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信号跨膜传导是指外界信号作用于细胞膜表面,通过引起膜受体蛋白分子的构型变化,以新的信号传到膜内,再引发细胞相应功能改变的过程。仿生构建信号跨膜传导体系将在化学生物传感、药物可控输送和细胞信息传导等方面具有潜在的应用。DNA由于具有序列可控杂交、便于程序化设计、智能可控响应、生物相容性好等优点,是生物膜器件仿生构建的优良载体。基于此,本论文基于DNA核酸适配体和G-四聚体的优良特性,设计了生物小分子和光控响应的两种仿生膜受体,并用于信号跨膜的传导研究,主要开展以下两个研究工作:1.基于小分子触发的仿生膜受体可控聚合,实现了腺苷介导的跨膜G-四聚体形成与酶催化信号放大。以腺苷核酸适配体作为识别元件,裂开型G-四聚体作为信号输出元件,以碳-12臂作为桥联分子,构建了一对二聚体仿生跨膜受体。囊泡外腺苷分子的加入,诱导膜上仿生膜受体形成二聚体,对应囊泡内G-四聚体形成,进而触发囊泡内的ABTS显色反应和Amplex red荧光生成,实现跨膜的信号传导。仿生膜受体的二聚体形成采用电泳、圆二色谱、荧光共振能量转移和全内反射荧光显微镜等进行了表征;囊泡的膜信号传导实验表明,1 mM腺苷的加入,ABTS显色反应和Amplex red荧光反应速率均提升到了2.5倍。该工作发展了一种基于DNA的二聚体仿生膜受体分子,为信号跨膜传导提供了新的仿生模型。2.基于偶氮苯修饰的仿生膜受体可控聚合,实现了紫外-可见光对跨膜G-四聚体形成与酶催化信号的调控。以偶氮苯作为光控响应元件,裂开型G-四聚体作为信号输出元件,构建了一对二聚体仿生跨膜受体。偶氮苯在紫外-可见光照作用下构型会发生顺式-反式的可逆转化。当紫外光照射时,偶氮苯处于顺式结构,空间位阻太大使得DNA不能杂交,G-四聚体无法形成;当可见光照射时,偶氮苯处于反式结构,此时DNA杂交,G-四聚体形成,触发囊泡内的ABTS显色反应和Amplex red荧光生成,从而实现跨膜的酶反应激活与信号传导。仿生膜受体的光控二聚体形成采用电泳、圆二色谱、荧光共振能量转移和全内反射荧光显微镜等进行了表征;囊泡的膜信号传导实验表明,相比于紫外光照,可见光照触发的二聚体聚合促使囊泡内ABTS显色反应和Amplex red荧光反应速率分别提升到4.0倍和1.5倍。该工作发展了一种光照刺激响应的二聚体仿生膜受体分子,将有望应用于生物传感,药物可控传输等领域。