本文运用一系列的理论化学方法研究了鸟苷-3’，5’-单磷酸酯（cGMP）在溶液中的构象情况，铝铜络合物稳定常数和PDE4与cAMP的结合模式。 在第一章中，我们广泛的使用第一原理电子结构方法进行计算，去探究细胞内第二信使分子可能的分子结构和它的浓度分布。计算的结果预测了在气相和溶液中cGMP的四种不同的稳定构象及cGMPH的八种不同的稳定构象和它们的吉布斯自由能。所有的计算结果一致的显示，在气象中cGMP和cGMPH分别主要以cGMP-chair-syn和cGMPH-chairl-syn构象存在。在溶液中，计算显示cGMP的主要构象仍旧是cGMP-chair-syn，而cGMPH的主要构象是cGMPH-chair2-syn。已经证明在溶液中不同构象转移反应的自由能垒很低（低于约10 kcal/mol），因此不同构象的转移反应就非常快，以至于在结合蛋白质的过程中体系的浓度分布迅速达到热力学平衡。我们预测了cGMP反式和顺式的构象分布，得到的计算结果与实验论证的很一致，这说明我们提出预测cGMP和cGMPH构象浓度分布，各种cGMPH构象pka值及cGMPH表观pka值的计算方法是合理的。 在第二章中，我们首次报道了运用电子结构理论研究铝离子、铜离子和其系列螯合物结合反应的稳定常数。运用一套电子结构模拟方法，我们计算了系列络合反应结合吉布斯（Gibbs）自由能改变。对比由实验测得的稳定结合常数logK值而转换相应结合吉布斯自由能改变（△Gbind），我们计算得到的结合自由能（△Gbind）都一致的偏高。然而，我们发现计算得到的结合吉布斯自由能改变（△Gbind）和实验的logK值具有线性关系。基于这种发现，我们建立了一个线性方程。利用这个线性方程可以预测其他的络合反应的稳定常数，而且和实验得到的数据符合的很好。我们的工作提供了一种新的方法预测铝铜的螯合剂的螯合能力。 在第三章中，我们研究了细胞内二级信使一腺苷3，’5-磷酸单酯（cAMP）及相关磷酸二酯酶的结合模式。为了获得底物一受体反应前较好的底物初始构型，我们使用cAMP专一酶磷酸二酯PDE4B的活性区和底物分子cAMP的晶体结构。我们用AutoDock程序将cAMP分子对接到PDE酶的活性中心。计算结果认为底物与酶结合的最佳方式是cAMP分子的磷酰氧占据活性中心镁离子的六配位八面体结构中的一个锥顶位置。基于这种结合模式，我们筛选了PDE4可能的抑制剂。