钙调素(Calmodulin，CaM)是生物体内非常重要的一类钙离子(Ca2+)结合蛋白，几乎分布在所有真核细胞的细胞液中。它在细胞中主要负责翻译Ca2+浓度变化，进而达到传递Ca2+信号的目的，从而在诸多生理过程的调节中扮演重要的角色。对CaM的研究自20世纪70年代起就成为生物化学家的重要课题。随着越来越多的实验事实被发现，特别是它的三维结构：包括与Ca2+结合的、没有与Ca2+结合的、与靶蛋白结合的，逐渐被科学家所揭示出来，越来越多的问题也就随之产生了。　　 本文主要使用分子动力学方法(MD)，包括传统分子动力学(CMD)、导向分子动力学(SMD)、目标分子动力学(TMD)等、利用分子力学(MM)计算粒子间作用力，通过模型建立、模拟计算、过程分析、结果讨论等过程对CaM的结构功能关系，以及CaM和靶标多肽的结合性质进行了一系列的研究。主要的研究内容和所得结论包括以下三个方面：　　 第一，利用导向动力学和传统分子动力学方法研究了Ca2+从CaM的C端球域离解的过程，给出了一个较为详细的连续的Ca2+离解机理：EF手中5个Ca2+结合残基可以分为2组，结合loop区上的第一、七、十二个残基首先离开Ca2+，期间完成螺旋间相对位置的调整，然后第三、五个残基从Ca2+上解离，期间耦合两个EF手的片层结构发生相对位置变化。当五个残基完全失去对Ca2+的束缚力后，整个体系会开始驰豫，进行微小的结构调整。除此之外，我们还发现两个Ca2+倾向于同时离开CaM的C端球域；两个EF手间的片层结构对CaM的C端球域响应Ca2+的离开起到了缓冲器的作用；EF手的退出螺旋要比其进入螺旋在结构上更加稳定。　　 第二，通过一系列的模拟，包括使用目标动力学方法模拟CaMKI-CBD的从天然的无序态到和CaM结合后形成的有序态的构象转换过程；使用MM- PBSA方法计算CaM和不同状态下的CaMKI-CBD的结合自由能，以及CaM和一系列不同蛋白(包括smMLCK、CaMKIIa、CaMKK、CaV1.2、MARCKS)的CBD之间的结合自由能，我们得知非极性作用主导着CaM和众多CBD之间的相互作用，范德华作用驱动了诸多CBD的折叠过程，揭示了为什么CaM可以采用如此众多的形式来结合CBD。CaMKI-CBD折叠过程的自由能剖面说明CaM和CaMKI- CBD的结合自由能可以帮助其克服折叠过程中较小的能垒。最后，我们讨论这种有序/无序结构转换的生物学意义，更进一步的深化了CaM激活CaM激酶的机理。　　 第三，通过对一种新颖的X型CaM双聚体与其靶蛋白(Calcinerun，Cn)的CBD结合模式的研究，我们发现，第一，CnA-CBD在稳定X型CaM双聚体时发挥了很重要的作用，如果没有它的存在，X型CaM双聚体就会产生大的构象变化，在纳秒级别发生解离，包括CaM2中心螺旋的弯折，2个CaM蛋白球形域的远离和相对旋转。通过比较CaM/CnA-CBD和CaM/smMLCK-CBD的结合模式，我们相信这种新的结合模式很大程度上由正电荷和疏水残基更为广泛的分布决定的。第二，复合物的稳定性除了来自于VDW相互作用外，还来自于CaM和CnA-CBD间的一些强的静电和疏水相互作用。第三，MM.PBSA计算出的相互作用能显示，在CaM之间存在强烈的排斥作用，这种排斥作用随着X型CaM双聚体的解离而逐渐减弱。另一方面，CaM和can-CBD间的相互作用掩蔽了这种排斥作用，导致了一个较大的吸引相互作用自由能。