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第42 卷 分析化学 (FENXI HUAXUE) 研究报告 第10 期 2014 年10 月 Chinese Journal of Analytical Chemistry 14 14 ~1420 DOI:10.11895/j.issn.0253-3820.140338 利用对 G-四链体环部的构型调节进行传感器的设计 段娜娜 王 娜 杨 薇 孔德明* (南开大学分析科学研究中心,南开大学化学学院,天津300071) 摘 要 对鸟嘌呤碱基G重复序列之间连接环结构对 G-四链体形成的影响进行了研究。 发现在连接环较 长,DNA链不易形成G-四链体的情况下,可以通过将环序列设计成双链结构的方式促进 G-四链体的重新形 成。 这就为传感器的设计提供了一个新途径,即可以利用目标分子对环部双链的调节作用控制 G-四链体 DNA酶的活性。 为证明这一点,在双链区域引入T-T碱基错配,破坏双链结构使DNA链不能形成G-四链体。 2+ Hg 对T-T错配的稳定作用可以促进双链结构的形成,DNA链重新折叠成G-四链体,得到的G-四链体与氯化 2+ 血红素(Hemin)结合后形成具有过氧化物酶活性的G-四链体DNA酶,据此构建了Hg 传感器。 利用此传感 2+ 器可在10~700 nmol/ L范围内实现Hg 的定量检测,检出限为8.7 nmol/ L。 在此基础上,利用半胱氨酸可以 2+ 2+ 将Hg 从T-Hg -T碱基对上竞争下来的能力,设计了一种半胱氨酸的检测方法。 此方法可以在 20 ~ 600 nmol/ L范围内实现半胱氨酸的定量检测,检出限为14 nmol/ L。 关键词 G-四链体;DNA酶;传感器;汞离子;半胱氨酸 1 引 言 G-四链体是由含有几组鸟嘌呤碱基 G 重复序列的DNA 或 RNA 形成的一种特殊的核酸二级结 [1,2] 构 。 就某些G-四链体而言,当它们与Hemin结合后可形成具有过氧化物酶活性的G-四链体 DNA [3] [4~6] 酶 ,催化H O 参与的一些反应,产生吸光信号、荧光信号或化学发光信号 。 与天然酶相比,G-四 2 2 链体DNA酶由于具有价廉、易得、便于存储和修饰及设计灵活等优势,使其在传感器的设计方面得到了 广泛应用[7~16]。 G-四链体的构型及稳定性受多种因素的影响,包括溶液中金属离子的类型及环序列的长度等。 研 究表明:较短的环有利于形成催化能力较强的平行构型的G-四链体;而当环较长时,则倾向于形成催化 [17~20] [21] 能力较弱的反平行的G-四链体 。 环的长度加大会在一定程度上降低G-四链体的稳定性 。 若 分子内G-四链体的3个连接环中只有一个为长环,即使它的长度达到30个碱基,仍能形成稳定的G-四 [22] 链体;若存在2个或3个长的连接环,且它们的长度达到一定程度时,则无法形成稳定的G-四链体 。