蛋白质是所有生物体必不可少的物质基础，它几乎参与了生命活动的每一个过程。蛋白质是由氨基酸组成的线性链，通常它会自发折叠到一个稳定的、确定的天然结构，这个确定的天然结构为蛋白质行使其功能提供了生物学基础。蛋白质能够相互结合，或者和RNA或DNA结合形成特定的复合体，来实现某些特定的生物学功能。蛋白质的这些特性是分子生物学里的中心问题和基本问题，　　因为蛋白质中的物理化学相互作用相当复杂，人们构建了很多不同的简化相互作用势用于研究蛋白质体系。在我们的第一个工作中，我们给出了一种简化的氨基酸残基两两相互作用势。这一相互作用势本质上是由统计方法得到的，它并不一定对应着蛋白质中真实的物理相互作用，而是复杂蛋白质系统中蛋白溶剂相互作用，溶剂熵效应和相互作用焓贡献的平均结果。在这一研究中，我们使用一种被称作“ENERGI”的统计方法来构建残基间的相互作用势。ENERGI是一种迭代方法，它通过提取蛋白质序列和结构数据库的信息得到氨基酸残基间的两两相互作用势。经测试，我们得到的相互作用势在测试集中识别天然结构的正确率为95.8％，这一识别率是相当高的。此外，它和人们常用的MJ矩阵、BT矩阵的相关系数分别为0.74、0.80。最后，我们得到的氨基酸残基两两相互作用势很好地体现了氨基酸的亲水疏水性质，暗示我们的方法得到的结果更接近于真实的物理化学相互作用。这一工作得到的相互作用势可以用于改进蛋白质简化模型动力学模拟中的相互作用参数，有望得到更好的，和实验数据更接近的结果。　　核糖核酸(RNA)是另一种主要的生物大分子，它对所有已知形式的生物的生命活动都很重要。过去人们普遍认为基因信息最终是由蛋白质来表现和执行的，但是最近有证据显示，哺乳动物和其他复杂生物体的大多数基因都会被转录成非编码RNA。近年来，人们逐渐认识到，非编码RNA在细胞内部的基因调控网络中构成了另外一层隐藏的信号系统，决定了生物的复杂性与多样性。要充分理解非编码RNA的功能，十分有必要研究它们的功能性三维结构的形成过程和形成机制，即RNA的折叠机制。　　基于上述考虑，在我们的第二个工作中，我们选择了噬菌体T2的基因32对应的mRNA作为研究对象，用分子动力学方法研究了它的去折叠过程。这一mRNA结构上是一个RNA赝结，是研究RNA折叠/去折叠过程的一个极好模型。这是因为赝结结构同时拥有二级和三级结构，还包含诸如非规范碱基相互作用，三螺旋，螺旋共轴堆积，结构应力这些复杂的相互作用或结构。此外，考虑到赝结特别的空间拓扑和其中的非规范相互作用是目前结构采样算法和自由能计算方法进一步发展的主要障碍，研究赝结的折叠机制有可能为人们提供新的思路，帮助人们打开这一困局。我们的模拟结果表明，RNA赝结在折叠路径和转变态上都表现出极大的多样性，暗示了被广泛用于描述蛋白质折叠/去折叠的两态模型可能并不适用与这一结构。模拟结果还表明，规范和非规范碱基对之间的耦合会影响结构的稳定性，并且这种耦合决定了大部分折叠路径的走向。模拟结果还给出了拉链机制，早期共轴堆积的破坏，和结构应力驱动早期去折叠过程的原子层次的图像。此外，我们还研究了水分子在去折叠过程中的作用。我们发现在去折叠过程的早期，水分子主要通过两种机制和RNA去折叠耦合，即expulsion和concurrent机制。并且，水分子可以介导核苷酸之间的相互作用，使最终的变性态结构倾向于紧密堆积。我们这一研究工作是人们首次在全原子水平上对RNA赝结的去折叠行为进行探讨，它为RNA去折叠过程提供了前所未有的详细的原子层次的图像。这些图像可以帮助我们更深入的理解RNA的折叠动力学，以及各种物理化学因素对这一过程的贡献。并且，这一工作有可能为人们开发RNA结构预测算法提供新的思路。　　在我们的第三个工作中，我们进一步研究了噬菌体T2中基因32对应的mRNA赝结的折叠/去折叠过程。为了得到RNA赝结的折叠自由能面，我们采用了一种高效的构象空间采样方法，即副本交换分子动力学方法，进行了大规模的并行模拟。总的模拟时间约为16.4μs。在此基础上，结合多直方图分析方法，我们给出了不同温度下的自由能面在序参量Q1和Q2上的投影。通过对这些自由能面的分析，观察到了一个折叠中间态，在其空间结构中，第一个螺旋基本保持稳定，而第二个螺旋已经去折叠。这一折叠中间态的存在表明，对于一些折叠路径，折叠有可能遵从三态折叠机制。我们这一工作是用全原子动力学模拟方法计算RNA赝结折叠/去折叠过程自由能面的首次尝试。它给出了结构中间态、转变态和折叠/去折叠路径的原子层次的信息。　　本论文内容安排如下:在第一章中，我简单介绍了蛋白质和RNA的基本结构特征和热力学、动力学基础;在第二章中，我描述了基于“ENERGI”方法构建的蛋白质中氨基酸残基间的相互作用势;论文的第三章报导了我们利用全原子分子动力学模拟方法研究的RNA赝结的去折叠过程的工作;在第四章中，我介绍了我们在RNA赝结方面所做的进一步的工作，我们对RNA赝结进行了大规模的并行计算，得到了其折叠自由能面和中间态的结构，并研究了其折叠路径;最后，在第五章中，我对本篇论文进行了总结，并对未来的工作进行了展望。