本论文围绕化学生物学中的重要研究领域人工核酸酶和核酸酶模拟展开研究工作。根据天然核酸酶的活性点结构特点,设计和合成了“双功能催化”、“无金属切割”和“双核协同催化”的人工核酸酶,并研究了它们与DNA的相互作用以及抗肿瘤活性。　　 全文主要分为以下三个部分:　　 1.设计合成了“双功能协同催化”的人工核酸酶——双胍乙基侧臂的2,6-吡啶二酰胺化合物5的配合物CuⅡ-5。并用电喷雾质谱,红外、紫外光谱法研究化合物5与Cu(Ⅱ)配合的稳定性以及CuⅡ-5的配位结构特征。通过紫外、荧光、圆二色光谱研究了化合物5和CuⅡ-5与CT DNA的相互作用。结果均表明,CuⅡ-5与CT DNA的键合能力比5强的多。化合物5和其Cu(Ⅱ)配合物CuⅡ-5与CT DNA键合的表观结合常数分别为1.61×106M-1 and2.86×105M-1。用凝胶电泳和电喷雾质谱实验研究了CuⅡ-5切割质粒DNA的活性和切割反应机理。动力学数据表明,CuⅡ-5在浓度小于为0.0625 mM时,切割DNA反应的最大准一级速率常数为0.0173 h-1,将生理条件下非催化的DNA水解反应速率提高了106倍。同时实验结果表明CuⅡ-5促进的DNA裂解反应是以水解机理实现的。抗肿瘤活性研究表明,CuⅡ-5具有一定的抑制人类白血病HL-60细胞的作用,其IC50值为1.45×10-5M。　　 2.本章研究了“无金属催化”人工核酸酶——同时带有含氮正电中心基团(胍基、铵基)和羟基四氢嘧啶衍生物16与CT DNA的相互作用,并研究了它对pUC19 DNA的切割活性和反应动力学。研究结果表明,人工核酸酶16与DNA主要是通过静电相互作用结合的,它对DNA切割动力学数据符合米氏方程,最大一级速率常数Kmax为0.0378h-1,比非催化的DNA的自然降解速率提高了106倍。作为对照,同时也研究了相应不含羟基的化合物10与DNA的相互作用,发现化合物16对于DNA的结合和切割效率均强于化合物10。这样显著的速率的提高是由于含氮正电中心基团对DNA磷酸二酯键的亲电活化以及空间上与之邻近的羟基亲核进攻的结果。对核酸模拟物裂解实验和理论计算的结果表明,化合物16对DNA的裂解很可能是通过磷酯转移反应的途径进行的。我们还进行了初步的抑制肿瘤活性研究,发现化合物16和10均对HL-60细胞有一定的抑制作用,而对hela细胞无抑制能力。16和10对HL-60细胞的IC50值,分别为9.20×10-5 M和6.91×10-4 M。　　 3.设计合成了“双核协同催化”的人工核酸酶——2,6-二亚甲基对取代苯酚(或者苯甲醚)骨架桥联的带双1,4,7.三氮杂环[5.2.1.04,10]癸烷正电中心结构的化合物34～36。用凝胶电泳实验研究了化合物34～36对pUC19 DNA的切割活性和反应动力学。研究结果表明,无金属类“双核”人工核酸酶34～36与DNA是主要通过与磷酸二酯骨架的静电相互作用结合的,它们对DNA切割动力学数据符合米氏方程,最大假一级速率常数kmax分别为0.130 h-1,0.147 h-1,0.104 h-1,比非催化的DNA的自然降解速率提高了107倍。作为对照,同时也研究了相应的单体化合物25催化DNA的裂解性质,发现它们催化DNA的裂解的效率35＞34＞36＞＞25。这样显著的速率的提高是由于化合物34～36的双1,4,7-三氮杂环[5.2.1.04,10]癸烷正点中心基团协同作用于DNA磷酸二酯键,而且随着酚羟基的酸性增加,催化效率增加。利用自由基淬灭实验和核酸模拟物(BDNPP)裂解实验,研究化合物34催化DNA裂解的机理,认为化合物34～36很可能是通过了水解反应催化DNA的裂解。抗肿瘤活性研究表明,化合物34～36均对hela细胞和HL-60细胞有一定的抑制作用。抗肿瘤活性35＞34＞36,该结果与上述的DNA切割性质实验的结果一致。