本文主要包括两部分的内容:第一部分是促旋酶与DNA相互作用的研究,又分为利用磁镊进行的单分子实验研究和动力学理论研究;第二部分是果蝇昼夜节律的研究,提出了一个模型解释果蝇细胞质中PER-TIM蛋白形成的间隔定时器。　　 促旋酶(gyrase)在原核生物的生命活动中扮演着重要的角色,它是已知拓扑异构酶中,唯一能够向DNA引入负超螺旋的酶。我们利用磁镊(magnetic tweezers)对促旋酶和DNA的相互作用进行了单分子实时观测。实验发现,在不加入ATP时,促旋酶能够同时与两段DNA(G片段和T片段)结合,但这种结合较弱,施加0.7皮牛(pN)的外力就能逐渐破坏两者的结合;但加入高浓度的诺氟沙星后,促旋酶与DNA的结合明显增强,甚至能够抗衡5.9皮牛的外力。促旋酶还会影响超螺旋的几何尺度:不加入促旋酶时,DNA超螺旋的几何尺度由DNA所受拉力决定,而加入促旋酶后,超螺旋DNA几何尺度变小,并且主要由DNA与促旋酶的相互作用而不再是所受拉力所决定。而且促旋酶与正负超螺旋的结合能力不同,它更容易与正超螺旋结合。同时,发现促旋酶从DNA上解离的时间符合双指数分布。我们提出的模型能够很好的解释这个分布,并与他人提出的模型的结果进行了比较。　　 在促旋酶向DNA引入负超螺旋的过程中,在与ATP结合之前,促旋酶的GyrA亚基需要先与G片段DNA结合,并使相邻的W片段缠绕在GyrA亚基的C端区域而将W片段之后的T片段以正交叉的方式置于G片段之上。我们研究了W片段沿着GyrA的C段区域缠绕的动力学和不存在核苷酸时,促旋酶从DNA底物解离的动力学过程。还研究了促旋酶的连续性与作用在DNA两端的外力的关系。得出了促旋酶与G片段,W片段,T片段的结合能。我们的理论结果与实验结果符合得很好。此外,提出了一些可以检测的推论性预测。基于我们的结果和前人的数据,我们提出了一个促旋酶向DNA引入负超螺旋的模型。　　 昼夜生理节律使得生物体的生理和行为能够适应外界环境的昼夜循环变化。实验发现在果蝇的细胞质中存在由PER-TIM复合体组成的间隔计时器。在本文中我们提出了这个间隔定时器的一种可能的数学模型。模型的特点是大聚合物,快速交换,不同磷酸化位点有不同功能。模拟结果基本与实验相符,符合PER-TIM间隔定时器的主要时间特征并重现了变异细胞系PER-TIM间隔定时器的特点,以及PER和TIM蛋白进入细胞核的三种不同类型的过程。