以修饰的非天然核苷作为主体结构所衍生出来的核苷类药物已经在抗病毒、抗肿瘤治疗中发挥着积极的作用。但是,由于正常生命体需要的天然核苷与非天然核苷结构相似,从而导致DNA聚合酶的选择性松懈可能会将修饰核苷引入到正常DNA链中,进而造成体内正常DNA的化学损伤。非天然核苷酸及其衍生物的掺入可能会引起的基因变异,甚至会影响或完全阻碍正常核酸的生物功能,引起生物体系统紊乱的毒副作用。本论文旨在从核苷的化学和立体修饰角度,深入研究一种核苷药物分子(异核苷)掺入DNA链之后,异核苷在体内的代谢及毒副作用。本论文还研究了生物体内各种聚合酶对药理活性明确或具有潜在活性的异核苷的识别能力;在此基础上,本论文进一步深入研究了异核苷损伤的核酸在这些酶的作用下是如何进行复制的。特别地,研究了异核苷类药物分子置于核酸链中后,其在正常细胞的复制过程中的跨损伤修复或变异。目前B家族DNA聚合酶可以识别D-异核苷三磷酸结构,而L-核苷损伤的DNA在体外B家族DNA聚合酶的作用下,具有很强的自我修复能力。为了研究在不同家族DNA聚合酶的指导下,异核苷损伤的核酸的复制和跨损伤修复能力。本论文通过酶聚合反应动力学分析和保真度测定等实验,研究了异核苷对人体生物功能的抑制问题。通过研究异核苷掺入到DNA链中对遗传信息的复制与传递产生的影响,揭示了潜在异核苷类药物分子的具体毒副作用。本论文进行了以下实验:1.分别以D-/L-异核苷-胸苷为起始原料,合成了相应的D-/L-iso-T亚磷酰胺单体。采用固相的亚磷酰胺化学法,合成了异核苷修饰的核苷酸链。2.利用聚丙烯酰胺凝胶电泳法分析了以含D-/L-iso-T修饰的核苷酸链为模板的引物的延伸性质;在此基础上进行了动力学分析。结果表明单个或连续两个D-iso-Ts位点修饰的核苷链均可以被Taq和Vent(exo-)DNA聚合酶识别并扩展到模板全长。而含L-iso-T位点修饰的核苷链均不能被这两种DNA聚合酶识别。随着D-iso-T掺入量的增加,脱氧核糖核苷酸三磷酸(dNTP)掺入的速率逐渐降低。这证明了 DNA聚合酶对异核苷具有抑制作用。3.通过PCR和聚丙烯酰胺凝胶电泳法研究了含D-iso-T修饰的DNA模板指导的测序、保真度分析和热力学稳定性。结果表明D-iso-T与A/G配对时热力学稳定性比其他两个碱基对高。D-iso-T修饰位置除了存在正常TA配对外,还存在单个碱基中的滑动突变。这种滑动突变在生理学上具有重要意义:它不仅揭示了 D-iso-T损伤对人类生物学功能的抑制作用机制,还为聚合酶作用下含有D-iso-T损伤的DNA的遗传变异提供理论依据。