氯化血红素(hemin)是血红蛋白、过氧化物酶、细胞色素C等多种生物分子的活性中心,具有过氧化物酶的催化活性。Hemin由于容易发生聚合,其自身催化活性较低,而将hemin与DNA共价连接可以显著提高hemin的催化活性。本论文将hemin共价连接在G-四聚体、发卡式等不同构像DNA末端,研究了这些hemin-DNA复合物的催化活性与DNA构像的关系,并结合化学发光检测,构建了一种化学发光生物传感新方法。具体研究内容如下:一、Hemin-G-quadruplex DNAzyme催化活性影响因素的研究Hemin与G-四聚体(G-quadruplex)的末端平面可以发生π-π-堆积作用而形成DNAzyme,此DNAzyme具有类过氧化物酶催化活性。本论文设计合成了平行、反平行和混合型三种构型的G-quadruplex,并将hemin通过共价连接和非共价两种方式与G-quadruplex相结合构建Hemin-G-quadruplex DNAzyme。通过圆二色谱、紫外-可见吸收光谱等手段,研究了这些DNAzyme在luminol-H2O2化学发光反应中的催化活性。研究发现DNAzyme中hemin与G-quadruplex π-π堆积作用越大,其催化活性越高。本研究为高活性hemin-G-quadruplex DNAzyme的设计提供了理论依据。二、Hemin双标记催化型分子信标的设计及其在化学发光传感中的应用1个目标物只能使1个分子信标发生结构转变产生荧光信号,从而限制了传统分子信标的灵敏度。本论文利用hemin自身的二聚行为和催化特性,设计了一种新型的催化分子信标。分别在分子信标的3’和5’端标记hemin,通过控制分子信标的构型转变而实现hemin从二聚体到单体的转换。Hemin二聚体具有低的过氧化物酶活性,而hemin单体具有高催化活性,可以催化luminol-H202体系产生强的化学发光信号。因此,可以通过检测luminol-H2O2体系的化学发光信号,实现对靶分子的检测。在此催化型分子信标中,1个目标分子可以引发产生多个催化循环,从而使信号得到显著放大。因此,与传统分子信标相比,此催化分子信标具有更高的灵敏度。这种新型分子信标提供了一种简单、灵敏和快速检测生物分子的方法。