近年来,石墨烯在多个领域都得到了非常广泛的应用,包括生物医学领域。石墨烯在生物医药学领域的应用主要包括药物基因的传递、生物传感技术、生物成像技术、抗菌材料和细胞培养的生物相容支架等。既然它在生物领域有了如此重要的地位,那么它对生物体所产生的安全性问题也就变得不容忽视。然而,目前对于石墨烯如何影响体内生物大分子的结构和功能还存在很大的争议。本论文围绕石墨烯对蛋白质构象的影响,以易发生错误折叠和聚集的朊蛋白为研究对象,结合分子动力学模拟和多种实验方法来研究石墨烯与朊蛋白的相互作用,观察朊蛋白吸附于石墨烯表面后构象的变化,探讨石墨烯对朊蛋白结构的影响。论文的第一部分以综述的形式对朊蛋白和碳纳米材料的相关知识及研究进展进行了简单的介绍。首先,介绍了碳纳米材料在生物医学领域的应用及其对人体及周围环境的影响。其次,介绍了朊病毒病及朊病毒病的致病机制。最后,对蛋白质与碳纳米材料相互作用的研究进展及相关研究方法进行了总结。在本论文的第一个工作中,我们采用全原子分子动力学(MD)模拟来研究石墨烯对朊蛋白PrP(125-228)结构的影响。在显式溶剂模型中的模拟结果表明,朊蛋白在石墨烯的影响下进行了一定的构象重排。具体包括helix含量下降,H1变得更加不稳定,S2-H2 loop转变成3-10 helix或转角结构。这也间接证明H1和S2-H2 loop在prion构象转变过程中扮演着重要的作用。隐式溶剂模型中模拟的结果表明朊蛋白延展到石墨烯的表面,发生了完全的错误折叠。总的来说,石墨烯确实能够诱导朊蛋白的错误折叠,在生物体系应用中可能存在潜在的风险。在本论文的第二个工作中,为了从实验上验证是否石墨烯确实会诱导prion的错误折叠,我们首先表达纯化了PrP(117-230),并用荧光淬灭法和圆二色谱法研究石墨烯对朊蛋白结构的影响。在荧光淬灭实验中,我们发现,朊蛋白可以和石墨烯发生吸附作用。荧光强度的改变,表明石墨烯可以引起朊蛋白二级结构的变化。圆二色谱分析结果表明PrP(117-230)中的α-螺旋的含量有明显的降低,β-折叠及转角的含量有轻微的增加。这个数据说明,朊蛋白与石墨烯表面接触后,结构确实发生了明显的改变。实验结果与分子动力学模拟的结果一致。本论文分别应用分子模拟、荧光淬灭法及圆二色谱法研究了石墨烯对朊蛋白结构的影响,并从分子和原子水平探讨其构象转变的理论机制,得到的结果对于理解石墨烯甚至其他纳米材料潜在的生物影响具有重要的理论价值。