利用核酸的高级结构自组装寻找新型材料,如纳米材料和分子机器,是开发核酸新功能的一个重要途径。它的化学惰性成就它作为自组装材料的优势,另一方面,也使其功能开发受到限制。基于此,我们提出在不影响其自组装能力的前提下,利用功能基修饰核酸单元,改善其化学活性,获得具有特定功能的高级结构。这一基于核酸高级结构自组装的新功能研究既可用于开发新功能材料,还可用于研究生物分子的功能及其相互作用。我们以功能基修饰作为改善核酸化学活性的手段,而功能基的选择则取决于所需开发的功能。如对于酶的功能模拟,则需要引入酶催化所需的特定功能基组合才能实现。在酶的催化反应中,所涉及的化学官能团有带正电荷的氨基、胍基,带负电荷的羧基,磺酸基,具有脂溶性的烷基,芳香基等。具有成氢键能力和质子传递功能的基团,如羟基、氨基、咪唑基、羧基、亚胺基、酰胺基、羰基、酯基等。它们在酶催化中心的特定的组合就决定了对底物的选择性反应。功能基在核酸结构上的引入位置,以不影响碱基配对的专一性和稳定性,以及保持整体螺旋构型为原则,如序列的末端磷酸骨架,嘧啶核苷的5位,以及8-氮-7-去氮-脱氧腺苷的7位等,对核酸双螺旋结构的影响较小。DNA的高级结构具有确定性、规则性和可组装性的特点,在这种规则结构上,各位点的相对空间位置具有可确定性和可预知性,通过在一级序列上的不同位点的引入和在高级结构上的组合,有可能获得对特定酶催化中心的结构模拟和功能模拟。基于此,我们课题组首先开展了关于核酸酶的模拟工作,这一策略赋予了核酸新的功能,使其从一种遗传性分子发展为功能性分子,利用核酸对靶RNA的特异性结合和识别,实现对特定靶的裂解,从而发展一类新的催化性反义核酸。开发利用这些新分子的实际应用价值,对发展研究工具和治疗药物等都具有重要的理论和实际意义。在计算机建模设计和分子动力学模拟的指导下,合成了一系列含所需功能基（咪唑基、氨基、羟基等）的序列,再通过核酸双螺旋高级结构自组装,达到在三维空间特定位置引入特定功能基,并模拟酶活性的目的。本课题以前期研究工作为基础,以一个19个碱基长（mer）的RNA为靶,与之互补的功能序列为修饰的8 mer DNA和12 mer DNA,共计合成了18个含功能基的序列。合成策略主要有两种。第一种以6-氨基己醇为连接臂,先合成它的亚磷酰胺单体,合成含单氨基的功能序列（2个）,以它的氨基为进一步引入功能基的位点,通过固相合成肽键的方法引入了D-和L-组氨酸,D-和L-丝氨酸,和甘氨酸单元（10个序列）,以及一个含咪唑基单元的2个序列;第二种方法利用合成非天然亚磷酰胺单体,得到含羟基的功能序列4个。另外,在碱基修饰方面,合成了3个含咪唑基的核苷类似物和1个含羟基的核苷类似物。并将含羟丙炔基的亚磷酰胺单体用于序列合成。所有序列以凝胶电泳和/或HPLC纯化,以MALDI-TOF-MS确证序列。用放射性同位素标记靶序列的5’端,再通过核酸高级结构互补配对使功能序列和靶产生特异性的结合和识别,使功能基在连接臂的引导下在合适的位点对靶序列进行切割。在含Mg2+的Tris-HCl（7.5）的缓冲液体系和32℃的反应条件下,初步的试验结果表明,9H和9Im在现有的试验条件下观察到了一定的活性,剪切位点在AU之间,而9DH却并未表现出活性。结果说明9H中L-组氨酸中的咪唑基和9Im中相对限制较小的咪唑基可以接近底物靶点;而9DH中D-组氨酸的咪唑基可能由于构型原因未能接近底物靶点。此外末端为单羟基和单氨基的功能序列也未表现出切割活性,同样说明咪唑基在酶切反应中的重要作用。9H中的氨基也许只是发挥了辅助作用,但还需要进一步试验验证。另外,二价镁离子发挥的作用需要进一步研究。13H和13DH均未表现出活性,可能是因为这样的功能基组合活性较低,难于裂解其他碱基间的磷酸二酯键。在今后的试验中,拓展功能基的种类和组合模式,进一步优化功能序列,优化试验条件,和针对不同的靶序列,将有可能获得具有更高裂解效率的功能核酸结构。