基于DNA自组装纳米结构用于人工双酶体系的构建和调控

【摘要】酶(Enzyme)是具有催化功能的高分子物质[1-3],在生物体内发挥着非常广泛的功能。信号传导和细胞活动的调控都离不开酶。大多数酶可以大大提高其催化的反应速率。长久以来,人们对酶的组成以及催化机理等方面做了许多的研究[4-7]。目前大部分酶分子反应都是通过温度,pH值等条件来进行调控[8,9]。但是大部分酶反应都是在细胞内狭小的限制空间中进行的,所处的环境也多是温和的。那么如何模拟细胞中酶分子所处的真实环境以及对它们的酶反应会有何影响等问题,成为一个重要挑战。DNA不仅是一类带有遗传信息的生物大分子,也是高分子纳米材料[10]。随着DNA纳米技术的蓬勃发展,基于DNA分子的序列特异性识别性能及精确的纳米尺寸,人们利用DNA的碱基互补配对原则,通过特定的设计和自组装构建了一系列刚性良好、形状可控且具有精确定位功能的纳米级结构。人们使用pH方法调控DNA纳米折纸形成的很少,大多数都是采用加热或变性剂方法合成DNA纳米结构。迄今为止,人们利用折纸术已经构建了各种复杂精细的二维和三维纳米结构。这些DNA纳米结构既可以作为模板,精确引导蛋白质、金属纳米粒子、量子点的组装排布,又被广泛应用于生物芯片,药物传输,疾病检测等领域。在本文中,我们开发了一种简单且有效的组装折纸结构的方法,研究pH调控DNA纳米折纸结构的形成情况。同时,本文构建了二维DNA纳米方块和三维DNA纳米圆筒以及对纳米圆筒进行分离纯化,并对双酶体系(葡萄糖氧化酶和辣根过氧化物酶)组装到这些纳米结构上的酶联活性进行了研究。实验结果表明当双酶体系排布在一定距离的纳米结构上时,其酶联反应速率都要比自由溶液中的快。由于纳米圆筒结构起到三维空间的限域作用,而纳米方块为平面结构,我们发现组装到纳米圆筒上的双酶体系的酶联活性高于方块上同样距离排布的酶联活；同时发现排布在圆筒里面的酶联活性高于圆筒外面的活性,是因为圆筒的紧密排布起到很好的围墙作用,限制中间产物在圆筒里面扩散。我们认为这种模拟能更真实地反应细胞中的酶分子实际所处的拥挤环境,这为了解细胞内酶反应提供了很大的帮助,同时也开发了DNA纳米技术新领域的发展。
【作者】靳艳秋；
【导师】杜丹；
【作者基本信息】华中师范大学，分析化学，2014，硕士
【关键词】DNA纳米结构；DNA折纸术；酶联反应；限域空间；pH；

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