细胞色素P450(Cytochrome P450,P450)酶是一类以铁卟啉环作为辅基的单氧酶。目前为止,该酶在自然界中主要有两个生理功能,一是内源性物质的合成和降解作用;二是针对外源性物质的代谢活化和代谢解毒作用。P450的突变通常会阻碍其生理功能的正常发挥而引发某些疾病,危害人类机体健康。细胞色素P450 21A2酶(Cytochrome P450 21A2,CYP21A2)是细胞色素P450酶系家族成员之一,该酶对于体内固醇激素的合成至关重要。该酶生理功能的丧失通常与一种常染色体隐性遗传病息息相关。95%以上的先天性肾上腺增生症(congenital adrenal hyperplasia,CAH)是由CYP21A2突变导致的。CYP21A2突变会降低酶的活性,阻碍皮质醇的合成,增加体内肾上腺皮质激素水平,从而导致先天性肾上腺增生症的发生。因此,了解CYP21A2突变对其结构和功能的影响具有重要意义。在本论文中,我们重点关注了位于CYP21A2活性位点处并与CAH最严重的临床表型密切相关的几个重要残基突变(L108R、G292C、G292S、G293D和T296N)对酶活性的影响。我们利用分子动力学模拟和结合自由能分析等多种计算方法对野生型以及突变型的复合物进行研究。基于模拟结果,我们总结了三类突变影响蛋白催化活性的原因:1)突变破坏关键残基与底物之间的氢键作用从而影响底物的结合;2)突变改变残基的电荷环境进而引起CYP21A2局部构象的改变;3)突变使得空间位阻效应增强从而影响底物结合。此外,在T296N突变体系中,我们观察到酶与底物结合能力增强但蛋白活性仍然降低这一有趣的现象,并对该现象给出了详细地解释。总体而言,此项研究在原子水平上对几个重要残基突变导致CYP21A2活性下降的原因提供了较为详细的解释,这将有助于进一步了解先天性肾上腺增生症并为该病的预测和治疗提供理论依据。