散过程直接影响HRP表面中间产物的瞬时通量,对于整个级联反应的效率至关重要。因此,我们通过动态调控GOx和HRP之间的距离实现了对这一级联反应效率的调节。在第二部分中,我们尝试利用DNA分子机器直接调控酶的活性来调节生化反应的效率。我们选择了HIV-1蛋白酶作为研究对象,分别尝试了对酶结构的可逆破坏和酶活性的可逆抑制。首先,我们将HIV-1蛋白酶两个最外侧的Loop区修饰到DNA分子机器的两臂末端,利用DNA分子机器对HIV-1蛋白酶做功,通过改变其结构调节酶的活性。然而,我们发现HIV-1蛋白酶在纯化的过程中复性并发生自水解,使酶结构被破坏并失去活性。为解决这一问题,我们尝试利用可逆的协同抑制效应来设计DNA分子机器用于调节酶的活性。DNA分子机器由DNA-抑制剂缀合物(锁)和其互补链DNA(钥匙)组成,DNA-抑制剂缀合物中的单链DNA分子与小分子抑制剂同时与HIV-1蛋白酶结合,抑制其活性,并且在复性过程中保护蛋白酶的结构。向DNA-抑制剂缀合物保护的蛋白酶体系中加入互补链DNA,通过碱基互补破坏DNA与蛋白酶之间的相互作用,从而破坏DNA与抑制剂的协同结合,蛋白酶活性恢复。最终,我们通过DNA分子机器实现了对HIV-1蛋白酶活性的可逆调控。