蛋白质是生命活动的主要参与者,通过与其它蛋白或者小分子等相互作用以行使其生物学功能,而这些相互作用基于蛋白质的三级结构。因此,确定蛋白质的三级结构是理解其与其它蛋白质分子或小分子相互作用机制的基础,同时也是设计蛋白质抑制剂、药物分子等的基础。由于目前有不少蛋白质分子的三级结构还没有被实验解析,要研究它们的相互作用和设计其抑制剂、药物分子等需要基于理论构建的三级结构。本论文主要针对两个有重要应用价值的蛋白质分子,从理论上构建它们的三级结构,并研究它们与小分子的相互作用方式。具体地,本文主要包括以下三个方面的工作:1、模建了海洋低温碱性蛋白酶MP的三级结构,研究了它和小分子抑制剂的相互作用,筛选获得了它的三个可逆抑制剂。蛋白酶MP是海洋细菌来源的低温碱性蛋白酶,具有很好的应用前景,但是液体酶的不稳定性成为制约其大规模应用的瓶颈。筛选获得其可逆抑制剂对于突破这一应用瓶颈具有重要意义。我们首先通过蛋白质结构模建的方法构建完成蛋白酶MP的三级结构,该结构与后期经X-射线衍射实验获得的晶体三级结构仅在非活性中心区域存在着0.11?的差异;然后基于前期的实验结果,利用分子对接技术,以该模建结构为受体制定筛选策略、确定药效团模型,对化合物数据库ZINC中的分子进行筛选;最终经实验验证有三个分子对MP具有可逆抑制作用。2、模建了电压-门控钠离子通道Na_v1.5孔道结构域开放态三级结构,研究了与药物分子间的相互作用,给出了结合位点。电压-门控钠离子通道Na_v1.5由SCN5A基因编码,在心脏组织中特异性表达。当其功能异常时,能够导致钠离子通道疾病。由于原子水平Na_v1.5结构的缺失,严重阻碍了抗心律失常等钠离子通道药物的研发及作用机理研究。在本研究中,首先通过ROSETTA的膜蛋白同源模建方法构建完成了Na_v1.5孔道结构域的开放态的结构。然后分析了Na_v1.5与四个开放态局部麻醉剂类药物分子(佛卡因(Flecainide),皮西卡尼(Pilsicainide),可卡因(Cocaine),雷诺秦(Ranolazine))的相互作用,得到Na_v1.5的F526和Y533等位点在Na_v1.5与开放态局部麻醉剂类药物的结合中发挥着重要作用。该研究可以为基于Na_v1.5的通道药物研发及药物作用机理研究提供结构基础。3、基于蛋白残基间共进化分析,模建了电压-门控钠离子通道孔道结构域关闭态的三级结构,研究了与药物分子的相互作用。在蛋白质进化过程,为维持蛋白质功能性或结构稳定,相互作用的残基对之间存在一种“共进化”模式,即当一个残基发生变异时,与其有相互作用的残基也要发生相应的变异,以维持相互作用。基于此,我们首先通过Nav1.5结构内部相互作用残基对间共进化的信息,完成了Na_v1.5孔道结构域关闭态结构模型的构建;然后利用分子动力学模拟和MM-PBSA分析的方法,对Na_v1.5与三个关闭态药物(美西林,多酚A和皮西卡尼)之间的相互作用机理进行了初步探讨。在三个关闭态局部麻醉剂类药物与Nav1.5关闭态结合过程中,残基PHE512(F1760 Na_v1.5α)起到了关键作用,这一结果与之前的实验结果相吻合,从另一个侧面证实了我们所模建结构的准确性。该研究结果可以为阐明关闭态通道药物的作用机理提供帮助。