生命活动的本质是生物分子之间相互作用的过程,对于基因表达、信号转导、免疫反应等生命现象的探索均可归为对于生物分子之间相互作用过程的研究。DNA和蛋白质是生命体中最重要的两类生物大分子,其中DNA是生命体的遗传物质,蛋白质是生命体的功能载体,而DNA与蛋白质、蛋白质与蛋白质之间的相互作用决定着生命体的基础生命活动。因此,对于DNA-蛋白质相互作用、蛋白质-蛋白质相互作用的研究有利于从分子、细胞、生物体等多个维度揭示生命的深奥本质。目前,对于这两类生物分子相互作用的分析方法大多存在步骤复杂、灵敏度低、成本较高等问题。近年来,生物传感技术,尤其是基于酶催化实现信号放大的电化学生物传感技术,凭借其操作简单、灵敏度高、成本低廉等优势在生物分子相互作用的研究中展现出巨大的潜力。脱氧核酶(DNAzyme),是一段具有良好的结构识别能力和较高催化活性的DNA单链,在构建生物传感体系时可提供新的辅助手段,因此为使用电化学方法研究生物分子相互作用创造了更好的条件。本论文工作借助生物分子间相互作用诱导的脱氧核酶在电极表面的特异性地迁移,获得了生物分子间相互作用引起的差异性电化学信号,从而研究了DNA-蛋白质,以及蛋白质-蛋白质的相互作用。具体内容如下:1、基于脱氧核酶的DNA-蛋白质相互作用的电化学研究在本部分工作中,我们发现,当蛋白质分子与缀合在脱氧核酶上的DNA序列特异性结合后,所形成的DNAzyme-蛋白质复合体会降低酶的活性。据此现象,我们借助DNA-蛋白质的相互作用诱导脱氧核酶在电极表面所进行的特异性地迁移扩散,获得了差异性的电化学信号,从而对DNA-蛋白质相互作用进行了研究。该方法可实现在核酸提取物中对DNA和蛋白质之间的相互作用进行特异性和敏感性的分析。为了进一步验证实验原理,我们以核酸适配体(以牛血清蛋白的适配体Apt29为例)以及转录因子(以NF-κB,SP6 RNA聚合酶和HNF-4α为例)为对象进行分析验证,并分析了特异性核酸序列在部分碱基位点突变条件下与靶蛋白的结合力,甚至在体外筛选了与HNF-4α蛋白特异性结合的核酸序列。这项工作不仅获得了靶蛋白在纳摩尔水平上的定量信息,而且为进一步筛选与靶蛋白特异性结合的核酸序列、研究核苷酸多态性提供了新的手段。此外,本部分工作所提出的方法还可用于开发灵敏高效的芯片式检测技术以同时分析多种生物分子间的相互作用,并且可用于微流控平台的研发。2、基于脱氧核酶的蛋白质-蛋白质相互作用的电化学研究在本部分工作中,我们构建了一种多功能且高灵敏的电化学生物传感器,并且用于蛋白质-蛋白质相互作用的分析。基于该传感器而提出的蛋白质-蛋白质相互作用的研究方法可称为动态三明治式电化学测定法(dSTEA),其主要原理是通过蛋白质-蛋白质相互作用影响脱氧核酶在电极表面的迁移速率,从而获得由蛋白质-蛋白质相互作用引起的差异性电化学信号。此外,在金纳米颗粒的辅助下,我们借助抗原-抗体的相互作用实现了对靶蛋白粒径大小的调控,并且证实了脱氧核酶对底物DNA的切割活性与附着在脱氧核酶上的蛋白质的流体动力学直径成反比这一关系。基于本部分工作所提出的方法,不仅可以检测到亚皮摩尔水平的蛋白质-蛋白质相互作用,而且可以实现对靶蛋白的定量检测,甚至还可以在全细胞提取物中分析激酶的组装过程,从而为其他蛋白质相互作用的研究提供新的思路。此外,本部分工作所设计的这种新型的电化学信号转换机制拓宽了基于脱氧核酶的电化学测定方法的适用性,为其他传感界面的研制提供了新的技术手段。