纳米材料与蛋白质的相互作用是理解工程化的纳米材料复杂而多变的生物学效应的关键因素。在生物环境中,纳米颗粒会遇到许多种蛋白质,大部分蛋白与颗粒的作用都是迅速而短暂的,它们不断的与环境中的蛋白发生交换。还有一些蛋白会稳定的吸附在颗粒表面形成一层蛋白冠。蛋白冠作为纳米颗粒的生物学身份,影响着纳米颗粒生物学效应的发挥。许多纳米颗粒与蛋白质的相互作用都是一种非特异性的吸附,导致蛋白质的去折叠、失活等效应,但也有很多研究表明,一些纳米颗粒与蛋白质间的相互作用是序列特异性或由构象驱动的。在细胞内,蛋白与蛋白的相互作用普遍存在于各种细胞信号通路中,通过相互作用改变酶的构象与活性、调控其细胞定位或与其他信号分子相互作用,来传递信号引发级联反应最终调控细胞的生长、分化等各种生命现象。而目前关于纳米材料与蛋白质通过特异性相互作用,模拟细胞信号传递过程中蛋白与蛋白间的相互作用,调整信号蛋白质的结构和功能的研究还很少。富勒烯C60作为一类经典的工程类材料具有显著的几何结构及理化性质。如今,C60及其衍生物由于其独特的生物学活性已在生物医药领域广泛应用。而C60纳米晶体很多生物学效应可能都是通过与其相互作用的蛋白来发挥的。但关于C60与蛋白质相互作用导致蛋白质结构和功能的改变的直接研究还不多。本论文对于细胞内环境中纳米颗粒-蛋白质之间的相互作用进行了深入的探讨。在第一部分工作中我们发现了富勒烯C60纳米晶体与神经组织中参与学习和记忆过程的丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶：钙离子／钙调蛋白依赖的蛋白激酶Il(CaMKIIα)之间高效、特异性的稳定相互作用。这种相互作用是由CaMKIIα分子催化结构域中的246位的天冬氨酸(D246)与250位的赖氨酸(K250)介导的,并且可模拟神经信号蛋白NAMD受体的NR2B亚基与CaMKIIα分子催化结构域的相互作用,并产生类似的生物学效应：引发CaMKIIα不依赖于T286位点自我磷酸化的自主活性,对钙调蛋白亲和力极大的增加,促进其向突触后膜转移等现象。进一步研究发现C60纳米晶体这种促酶活的机制可能是阻止了CaMKIIα分子自我抑制区与催化结构域的重新结合而将其锁定在构象打开的活性状态。我们这部分工作为无机纳米材料模拟细胞信号蛋白进而调整与其相互作用蛋白的结构和功能的效应提供了一个有力的证据。同时,我们研究发现的富勒烯C60纳米晶体引发CaMKIIα自主活性的能力也为其促进学习记忆以及在治疗神经退行性等疾病的应用中提供了潜在的可能性。本文的第二部分工作显示了C60纳米晶体对心脏组织中CaMKIIδ的影响。我们发现C60纳米晶体能氧化激活CaMKIIS促进其自主活性,进一步增强其自我磷酸化的能力,引发心肌损伤和心肌细胞凋亡。这部分研究也为C60纳米晶体生物安全性的评估以及在体内的应用提供了理论参考。