在各类疾病中,药物分子可以通过结合细胞内的蛋白质达到治疗目的或调节治疗效果,两者的相互作用包括共价、非共价相互作用。其中,药物与蛋白质的非共价相互作用对了解药物的自由浓度、分布、代谢和毒性具有重要的意义,是许多生物学过程和药物作用机制的基础,可以评估药物分子在蛋白质水平上的介导,为设计新疗法及生物安全、药物反应和疗效的研究提供指导作用。两者之间的非共价相互作用涉及能量变化和蛋白质结构变化,确定两者的结合常数、结合能力、结合机制和结合模式是分析药物与目标蛋白的结合关联性的关键要素。肌红蛋白(Myoglobin,Mb)是早期肿瘤诊断、肾损伤和急性心肌梗死的生物标记物,细胞色素C(Cytochrome C,Cyt C)是细胞内调节剂,在细胞氧化应激、代谢和凋亡中发挥作用。两种蛋白质具有独特的配体结合特性和病理、药理、临床诊断重要性,是配体-蛋白质复合物研究的重要模型蛋白。天然产物是先导化合物和临床药物的重要来源,大约40%的临床药物是天然产物或天然产物衍生物,它们具有丰富的药理作用、药理机制和化学多样性,因此研究具有良好药物特性的天然产物与Mb和Cyt C的相互作用,有助于新型治疗剂药物的发现和开发,和理解与疾病相关的天然药物作用和各种蛋白质生物标志物。本论文采用一种基于质谱和光谱、理论计算相结合的多重分析方法(非变性质谱方法(Native electrospray ionization mass spectrometry,Native ESI-MS),氢氘交换质谱(Hydrogen/deuterium exchange mass spectrometry,HDX-MS),圆二色谱(Circular dichroism,CD),荧光光谱(Fluorescence spectroscopy,FS)和分子对接(Molecular docking,MD))系统地研究了Mb、Cyt C和具有相似化学骨架的天然产物之间的相互作用,研究了不同天然产物配体分子结构与蛋白质结合能力的构-效关系,实验结果和理论计算预测结果具有良好的一致性,并揭示了配体分子与蛋白质的可能的结合位点和方式。1)研究了Mb与四种吲哚类生物碱(indole alkaloids,IAs)的相互作用及考察了非变性质谱分析蛋白质复合物的实验条件、离子源参数及稳定剂添加对复合物的离子强度影响。通过ESI-MS分析发现,在相同实验条件下,0.1%的DMSO能使Mb的电荷分布向低电荷偏移。在Mb与IAs作用系统中,Ophiorrhine A,Ophiorrhine B,Compound C,Compound D均可与Mb结合形成Mb-IA复合物,通过比较计算得到的结合常数,这些IAs与Mb的结合能力顺序为Ophiorrhine B>Compound C>Ophiorrhine A>Compound D;MD作为MS测定的补充,探究了四个IAs与Mb的结合位点和结合模式;CD和HDX-MS结果显示,Mb暴露于IAs通过降低Mb的α-螺旋含量和更多的氘代数来改变Mb的构象。2)研究了Mb与四种巴山榧树提取物的相互作用,在Mb与巴山榧树提取物作用系统中,LMT-2,LMT-11,LMT-14,LMT-31均能与Mb结合形成Mb-LMT复合物,竞争实验和浓度梯度实验对Mb-LMT系统进行验证,排除非特异性结合的蛋白复合物;通过比较由ESI-MS数据计算得到的结合常数,这些LMT配体分子与Mb的结合能力顺序为LMT-14>LMT-31>LMT-2>LMT-11;MD作为MS测定的补充,探究了四个LMT与Mb的结合位点和结合模式;CD结果证明,加入LMT配体后,Mb的α-螺旋含量降低,且Mb的CD光谱的负峰波长均发生红移,表明Trp残基周围的极性增加,疏水性降低。FS结果显示加入LMT配体后,Trp和Mb中血红素之间的距离增加,抑制它们之间的猝灭反应,因此荧光强度显著增加。3)研究了Cyt C与三种吲哚类生物碱的相互作用,在Cyt C与IAs作用系统中,ESI-MS结果观察到5-oxodolichantoside,Ophiorrhine B,strictosamid都能与Mb结合,分别最多形成1:2,1:2,1:3复合物;HDX-MS测定了不同HDX时间的Cyt C和Cyt C复合物,通过观察整体的氘代数随配体的加入略有增加,表明与吲哚类生物碱配体分子结合导致Cyt C的结构更为松散。本文首次研究了吲哚类生物碱和巴山榧树提取物两类目标天然药物配体与Mb、Cyt C相互作用,并运用氢氘交换技术自上而下地在完整蛋白质水平上探索研究配体分子的结合对蛋白质构象的影响。本文建立的分析方法也可应用于其他配体-蛋白质复合物的研究和理解其他蛋白质的结构-活性关系,有助于新药物的发现、药物定位和药物设计,为药物的药理学、活性药物筛选和药物靶蛋白研究提供有用信息。