Light-Oxygen-Voltage(LOV)domain广泛的分布于真核生物和原核生物体内,在许多生物体中都发挥着重要作用。在植物中,它们通常有控制植物的向光性、叶绿体的迁移以及毛孔的张合等作用;在细菌和真菌中,其可以用于调节细菌和真菌的生物钟;在哺乳动物中,其可作为光遗传学工具,即通过光来控制大脑,进而达到治疗精神疾病的目的。LOV domain利用发色团吸收光子,发色团吸收光子后会发生光化学反应从而将光能转换成化学能传递到蛋白质的主链,引起蛋白质的构象重排,进而导致信号传导。因此,研究LOV domain的信号传递过程对了解细胞功能的控制机制具有重要意义。LOV domain是由5个反平行的β-折叠片(Aβ,Bβ,Gβ,Hβ,Iβ)和一些α-螺旋组成的简单构象,活性位点处关键残基的保守性较高。LOV domain活性位点处微小的光化学变化是如何导致蛋白质发生大的构象重排,进而引起信号传递,这一问题一直困扰着我们。目前,对LOV domain的研究主要针对于植物,早在2003年,就有科学家通过核磁共振技术获得了燕麦在黑暗状态下的晶体结构。在随后的十多年里,科学家们通过各种研究手段研究了其信号传导机制。然而,与植物LOV domain的广泛研究相比,细菌的LOV domain的信号传递机制尚存在争议。随着科研手段的不断发展,近年来分子动力学模拟(molecular dynamics simulations,MD simulations)方法已经成为研究蛋白质结构信息的重要方法。在此基础上,我们采用马尔可夫状态模型(Markov state model,MSM)与分子动力学模拟相结合的方法探索了蛋白质的信号传递途径。这种方法可以将许多短的分子动力学轨迹利用统计学的方法连接起来,进而分析各个态之间的相互转换,是目前研究大尺度构象变化的重要方法之一。在本论文中,我们主要关注了恶臭假单胞菌的光感受器蛋白的LOV domain(Pp SB1-LOV domain)信号传递过程,研究结果表明,在黄素结合口袋中保守的谷氨酰胺(Q116)的构象变化能够引起压力信号向Hβ-Iβloop传播,导致了Hβ-Iβloop的运动;Hβ-Iβloop运动的方向与LOV core domain的运动方向相反,从而降低了LOV core domain的波动,致使二聚作用增强;增强的二聚作用引起了C-端的Jα螺旋和N-端的A’α螺旋的交叉角发生变化,而这种交叉角的变化能够进一步稳定二聚体界面处的二聚作用。本工作为了解Pp SB1-LOV domain的信号传导机制提供了一个独特的视角,为基于LOV domain的光遗传学工具的设计或者改造提供了可靠的结构信息。