经过亿万年的进化,蛋白质形成了精密的空间结构,保证其在生理条件下行使各种生物功能。但在体外环境下,蛋白质或生物酶的生物活性快速衰减,导致生物利用率过低,严重限制了其在更多领域的应用。目前,使用小分子或高分子添加剂是提高体外蛋白质稳定性的有效策略之一,添加剂抑制了蛋白质的非特异性聚集及空间结构的热涨落,从而延长蛋白质维持活性状态的时间。在微观层次,添加剂与蛋白质相互作用的物理图像仍然不够清晰。为了捕捉添加剂对蛋白质结构的差异性影响及相互作用模式,明确添加剂对提高蛋白质分子结构稳定性的机制,本论文将以蛋清溶菌酶为模型标准蛋白,综合利用分子模拟、荧光光谱法、圆二色谱（CD）等分析手段,对四聚乙二醇（EG4）和甜菜碱（GBT）两种代表性添加剂进行对比考察,分析其背后的物理化学机制。模拟纳米酶的凝胶环境,运用分子动力学和多种光谱学技术手段,研究添加剂EG4和GBT与溶菌酶（LYZ）的作用机制及对蛋白质结构和功能性质的影响。模拟和实验结果均表明两种添加剂与蛋白的作用方式不同。常温条件下,DLS测试结果显示,EG4聚集在蛋白表面使测得的LYZ粒径偏大。动力学轨迹显示EG4聚集在蛋白周围而GBT分散在体相中。平均距离和相互接触分析显示,蛋白与EG4的平均距离明显小于GBT,且两者间的原子接触数是后者的2.6倍。不同溶液中LYZ骨架的根均方偏差和氨基酸位置根均方涨落值均小于0.2 nm,表明蛋白在这两种添加剂溶液中均能保持其天然的结构。高温条件下,这两项的计算结果显示EG4维持蛋白三维结构稳定的能力强于GBT。相互作用分析结果显示EG4通过疏水相互作用而非氢键优先聚集在蛋白表面,蛋白与添加剂和周围水分子的原子接触数为GBT体系的2.5倍和0.84倍,表明EG4排阻了蛋白与水的接触,并由于这种EG4的紧密包裹,使蛋白质变性展开的阻力增大。GBT通过氢键相互作用与蛋白表面的碱性氨基酸成键,这些氢键的存在使得蛋白在高温条件下更容易发生变性。荧光光谱和CD光谱分析显示,添加剂使蛋白荧光发色团周围的微环境和蛋白二级结构含量出现不同程度的变化。荧光实验表明,EG4抵抗高温变性引起的荧光淬灭较GBT强,且添加剂浓度越高淬灭程度越低。EG4溶液中的荧光发色团环境更疏水,这一结果经模拟方法计算得出的荧光发色团W62的水合率仅为GBT体系的51.7%的结果所证实。CD光谱显示,GBT溶液中的LYZ具有明显不同于其它体系的局部结构波动,α螺旋显著减少而β-折叠增加。本部分内容对两种稳定蛋白添加剂EG4和GBT影响蛋白结构差异进行了对比讨论,并得出这两类添加剂稳定蛋白的不同内部机制。在高级氧化法（AOPs）的背景下,用聚丙烯酰胺（PAM）修饰Fe3O4纳米酶合成铁基纳米凝胶酶相较于裸酶,对废水中的有色污染物显示出高效的去除效果。基于Na2S2O8的AOPs（SR-AOPs）相较于H2O2氧化体系在清除大多数有机污染物时显示出更好的氧化选择性和持久性,目前此两类反应中PAM促进染料降解的作用机制尚不清楚。因此,本文的第二部分目的在于利用分子模拟对如下两个问题作出解释:（1）PAM提升染料去除率的物理化学机制。（2）Na2S2O8氧化体系降解效果优于H2O2体系的内部因素。主要内容和结果如下:1.构建模拟吸附环境体系,探究PAM与H2O2、染料（Dye）间的相互作用方式及吸附机制。动力学轨迹显示各体系均短时间内形成PAM-Dye-H2O2团簇,几种染料分子模拟得到的吸附效果:偶氮荧光桃红≥靛蓝胭脂红>刚果红>橙黄Ⅱ,与实验降解效率呈现良好对应关系。组分间的相互作用对分析发现,PAM-Dye间的氢键对吸附效果起决定性的作用。这四种染料的物理吸附机制一致,为PAM—Dye—H2O2的单线吸附模式。2.将上述体系中的自由基提供者由H2O2替换为Na2S2O8进行动力学模拟,结果显示,PAM同时对染料和S2O82-的良好吸附效果为Na2S2O8氧化体系染料降解效率更优的原因。SR-AOPs体系的吸附机制为三角循环式的吸附模式。本部分内容对PAM的吸附机制进行了分子水平上的探究,从物理化学角度解释了Na2S2O8和H2O2氧化体系中目标染料去除效果差异的原因。