MAPK(Mitogen-activated protein kinase)蛋白激酶级联是细胞内重要的信号通路,在细胞分化、增值、癌变、凋亡和炎症反应等诸多细胞过程中起作用。MAPKs是该蛋白激酶级联的最下层被激活的激酶,它们的完全激活需要活化环上的酪氨酸、苏氨酸同时被磷酸化。在哺乳类细胞中,它们的活力主要受到10种双位点特异性磷酸酶(MAPK phosphatases,MKPs)的严格负调控。本论文主要使用了生化实验、分子动力学模拟和数学模型分析的方法,以及本论文中发展的新的定量理论和实验方法,研究了MKPs对MAPK信号通路的分子调控机制。首先,本文研究了MKP对双磷酸化的MAPK的去磷酸化机制。我们发展了当底物为具有催化活性的蛋白时,研究共价修饰过程的动力学方法。通过新发展的方法,我们研究了MKP3和MKP7对p38?的两种去磷酸化分子机制。我们发现p38?催化底物与被MKP3去磷酸化不是竞争性关系,说明p38?的底物结合方式与MKP3的结合方式不同。我们还发现MKP7对p38?的双位点去磷酸化是分两步进行的。我们对不同MKP构象的动态性质进行了分析。动力学模拟研究发现了MKP和其同属于一个超家族的经典PTP的相同的催化中心关键残基具有不一样的动态特性。我们分析并总结了MKP的活性构象和非活性构象的动力学模拟的共同点和不同点,为进一步了解MKP的催化活力差异提供了基础。接着,我们详细分析了ERK2别构激活MKP3的分子机制。基于生化实验的研究结果,我们构建了ERK2与MKP3催化域的复合物初始模型,并对该初始模型进行了长时间的动力学模拟(1.5?s)。我们发现了MKP3催化域上从MAPK结合位点到催化中心的别构信号传导通路,并建立了别构激活的分子机制模型。最后,针对信号传导过程中常见的诱导二聚化现象(比如细胞膜上膜蛋白二聚化,或者脚架蛋白诱导的信号通路分子二聚化),我们建立了严格的数学模型对其进行定量分析。我们还设计了FRET实验对该模型进行了验证。由于该模型的只需要对诱导二聚的程度进行测量,而这个量是细胞实验中可能被监测到的信号,因此该模型为细胞内诱导二聚化过程的定量分析提供了可能。