酶是生物体内化学反应的催化剂，它支配着生物的新陈代谢、营养和能量的转化等许多催化过程。酶抑制剂是一类可以结合酶并降低其活性的分子，由于抑制特定酶的活性可以杀死病原体或矫正新陈代谢的不平衡，许多药物分子本身就是酶抑制剂。近年来，关于酶与药物分子相互作用的研究引起了人们的广泛关注，研究药物分子与酶的作用方式，不仅可以从分子水平上揭示酶的催化机制，更有助于理解药物分子的结构-活性关系，为高活性药物分子的设计提供理论依据。　　 随着计算机技术的发展，分子模拟的研究方法逐渐被应用到化学和生物领域。在研究蛋白与药物的相互作用方面，分子模拟已经成为实验研究难以替代的手段。本文选取三种对人体生理机能产生重大影响的蛋白酶作为研究对象，即腺苷激酶、结核分枝杆菌酪氨酸磷酸酶和流感病毒RNA聚合酶，应用量子力学、分子对接和分子动力学模拟相结合的方法研究酶与抑制剂的作用机制，探讨抑制剂结合后酶的构象变化行为及其在溶液中的动力学特征，取得了一系列的研究成果。论文的主要研究内容如下：　　 (1)抑制剂诱导腺苷激酶构象变化的理论研究　　 腺苷激酶(AK)是细胞内腺苷代谢的关键酶，可以催化腺苷被磷酸化为腺苷一磷酸，腺苷激酶抑制剂通过抑制AK的活性，可以提高生物体内腺苷的浓度，激活附近的腺苷受体，进而产生许多对人体有益的治疗作用。为了深入研究AK抑制剂的作用机制，以及结合抑制剂后AK的构象变化行为，我们选择了两种不同类型的抑制剂分子：炔基嘧啶抑制剂Apy和芳香核苷抑制剂AN，应用分子对接和分子动力学模拟相结合的方法研究抑制剂对AK的抑制机理。计算结果表明：(1)APy和AN都能结合到AK大小结构域之间的空腔中，但二者在活性口袋中的分子取向不同。抑制剂和AK的作用方式主要为氢键和疏水相互作用。(2)对酶-抑制剂复合物的分子动力学模拟表明，抑制剂APy和AN能诱导AK发生不同程度的构象变化。对AK-APy体系，AK的小结构域朝向大结构域旋转了14°，形成了稳定的半开放构象，APy的结合口袋发生了重排，而APy类似物的对接结果说明了这种半开放构象的合理性。对AK-AN体系，小结构域的旋转角度是22°。抑制剂AN的嘌呤环在模拟过程中非常稳定，但其糖环在结合口袋中的波动较大。　　 (2)结核分枝杆菌酪氨酸磷酸酶与联苯类抑制剂相互作用的理论研究　　 结核分枝杆菌酪氨酸磷酸酶(MptpB)是结核分枝杆菌向宿主细胞分泌的一种关键致病因子，抑制MptpB的活性可以有效防止结核分枝杆菌在宿主细胞内的生长，从而帮助治疗结核病。联苯类抑制剂作为目前最有效的酪氨酸磷酸酶抑制剂，与MptpB的结合模式尚不清楚。为了得到联苯类抑制剂与MptpB的作用位点，获取它们相互作用的动力学信息，从而更好地理解联苯类化合物的结构-活性关系，我们应用Autodock和Gromacs程序对该体系进行了分子对接和分子动力学模拟研究。结果发现：(1)所有的联苯类抑制剂都能很好地结合在MptpB的活性口袋中，抑制剂的酸性端基与MptpB的P1结合位点形成强烈的氢键相互作用。联苯骨架R1处的取代基和一些非极性残基间的疏水相互作用在一定程度上影响抑制效果。分子对接结果与抑制剂的实验活性顺序基本一致。(2)只有当联苯骨架R1和R2位置分别被环己基和三氟甲基取代时，如ISO6_b，DFMP和IZD，抑制剂的三氟甲基伸向MptpB带正电的结合口袋(P2位点)，与残基R59，R64和R210形成较强的静电相互作用，抑制剂采取双位点的结合模式。(3)分子模拟结果表明，与其他结合模式相比，联苯类抑制剂的双位点结合模式表现了很强的动力学稳定性。　　 (3)核酸内切酶抑制剂与流感病毒RNA聚合酶PAN相互作用研究　　 流感病毒RNA聚合酶参与流感病毒的转录和复制，由于该酶在所有的流感病毒毒株中具有高度保守性，成为抗流感病毒药物研发的新靶标。为了研究核酸内切酶抑制剂对流感病毒RNA聚合酶的抑制机理，我们应用理论模拟的方法考察了三大类核酸内切酶抑制剂与流感病毒RNA聚合酶PA亚基氨基端(PAN)的作用方式。分子对接结果显示，尽管三类抑制剂的结构不同，但都能够利用分子中负电性的氧原子与PAN活性位点中的两个Mn2+螯合在一起，抑制剂与酶的主要作用方式为静电相互作用。抑制剂各氧原子之间合适的距离决定了其与Mn2+的螯合方式及抑制剂在活性口袋中的分子取向，氧原子上的电子密度决定了静电作用能的强弱。此外，抑制剂中的氧原子能够和PAN的催化残基K134形成弱氢键。对抑制剂复合物的动力学模拟可以看出，三类抑制剂在活性位点中的动力学稳定性强，Mn2+和氧原子之间的距离处于2.1A～2.5A之间，表明Mn2+和抑制剂形成了配位键，模拟过程中有水分子进入活性口袋，并与Mn2+存在配位作用。　　 论文主要创新点：　　 1)系统地研究了腺苷激酶(AK)与两种不同抑制剂的作用方式，从原子水平上揭示了抑制剂诱导下AK的构象变化机制，为高活性AK抑制剂的设计提供理论了指导。　　 2)应用理论模拟的方法研究了联苯类化合物对结核分枝杆菌酪氨酸磷酸酶(MptpB)的抑制机理，分析了联苯类抑制剂采用双位点结合模式所具备的结构特征，并且阐明了不同结合模式之间的转化过程。　　 3)基于2009年获得的高分辨率的流感病毒RNA聚合酶PA亚基氨基端(PAN)的晶体结构，首次系统地研究了三大类核酸内切酶抑制剂与PAN的结合模式，分析了抑制剂与酶活性中心Mn2+的螯合机制，通过分析不同抑制剂的结构，提出了核酸内切酶抑制剂的简单结构模型，为新型抗流感病毒药物的研发提供理论依据。