DNA序列中富含鸟嘌呤G的片段对于二级结构及稳定性具有显著的影响,并导致相关联的生物大分子之间相互作用的改变。DNA双螺旋中CG交替序列一般只有在高浓度盐溶液中从右手螺旋结构转变为左手螺旋结构,在生理条件下左手螺旋结构很难稳定的存在。传统观念认为是DNA双螺旋的带负电的磷酸骨架影响了构象,即磷酸基团的负电荷排斥作用导致了右手螺旋向左手螺旋的转变;或者双螺旋中特定碱基的修饰使核苷酸倾向于采取顺式构象,从而影响了DNA的构象。富含G的序列中,如果多个G连在一起,则可能以非Watson-Crick配对的方式形成G-四链体结构,对于原癌基因的启动和调节,以及端粒结构的稳定起到重要作用。在活细胞中溶酶体是一类极其重要的细胞器,溶酶体靶向的荧光探针的设计合成具有潜在的应用价值。本文的主要工作分为以下四个部分：1.Z-DNA构象是一种瞬态,在生理条件下不稳定。Z-DNA的形成序列以及能够诱导形成Z-DNA的分子引起了广泛的兴趣。在这部分工作中,合成了一种金属钌配合物Ru(dip)2dppz2+2Cl-发现在低浓度盐溶液中,这种金属钌配合物可以将多数序列的DNA双螺旋结构从右手构象转变为左手构象,包括全CG序列,全TA序列,非嘧啶嘌呤交替序列以及基因组序列等。金属钌配合物诱导形成Z-DNA,打破了原有的序列限制,在接近生理条件下成功观测到了多种序列的稳定的左手螺旋DNA结构,并且具有生物活性。金属钌配合物能够在活细胞中诱导形成Z-DNA,这些优势有助于研究Z-DNA在活细胞中的功能。2.DNA的双螺旋可以以右手构象和左手构象存在,取决于磷酸骨架的电离程度。在这部分工作中通过圆二色谱和二维核磁研究了DNA双螺旋结构的产生。处于自由状态的核苷酸dGMP和dCMP分别采取N型构象和S型构象,这和在左手螺旋DNA晶体结构中观测到的结果一致。在DNA形成双螺旋结构的过程中,观测到了核苷酸dGMP的糖环构象从N型向S型转变的现象。并且成功的合成了一种磷酸骨架甲基化的不带电的DNA片段,发现在低浓度盐溶液中,不带电的DNA片段形成的双螺旋结构为左手螺旋构象。这些现象共同说明决定DNA双螺旋构象的根本原因在于糖环的构象。3.绝大多数的体外环境中DNA链交换反应都基于TOEHOLD策略,并且处于一种不平衡的状态。活细胞内的链交换反应是由重组酶促进的,但是缺乏序列选择性。在本部分工作中,发现了一种新的由DNA构象转变促进的链交换反应。在长双链中包含有能够形成G-四链体结构的序列,在生理条件下可能形成结构的同时将双链打开并迅速恢复,这种动态的过程导致了同源DNA之间的链交换反应。由G-四链体促进的链交换反应不需要重组酶的参与,并且具有高度的结构选择性,通过PAGE凝胶电泳和RecA的对照实验研究了这种链交换反应。G-四链体诱导的链交换反应是G4DNA的一个新的特征,同时也是应用DNA动态平衡的一种新策略。4.溶酶体是一类非常重要的细胞器,研究表明溶酶体与原癌基因的启动和癌症的发展过程密切相关,由此靶向溶酶体的荧光探针的研究显得尤为重要。在本部分工作中,成功应用一锅法和高效的Heck反应合成了一种溶酶体特异性的探针化合物8。这种溶酶体探针衍生自罗杰斯碱并具有二甲胺基的末端基团。研究了化合物8的光物理性质和双光子荧光性质,在细胞实验中,化合物8表现出了高度的溶酶体选择性和靶向性,包括HeLa细胞,NRC-5细胞和NRK细胞。与商品化的LTRed相比,化合物8的选择性高达96%。通过化合物8得到了HeLa细胞内溶酶体的双光子荧光照片,同时也由双光子荧光显微镜获得了活细胞内的溶酶体的三维重构影像。成功实现了化合物8的手性柱分离,然而化合物8的两种对映异构体对于溶酶体的靶向性没有表现出区别。