β-（1→3）-葡聚糖作为天然β-D-葡聚糖,广泛地存在于自然界中,因其具有独特的物理化学性质和生物活性,近年来被人们大量研究。β-（1→3）-葡聚糖可作为病原体相关模式被免疫细胞表面的模式识别受体捕获,激活免疫系统中的信号通路,进而起到免疫调节、抗肿瘤、抗凝血、抗炎症和抗感染等强大的生物功能。Dectin-1为β-（1→3）-葡聚糖主要的模式识别受体,在对β-（1→3）-葡聚糖的特异性识别过程中起到了至关重要的作用。然而,β-（1→3）-葡聚糖糖链具有一定的链柔性,且糖链上存在大量的活泼羟基和疏水碳环,使得β-（1→3）-葡聚糖在水溶液中具有非常复杂的多种构象共存状态,导致人们使用传统的实验表征手段很难对其构象性质进行详细地表征,阻碍了人们对于β-（1→3）-葡聚糖在水溶液中微观结构的理解,同时也限制了对于β-（1→3）-葡聚糖生物活性微观机理的深入研究。随着计算机和计算科学的发展,人们所开发的计算机模拟方法,尤其是分子动力学模拟方法非常适合于聚糖和糖复合物的结构和动力学的研究,但是在研究β-（1→3）-葡聚糖在水溶液中的构象性质以及β-（1→3）-葡聚糖和Dectin-1之间的识别机制等方面,目前还没有形成科学而有效的模拟方法平台。因此,本论文以线型β-（1→3）-葡聚糖作为研究对象,使用分子动力学模拟的方法系统地研究了线型β-（1→3）-葡聚糖的构象性质及线型β-（1→3）-葡聚糖和Detin-1之间的识别机制,为β-（1→3）-葡聚糖在溶剂环境下的构象性质和生物活性的模拟研究提供了合理的方法论和细致的计算工序。具体的研究内容如下:1.单链线型β-（1→3）-葡聚糖的构象性质:为了揭示水溶剂环境对链构象的影响,本工作以线型β-（1→3）-葡聚糖的单链形态为研究对象,构建并比较了显含溶剂分子和隐含溶剂的分子动力学模拟,发现右手6/1螺旋构象为单链线型β-（1→3）-葡聚糖在溶液中的热力学最稳定构象,并且单链螺旋构象的形成不仅与糖链本身的糖苷键二面角及氢键相互作用有关,同时也强烈地依赖于与周围水分子之间的相互作用。进一步探究了温度和链长等因素所带来的影响,发现升高温度会降低单链螺旋构象形成的比例,其根源在于升高温度引起水分子运动能力增强从而降低单链线型β-（1→3）-葡聚糖与水分子之间的氢键;当链长增加时,同样会导致单链螺旋构象的比例下降,其根源在于增加链长会影响链的柔顺性所致。本研究帮助人们进一步明确了单链线型β-（1→3）-葡聚糖的构象行为,并揭示了溶剂环境在构象形成中所起到的重要作用。2.多链线型β-（1→3）-葡聚糖的构象性质:前人几乎所有关于β-（1→3）-葡聚糖多链体系的研究工作都基于稳定的三螺旋构象,缺失对三螺旋形成动力学路径的相关研究。本工作构建了多种不同形态的多链初始模型,发现并提出了 β-（1→3）-葡聚糖三螺旋形成的动力学路径:线型β-（1→3）-葡聚糖在溶液中优先形成双螺旋构象,然后游离单链与双螺旋结合,最终形成了右手三螺旋热力学稳定构象;三螺旋构象通过不同链C2羟基所形成的链间氢键网络保持稳定,该氢键网络表现出左手螺旋的模式并具有特定的方向性。进一步探究了温度和链长对三螺旋构象的影响,发现三螺旋构象的形成过程对温度敏感,而稳定的三螺旋构象对温度不敏感;链长为6的线型β-（1→3）-葡聚糖可能为三螺旋构象形成的临界链长。本研究帮助人们深入理解了线型β-（1→3）-葡聚糖在水溶液中的高阶构象性质,为其构效关系的研究提供了坚实的理论基础。3.线型β-（1→3）-D-葡聚糖与Dectin-1的识别机制研究:目前实验研究发现模式识别受体Dectin-1能够捕获线型β-（1→3）-葡聚糖以引发相应的免疫功能,但却很难解析识别过程的具体相互作用和结构信息以及识别对配体构象和链长的依赖性等问题。本工作使用分子动力学模拟和对接技术相结合的方法,设计了具有多种构象及不同链长的线型β-（1→3）-葡聚糖与Dectin-1的识别模型,揭示了线型β-（1→3）-葡聚糖与Dectin-1之间的识别机制:即线型β-（1→3）-葡聚糖三螺旋构象和Dectin-1中由残基Trp221、His223、Tyr228及周围相关残基形成的C-型凝集素区域（CTLD）凹槽之间存在明显的表位识别特征。该识别过程对三螺旋相对于CTLD的方向有一定的选择性。Trp221、His223和Tyr228能够与三螺旋C6和C4上羟基形成固定的氢键网络,对复合物的稳定起到了非常重要的作用。此外,该识别过程并不会随着链长而发生变化,除非达到可能破坏三螺旋形成的链长下限（6个糖单元）。进一步发现并提出了单螺旋、双螺旋生物活性不如三螺旋结构的根源在于链柔性增加导致表面有序对接识别结构不稳定。该部分工作为深入探究β-（1→3）-葡聚糖的生物功能提供了理论基础。本论文以线型β-（1→3）-葡聚糖的结构和功能为基本框架,总结并发展了一套针对聚糖结构和功能的计算机模拟研究方法,展示了一定链长范围内线型β-（1→3）-葡聚糖在水溶液中构象的完整物理图像,阐明了线型β-（1→3）-葡聚糖和Dectin-1之间的识别模式及识别的结构信息。该研究有助于我们深入地理解线型β-（1→3）-葡聚糖生物功能的微观机理以及其中所包含的构效关系,同时为发掘其潜在的生物应用价值提供了理论基础。