蛋白质是生命大厦的重要基石,揭示蛋白质结构与功能之间的关系对于预测蛋白质-蛋白质相互作用、蛋白质识别和药物设计等有着重要意义。众多来自生物、化学、数学、物理、计算机等领域的科学家们从蛋白质结构和其他角度出发,借助于生物信息学、计算生物学、信息科学、计算化学等手段,对这一问题开展了深入的研究。蛋白质功能与蛋白质体系的多种作用力和体系能量密切相关。但现有的蛋白质几何模型缺乏对分子的运动、分子势能场的有力刻画,难以描述生物分子的活性及动态功能。我们将蛋白质分子描述为包含多种作用力的原子系统,构建原子尺度上描述分子体系能量的势能场(即分子场),并从分子场出发,分析蛋白质结构和功能之间的关系。本文介绍了我们在蛋白质分子场建模与触觉感知、疏水区块识别以及蛋白质分子场重构方面的研究工作。主要包括：●提出了一种蛋白质分子场建模方法。我们采用离散的三维标量场记录蛋白质与探针之间的相互作用。从蛋白质三维结构出发,以分子力学为基础,采用改进的势能函数计算蛋白质分子与探针之间的范德华相互作用和静电相互作用,构建了原子尺度上的蛋白质分子场。●提出了一种通过触觉感知蛋白质分子场的方法。我们将蛋白质大分子的分子场与触觉设备相结合,通过触觉去感知蛋白质分子与探针之间的相互作用,同时,将分子场中的势能映射到蛋白质分子表面,从视觉上给用户以有关蛋白质分子场的感性认识。●提出了一种探测蛋白质表面疏水区块的方法。基于“亲碳疏水”理论,我们将蛋白质分子表面细分成多个区域,基于分子场计算碳原子与蛋白质分子表面每个区域的平均作用力,寻找蛋白质分子表面与碳原子作用力最强的区域及对应的氨基酸残基,以此探测蛋白质的疏水区块。●提出了一种蛋白质分子场重构的方法。我们采用7方向Box样条对蛋白质分子场进行重构,通过把Box样条转化为Bezier表示计算Box样条。重建函数为二阶分片4次多项式,可在此基础上进行微分分析和操作。同时,我们分析了μ对重构精度的影响。我们选取了几个具有典型生物化学意义的蛋白质体系来验证上述算法。实验表明,我们建立的蛋白质分子场有效反映了蛋白质分子的整体结构信息,刻画了蛋白质分子势能在三维空间的分布,蕴含了丰富的蛋白质功能信息,对于揭示蛋白质结构与功能之间的关系、蛋白质活性位点识别等关键问题具有重要的价值。