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蛋白质化学合成是人工获取生物技术难以获得的蛋白质的有效手段。它能够在原子精度层面实现对蛋白质的任意改造,提供定点翻译后修饰（甲基化,乙酰化,磷酸化,泛素化等）蛋白质,对不同物理刺激（光,磁等）响应的蛋白质探针,以及蛋白质药物用于生命科学和生物医学研究。特别地,化学合成光控蛋白质探针能够高时空分辨的控制蛋白质的活性,而被广泛应用于研究高度动态的生命过程,比如细胞的定向运动,细胞内的信号传导等。然而,蛋白质化学合成还需要进一步发展方法以提高蛋白质合成的效率,并进一步扩展化学合成的蛋白质在生命科学的应用。本论文将介绍作者在博士期间发展的高效率化学合成蛋白质的新方法,及化学合成光控蛋白质探针在研究免疫细胞信号传导机制的应用。蛋白质化学合成近期的一个重要的方法进展就是发展一锅法多肽片段连接技术,克服由分离纯化连接中间产物带来的产率低和耗时费力的问题,以提高蛋白质化学合成的效率。虽然一锅法三片段连接技术已经被建立,却没有有效的一锅法更多片段（比如四片段）的缩合策略。本论文作者发展了一种稳健而高效的,基于对pH值敏感的新型N端Cys保护基——三氟乙酰氨甲基（Tfacm）的一锅法四片段蛋白合成策略。利用该策略,本论文作者成功的实现了一锅法四片段合成模型蛋白Crambin和人源趋化因子hCCL21。基于Tfacm的一锅法四片段化学合成蛋白质的策略,为化学合成更大,更复杂的蛋白质提供一种有力的手段。在发展蛋白质化学合成方法的基础上,本论文作者发展了高时空分辨的系统研究免疫细胞定向运动和活化早期的信号传导过程。作者化学合成双光子光控的趋化因子探针（hCCL5**）,通过体外双光子解笼锁（<0.1μm2）及共聚焦显微镜单细胞成像技术,证明了PI3K在T细胞趋化运动过程中不决定方向的感知,而影响细胞的持续性运动。同时,作者在小鼠表皮和淋巴组织内首次实现了利用双光子激活的探针hCCL5**人为的控制T细胞的运动和分布。此外,作者化学合成了光控蛋白抗原探针(HEL-K96NPE),实现了光掩蔽极强相互作用（20 pM结合力）和极大相互作用面（1800?2）的抗体（HyHEL-10）-抗原（HEL）相互作用。并通过全内反射荧光显微镜（TIRFM）,实现了对B细胞活化早期B细胞受体微簇形成和钙离子震荡反应等信号传导的动力学测量。这些光控蛋白探针为进一步理解和调控免疫细胞的功能提供了高分辨的分子工具。