单分子力谱技术是通过对生物大分子偶联的探针或微球的精确力学操纵，间接实现对单个生物分子及其复合物的结构、相互作用及动态行为的探测与调控。该技术已经被广泛应用于力学信号传导、生物大分子的折叠/解折叠与分子间相互作用特性研究中。针对单分子力谱技术在不同生物学问题上的应用，本论文利用原子力显微镜和生物膜力学探针两种技术，分别对PD-1与配体相互作用、OmpA解折叠以及Argonaute靶序列识别特性问题进行了研究。　　本论文主要内容分为两个部分。　　在第一部分中，研究了对T细胞免疫功能有重要调控作用的共抑制受体PD-1与其配体的相互作用，PD-1通过与其配体PD-L1或PD-L2的相互作用抑制T细胞的活化，调控T细胞的功能。发现PD-1与其配体的相互作用与很多力学调控的信号通路一样存在逆锁键现象(Catch Bond)，这种现象说明PD-1信号可能是受力学调控的;同时，还发现两种PD-1的配体(PD-L1，PD-L2)与PD-1的相互作用模式也存在差异，这可能与这两种配体在体内不同的生理功能相关。　　首先，结合分子动力学模拟与单分子力谱实验，发现PD-L1、PD-L2与PD-1相互作用模式差异的主要原因:与PD-L1相比，PD-L2在47-60位缺少了一段序列，而在93位上多了一个色氨酸。通过在鼠源PD-1系统中进行突变，实现了PD-L1、PD-L2与PD-1相互作用模式的互相转变，这些突变体对于研究两种配体在体内的生理功能的不同十分重要。　　其次，对PD-L1与PD-1相互作用的逆锁键现象进行了研究，找到了一系列调控逆锁键行为的重要氨基酸。分子动力学模拟发现在外力作用下，PD-1与PD-L1的解离是一个两步过程，存在被外力稳定的中间状态。单分子实验进一步验证了分子动力学模拟的结果，并进而提出了PD-1与配体相互作用逆锁键的结构基础。同时，还在细胞水平上对这种力学依赖性质的生理意义进行了研究，发现溶液状态下的PD-L1无法引起PD-1信号的激活，说明PD-1信号通路的激活可能是受到PD-1/PD-L1相互作用后所产生的机械力调控的。　　最后，通过细胞实验对PD-1信号通路及其与T细胞衰竭的关系进行了研究，发现TCR-CD3复合体是PD-1下游信号的靶标之一，只有当TCR-CD3复合体与PD-1共定位时才能引起T细胞的抑制。同时，还发现PD-L1与PD-1的相互作用只是引起了T细胞的抑制而并非导致T细胞的衰竭，这为基于PD-1信号阻断的药物研发及临床治疗提供了新视点。　　在第二部分中，利用原子力显微镜研究了细菌外膜上的β-桶状蛋白OmpA的折叠/解折叠过程以及基于TtAgo的RISC与靶DNA的识别以及相互作用。　　β-桶状蛋白OmpA在细菌的生命活动过程中扮演着十分重要的角色，但是其折叠以及插入细胞膜的分子机制仍然不是很清楚。通过使用原子力显微镜，研究了OmpA在去污剂环境下的解折叠过程。发现OmpA在解折叠过程中出现了一系列的中间体，与之前提出的两步折叠模型不符，同时，我们的折叠实验也显示OmpA可以部分折叠成含有三个β-片层结构的中间体。我们的研究表明OmpA部分折叠的中间体有可能作为“种子”以促进OmpA通过BAM复合体完全折叠以及插膜。　　Argonaute蛋白可以通过RNA干扰的方式参与基因表达的调控以及进行外源序列的清除，但是，Argonaute蛋白在靶序列识别以及产物释放等过程的作用仍然不是十分清楚。通过原子力显微镜对Thermus thermophiles AGO(TtAGO)进行研究，发现Argonaute蛋白改变了RISC靶序列的相互作用性质。这种作用模式的改变在种子区域以及尾部区域是不同的，而这种不同可能影响了RISC对tDNA剪切之后的产物释放过程。