DNA的损伤识别及其修复对于维持细胞正常功能和活性具有决定性的意义。细胞内的DNA时刻都在遭受细胞内外环境的各种危害,DNA中常常会出现各种损伤。DNA损伤被公认为是导致细胞衰老和其功能性障碍的关键性因素。细胞内的DNA损伤不及时加以修复,DNA损伤就会在细胞内大量聚集,进而导致细胞内基因不稳定甚至增加癌症风险。DNA损伤识别是细胞能够意识到自身存在DNA损伤的唯一途径。细胞内DNA损伤的识别都是有聚腺苷酸二磷酸核糖转移酶(PARPs)家族酶来完成。它们通过结合到受损DNA上,在受体蛋白上面修饰上负电的聚腺苷酸二磷酸核糖聚合物,进而激活后面一系列的细胞进程,完成DNA损伤信号识别与传递过程。细胞在识别到内部DNA存在损伤后,将会对受损DNA启动修复机制。DNA的修复是保持种群基因连续性和细胞正常功能的决定性因素。已知主要的DNA修复途径有四种,而其中最为重要的途径则是碱基切除修复(BER),它是细胞应对绝大部分DNA损伤时采取的机制。尿嘧啶DNA糖基化酶(UDG)是一类负责修复DNA由于碱基损伤而出现尿嘧啶的重要BER酶。鉴于此,本论文利用超电荷绿色荧光蛋白(sc GFP)和负电淬灭金簇(AuNCs)开发了一个灵敏直接分析DNA损伤识别酶PARP1酶活性传感平台;接着又利用鸟嘌呤四链体脱氧核酶(G4-DNAzyme)的邻位抑制效应开发了一种新颖高效的BER关键酶UDG的检测方法;致力于填补分析科学与普通大众理解间的鸿沟,本文最后一章以UDG为分析目标,利用G4-DNAzyme平台建立了一整套完整智能手机一体化信号输出与分析策略,让科研变得有趣且实用。具体如下:1.PARP1酶在活化DNA激活下发生聚腺苷酸二磷酸核糖化(PAR化),生成长链负电的腺苷酸二磷酸核糖聚合物(Poly(ADP-Ribose),PAR)。带36个正电荷的sc GFP因其具有超强的生物相容性和荧光稳定性而被广泛用于生命科学分析传感。金纳米簇(AuNCs)具有超小尺寸和超大的比表面积和曲率,可以通过纳米表面能量转移效应作为普适性荧光光谱淬灭剂。而且多肽模板合成的AuNCs也可以通过简单地改变多肽上氨基酸的种类而使合成的AuNCs按我们的需求带上不同的电荷。sc GFP可以通过静电作用而与负电AuNCs结合,结合后sc GFP的荧光通过纳米表面能量转移效应(NSET)而被AuNCs淬灭。PARP1发生PAR化后的产物负电PAR链可以同正电sc GFP结合形成PAR-sc GFP复合物,复合物总体呈负电,从而排斥负电淬灭剂AuNCs靠近复合物中的sc GFP,使sc GFP荧光免受AuNCs淬灭。因此PAR-sc GFP的荧光强度可直接反映出PARP1酶浓度和发生PAR化反应程度。我们首次在PAPR1酶反应的层面上,基于sc GFP-AuNCs平台,直接对其PAR化产物进行分析,为PARP1酶活性检测提供了一个新思路。2.富鸟嘌呤DNA在钾离子(K+)和氯高铁血红素(hemin)辅助下可形成一种具有过氧化物酶活性的鸟嘌呤-四链体结构(G4-DNAzyme)。G4-DNAzyme可以在双氧水辅助下催化ABTS2-(2,2’-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二钠盐)发生显色反应。另有研究报道,当平行G4-DNAzyme 3’端第一个碱基为腺嘌呤时,它的酶活性较之原G4-DNAzyme要增强5倍左右,而当其3’端位置腺嘌呤被互补DNA杂交“锁住”时,其过氧化物酶活性反而要比原本(3’端位置不含腺嘌呤)G4-DNAzyme要弱近五倍,此现象我们称之为邻位抑制效应。我们将G4-DNAzyme的3’端第一个碱基(+1位)设置为腺嘌呤,然后在后面延伸出一段发卡结构,通过在发卡末端腺嘌呤对应位置设置为一个尿嘧啶。正常状态下,腺嘌呤与尿嘧啶处于互补状态(A:U),G4-DNAzyme也处于低活性状态。而当UDG存在时,尿嘧啶被UDG从DNA链上切除,腺嘌呤被释放,G4-DNAzyme也实现从低活性到高活性的转变。基于平行G4-DNAzyme酶活性3’末端抑制效应,我们在此开发了一种新颖高效的UGD酶活性检测方案。3.利用互补双链杂交策略,将富鸟嘌呤DNA链锁住使其无法形成G4-DNAzyme结构。而当UDG加入后,切除互补双链上的尿嘧啶使双链TM值降低而解离,富鸟嘌呤序列形成活性G4-DNAzyme结构。利用G4-DNAzyme催化双氧水氧化ABTS2-的显色反应,再根据色彩学光色原理,我们首先建立了一种智能手机信号输出分析一体化UDG传感平台,将手机读取反应体系的的颜色信号直接转变成UDG酶浓度信号。该方法新颖富有趣味性和现实意义,兼具人文关怀。G-四链体DNA也可以同硫黄素T(Th T)结合,使原本几乎无荧光的Th T荧光增强上千倍。我们也依此建立了一种UGD荧光分析方案,并用前文RGB分析方式进行分析。