DNA的电化学的研究进展.pdfVIP

笙!!星全垦皇坌塑些堂堂查室坚堡苎叁————————————一 DNA的电化学研究进展 康敬万 张敏 卓琳 曾红娟 卢小泉+ (西北师范大学化学化工学院，兰州730070) 随着生物技术的飞速发展，生物化学这门边缘学科取得了快速的发展。DNA(脱氧核 糖核酸)与电化学结合的分析方法及应用在分子生物学和生物医学工程领域有很大的实际 意义。DNA是决定生命最重要的一种化学物质，对DNA的研究是生命科学研究领域中极其 重要的内容。DNA的电化学研究工作始于1961年，早期的工作着重于DNA的基本电化学 行为的研究。八十年代以来其研究范围已扩大到DNA的结构和形态分析，DNA与其它小分 子，尤其是能识别特定碱基序列的小分子、DNA传感器和有关DNA序列识别的研究。进入 九十年代，随着人类基因组工程的接近完成，功能性基因的解析技术研究成为目前研究的 热点之一，而DNA芯片技术作为目前世界范围内最引人注目、发展最快、最具有实用价值 的解析技术之一，受到了众多电化学工作者的青睐。本文对DNA的电化学研究工作作了归 纳与展望。 1 ON^与靶向分子相互作用的电化学研究 许多小分子能与DNA分子发生相互作用并影响DNA的复制，这种相互作用也构成DNA 断裂反应的基础，在获得DNA的碱基序列信息和认识DNA的结构方面具有重要意义。 小分子与核酸有三种基本作用方式：(1)静电作用，即其与DNA分子带负电的磷酸骨架 作用：(2)与DNA的大沟槽或与小沟槽作用：(3)嵌入作用，即具有一定平面性的分子嵌入 到DNA分子的双螺旋结构中，与DNA碱基对发生作用．这三种基本作用方式中，第一种无选 择性，第二种和第三种有选择性．小分子化合物与核酸作用时，可以同时存在一种或几种基 本作用方式．电化学方法研究DNA分子与其它分子的相互作用是基于DNA分子存在与否时 体系伏安特性的差别，包括由于嵌入反应引起的体系式电势(E”)的移动和当小分子与 DNA分子结合后扩散系数(D)值大幅度的下降而导致扩散电流的减小。 本实验室在研究卟啉、六氦杂环配合物电化学性质的基础上，研究了水溶性卟啉、 金属卟啉、抗生素与DNA的相互作用，并且在对植物DNA(柠条叶、甘草等)与配合物的 相互作用方面也取得了一些很好的结果。在对于DNA和小分子的作用机理和作用模式的研 究方面，主要从DNA及其目标分子本身的结构(键长、键角、空间大小、DNA的螺距、碱 基对之间的距离等)和实验测定结果两个方面进行探讨，将理论性的计算、模拟与实验数 据(电化学谱数据、光谱数据)相结合，即用常规方法研究二者相互作用的基础上将化学计 量学中的模式识别技术和分子结构信息以及电分析化学的实验结果相结合，提出了一套分 析目标分子与DNA作用过程的机理分析方法，取得了一些初步的结果，但还需进一步完善。 2电化学D姒传感器 生物传感器是把生物学、医学、化学、电子学和计算机技术结合起来的一种高新技术， 它是由一个支持DNA片段(探针)的电极和检测用的电活性杂交指示剂构成。DNA探针是 ；。DNA片段(或者一整条链)，长度从十几个到上千个核苷酸不等，它与靶序列是互补的。 它主要用于特定基因序列的检测和一些DNA药物的检测。其发展现状如下：(1)开发了新 型酶传感器；(2)研制出组织传感器；(3)微生物传感器用于BOD和致癌物质的检测；(4) 免疫生物传感器已用于血清、蛋白质代谢异常的诊断。 国家自然科学基金、甘肃省自然科学基金、西北师大科技创新基金资助。+通讯联系人。 !!竺丝皇坌堑些兰 一 3DNA芯片技术 DNA芯片是利用核酸杂交的原理来检测未知的分子。在面积不大的基片表面上有序地 排列了一系列固定于一定位置的可寻址的识别分子，反应在相同条件下进行。反应结果用 同位素法，化学荧光法，电化学法，酶标法等来显示：然后用紧密的扫描仪或CCD技术记 录。最后通过计算机软件分析，综合成可读的芯片总信息。由此可知，芯片分析实际上也 是传感器分析的组合。芯片点阵中的每一个单元微点都是一个传感器的探头。所以，芯片 技术就是传感器技术的发展。 目前的DNA芯片有两类：①片上就位合成聚核苷酸点阵芯片(ONA)。②用微量点样 技术制作DNA芯片(CDA)。一种是未知的DNA样品被吸附于载体，然后按顺序地与标记 的寡核苷酸的载体点阵杂交：