G蛋白偶联受体（G Protein-Coupled Receptors，GPCRs）是人体内最大的蛋白质超家族，同时也是制药领域中最重要的药物作用靶点。GPCRs能被一系列外部刺激所激活，受体就使它的G蛋白部分脱落并进入细胞内，引发一系列反应。同时，GPCRs在很多基本的生理过程中起着重要的作用，包括神经传递、细胞代谢、分泌、细胞生长、免疫防御、分化等。目前世界药物市场中30%～50%的药物作用靶点是GPCRs。最近解析的GPCRs晶体结构有：Aβ₂AAdenosine Receptor（Aβ₂AAR）、Dopamine D3Receptor（D3R）、Histamine H1Receptor （H1R）、C-X-C Chemokine Receptor Type4（CXCR4）、 β₁Adrenergic Receptor （β₁AR）、 β₂Adrenergic Receptor （β₂AR）。GPCRs的X-射线结晶学提供越来越多高分辨率的结构，因此可以通过运用同源建模、分子对接和分子动力学模拟等手段来解释它们潜在的选择性和活性机理。本文选取三个最新的晶体结构进行研究，包括D3R、H1R和β₂AR。研究D3R与激动剂/拮抗剂的结合模式、D3R选择性残基、D3R与激动剂/拮抗剂相互结合后两个构象的区别；对于H1R/H4R，本文研究了H1R/H4R与激动剂/拮抗剂的结合模式、H4R与小分子的相互作用模式、H4R的选择性残基及H1R/H4R与激动剂/拮抗剂相互结合后两个构象的区别；同时本文也研究了在纳米体稳定和移除纳米体情况下，复合物β₂AR-agonist-Gs蛋白构象变化的顺序性。跨膜转运蛋白能高选择性、高通量地控制物质在细胞膜的流入与流出。这些转运蛋白对周围的环境非常敏感并通过这种敏感的方式进行自我调节。它们不仅提供高选择性的通道，而且可以作为转运的媒介-定向转运。跨膜转运蛋白在生物体中扮演重要的角色。然而它们的结构、功能差异非常大。由于缺乏晶体数据，它们很多潜在的转运机理还不得而知。最近，FocA（formate transporter proteins）、AcrB（multisite drug binding pocket）和vcCNT （Viribo cholerae concentrative nucleoside transporters）被解析出来，使得基于结构的研究得以实现。随着这些晶体结构的出现，本文采用分子动力学模拟的方法来研究它们的机理。本文选取FocA、AcrB和vcCNT作为研究对象。对于FocA，本文首先定义了转运通道入口“开”、“关”的直径，然后研究了FocA在不同pH下（中/高pH和低pH）各个转运通道的“开/关”状态，最后研究了在质子化/去质子化His209下，各个通道的形貌变化；对于AcrB，本文首先研究绑定的分子rifampicin和minocycline在结合口袋中的移动，研究小分子移动过程中的蠕动行为，研究Phe-617loop结构域在蠕动中的作用，最后研究水分子的流动对药物定向蠕动的贡献作用。石墨烯、氧化石墨烯及硅（Silicon）纳米粒子成为在许多领域，如癌症治疗、诊断、成像、药物输送、催化以及生物传感器等最有前景的材料。为了促进这些应用，人们急迫想了解纳米材料毒性和这些纳米材料对人体健康造成潜在的风险。本文先介绍关于胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶在石墨烯/氧化石墨烯上吸附的研究工作。首先，本文发现胰凝乳蛋白酶不仅吸附到石墨烯上，也会吸附到氧化石墨烯上；其次，发现胰凝乳蛋白酶的S1活性位点远离石墨烯，却吸附到氧化石墨烯上，从而强烈抑制酶的活性；通过分析发现胰凝乳蛋白酶的S1活性位点在与氧化石墨烯的吸附中发生剧烈的形变，不再与小分子相互作用；而和石墨烯的吸附中，S1活性位点保持非常完好。在胰蛋白酶与石墨烯/氧化石墨烯吸附的研究中，本文获得与胰凝乳蛋白酶相似的结论。最后，本文介绍关于Cytochrome C、RNase A和lysozyme在不同尺度（4nm和11nm）及不同表面修饰（-CH3、-COOH、-OH和-NH2）的Si纳米粒子上的吸附，本文发现小尺寸Si纳米粒子使这些生物分子的结构更加稳定，Si纳米粒子不同表面修饰对生物分子的吸附模式、构象有不同的影响。本文的工作涉及GPCRs的研究、跨膜转运蛋白的研究、石墨烯、氧化石墨烯及Si纳米材料与生物分子的研究，这些研究为了解蛋白质、纳米材料的结构、功能与机理提供基础。