10-23脱氧核酶是利用体外筛选技术得到的一个具有切割RNA活性的单链DNA分子。它具有高效的催化效率和特异的序列识别能力,切割位点位于底物未配对的嘌呤和配对的嘧啶间的磷酸二酯键。作为一种强有力的几乎通用的RNA特异性切割工具,它不但在体外可以作为限制性内切酶,在体内也可以作为RNA基因水平的失活剂。尽管在体外实验中,10-23脱氧核酶表现出良好的生物学活性,但是在生物体内,催化活性受多种因素限制而显著降低,脱氧核酶在体内可被核酸酶降解,而且体内的二价离子(如Mg2+)浓度较低,都影响了其催化活性的发挥。因此,发展高效,稳定的脱氧核酶是科学家们研究的重点。目前的修饰主要集中在它的识别结构域,提高稳定性的同时,催化活性一般也有所降低。而对催化结构域的化学修饰是一项极具挑战性的工作,迄今没有发现能提高催化速率的化学修饰方法。我们根据前人的研究成果和催化结构域的碱基组成,设计了全新的修饰策略,将关注点集中在嘌呤碱基的五员环部分和嘧啶碱基的5位上。因为前者含有7-位氮原子,也具有成氢键能力,参与核酸高级结构的形成,对它进行结构改造同样会对催化活性带来很大的影响。我们用7-去氮脱氧腺苷分别替换脱氧核酶催化区域的A5、A9、A11、A12和A15等天然核苷,合成了5条修饰脱氧核酶,结果表明7-位氮原子确实在催化活性中发挥重要的作用,而当7-位氮原子迁移到8-位时,在A5、A9、A11,A12、A15、G1、G2、G6和G14进行替换,合成了9条修饰脱氧核酶,其中在A9和G14的替换表现出更好的活性。在此基础上,我们在8-氮杂-7-去氮脱氧腺苷的7-位引入氨基、羟基和苯基等功能基,对原型脱氧核酶的结构进行进一步修饰,得到更加高效的脱氧核酶,在合成的12条修饰脱氧核酶中,有4条脱氧核酶在A9表现出高效的切割活性,其中LKDZ21比原型10-23脱氧核酶的切割速率提高11倍,LKDZ14提高6.3倍。对修饰脱氧核酶的催化机制进行研究表明,它们和原型脱氧核酶具有相似的催化机制。这是首次在催化结构域通过化学修饰获得催化速率的提高,这个成功的实例表明10-23催化结构域具有进一步优化的空间：在催化区域的A9位和G14位是两个可以进一步进行化学修饰的位点,并获得了修饰的核苷类似物先导结构。在对两个dT位点的修饰中,我们合成了6条修饰脱氧核酶,实验表明也具有进一步优化的潜力。我们的研究成果为发现更多更加高效的脱氧核酶,为加快脱氧核酶在生物医药领域的应用提供一条思路。在修饰单体的合成中,我们一共应用了9个修饰的亚磷酰胺单体,并合成了一系列14-mer的短序列验证正交保护策略和修饰单体的合成效率。此外,我们考察了这些短序列的理化性质、热稳定性和序列的合成与纯化条件,为脱氧核酶的合成与活性评价实验提供参考。我们的研究成果证明了核酸作为催化剂,它的潜力还有待进一步开发,通过化学修饰和体外筛选技术的进步,可能会发现与蛋白酶活性相当的催化性核酸。