在近几十年中,含铜核酸酶由于其结构的多样性和稳定性以及高活性,在生物分子结构探针、基因工程以及抗癌药物的研究中受到广泛的关注。含铜核酸酶在生物体内表现出良好的DNA切割活性,它能够通过进攻DNA糖环或碱基而引起DNA链的破坏性断裂。自第一个含铜核酸酶被发现以来,大量的含铜核酸酶被合成并被检测出它们具有结合和切割DNA的能力,有望成为基因药物的先导化合物。当含铜核酸酶作为抗癌类药物或特定的基因修饰剂在实际中应用时,提高它们与DNA结合能力及切割特异性显得尤为重要。因此,在设计研究含铜核酸酶过程中提高其结合DNA的能力以及切割DNA的活性和选择性成为关键点。至今,虽然已经有大量的实验结果表明一些含铜核酸酶具有切割DNA的活性,但是对含铜核酸酶与DNA结合模式及切割机理的研究却非常有限。目前,人们从本质上理解这些信息是非常困难的,除非我们从分子水平上得到更多的信息。本论文中,选取含铜核酸酶作为研究对象,对含铜核酸酶与DNA的结合能力进行了较为系统的理论研究,并对其DNA切割活性进行了初步的理论探索。本论文的主要工作如下:1.本部分工作采用分子对接软件Auto Dock对五个系列(A,B,C,D和E)22个含铜核酸酶与DNA分子之间的最佳结合模式进行了筛选并将其作为动力学模拟的初始构型。通过MM_PBSA方法对模拟的轨迹进行分析,计算结果表明,配体的结构对含铜核酸酶与DNA的结合能力有很大的影响。具体地说,(1)配体中的芳香环类型对核酸酶的DNA结合能力有显著影响。在这五个系列的核酸酶分子中,相应的DNA结合能力次序为:含IDB配体及衍生物的分子最好,含IM配体及衍生物的分子次之,含BPA配体及衍生物的分子更弱,含TPA配体及衍生物的分子最弱;(2)配体中心配体氮原子上的取代基对核酸酶的DNA结合能力有影响,例如,BPA和IM配体及其衍生物中,随着配体氮原子上取代基碳链长度的增加,其相应的含铜核酸酶与DNA的结合能力逐渐减弱;(3)配体中心配位原子与芳环之间连接碳链的长度是另外一个影响两者结合能力的重要因素,合适的连接长度有利于增强其结合能力,例如,BPA和IM配体及其衍生物中,随着连接区碳链长度的增加,其相应的核酸酶的DNA结合能力逐渐减弱;TPA配体及其衍生物中,连接区长度的不同直接导致了其核酸酶相应的DNA结合能力不同。本部分工作为设计新型含铜核酸酶提供了理论指导。2.本部分通过分子动力学模拟方法对六个配体结构相似的含铜核酸酶与DNA的结合能力及切割活性进行了研究。这六个核酸酶分子分别是Cu(E1)2+,Cu(E2)2+,Cu(E3)2+,Cu(E4)2+,Cu(E5)2+和Cu(E6)2+。分析结果表明,除Cu(E4)2+外其它分子都结合在DNA小沟内。自由能及氢键分析结果表明,六个含铜核酸酶分子与DNA的结合顺序为Cu(E5)2+>Cu(E6)2+>Cu(E2)2+>Cu(E4)2+>Cu(E1)2+>Cu(E3)2+,与实验结果一致。与此同时,模拟结果表明,与含铜核酸酶进行相互作用后的DNA与标准B-DNA的螺旋参数频率分布有巨大的差异,这些差异导致DNA的转录和复制受到抑制。此外,RDF分析结果表明研究的六个核酸酶分子(Cu(E5)2+,Cu(E2)2+,Cu(E6)2+,Cu(E1)2+,Cu(E3)2+和Cu(E4)2+)的DNA切割活性依次降低,与实验结果相符。本部分工作为我们从分子水平上理解相似配体的含铜核酸酶有不同的核酸酶活性提供了有价值的理论信息。