本文运用密度泛函理论和分子动力学计算分别模拟了水与部分氨基酸的相互作用和人类水通道蛋白human Aquaporin-1(hAQPl)与抑制剂分子的相互作用。氨基酸是蛋白质的基本结构单元,研究氨基酸与水的相互作用可以模拟蛋白质的某些特性,有助于理解蛋白质在溶液中的热力学行为。本文运用密度泛函理论对丝氨酸、脯氨酸、甘氨酸和丙氨酸等几种常见氨基酸及其一水合物的中子散射谱进行了理论模拟。氢键是氨基酸与水分子相互作用的主要形式,本文通过分析水分子与氨基酸作用前后振动谱的变化,以及氢键的形成情况,总结了亲水性氨基酸和疏水性氨基酸与水作用的基本规律。侧链对于氨基酸疏水性的影响非常大,这也使得上述四种氨基酸中丙氨酸的疏水性最强(-CH3侧链)而丝氨酸的亲水性最强(-CH2OH侧链)。当水和丝氨酸、脯氨酸作用时,氨基酸内原有的分子间氢键总是趋向于断开或削弱,从而与水作用形成更稳定的结构；而当水和甘氨酸、丙氨酸作用时,氨基酸总是趋向于加强自身之间的相互作用。通过对上述四种氨基酸及其一水合物晶体的振动模式的指认和比较可知,水通过两种方式影响氨基酸分子的振动,一种是与氨基酸形成分子间氢键,另一种是改变氨基酸的分子结构,这均会使得一些定域振动能量升高或降低。另外,计算表明,在丝氨酸的一水合物中水分子可能有两种结合位置,一种是水分子的氧原子结合在丝氨酸羟基端(能量较高),一种是其氧原子结合在丝氨酸氨基端(能量较低)。由于两种结构之间存在势垒,所以羟基结合形式作为一个亚稳态能够存在。随着水合程度的加深,丝氨酸发生结构形变,势垒打破,水分子会越来越多地结合到氨基端。hAQPl能够促进水分子进出细胞,是人体中一种重要的蛋白质。研究表明对AQP1活性的药理性调控可能为青光眼、脑水肿及肿瘤等提供一些新的治疗方案。抑制剂是一种药物小分子,其通过与hAQPl的稳定结合可以阻止或减缓水通过hAQPl。本文通过分子动力学计算模拟了hAQPl和一种抑制剂的相互作用过程。模型中抑制剂分子与hAQPl四聚体中的一个单体结合,计算发现在模拟的10ns过程中它们之间的距离没有太大的变化,说明其结合稳定；并且一共统计到了15个水分子的完全通过现象,通过分析可知,这15个完全通过现象均是从另外三个单体中通过,说明该抑制剂对水的通过起到了很好的抑制作用。