蛋白质是是生命活动的主要承担者，蛋白质分子的正确折叠保证了其功能的完成，然而在某些特定的条件下，蛋白质会发生错误折叠，从而使得蛋白质功能发生改变。错误折叠的蛋白质分子会进一步聚集形成颗粒状或纤维状聚集体，这些聚集体的形成对于神经细胞具有一定的毒性，从而导致构象疾病的产生，如阿尔茨海默痴呆症，帕金森症等。进一步研究表明，除了这些与疾病相关的蛋白外，发生自组装聚集是蛋白质所固有的一般特性。传统的研究方法一般是用极端的环境条件（如变性剂、高温、高压等）使蛋白质变性后发生淀粉状纤维聚集。这些聚集体典型的特征是所构成蛋白的二级结构发生明显的变化，形成以β折叠为主的构成单元。而我们发现在紫外光照条件下，自然界中含量非常高的一类蛋白质-含硫键蛋白，可以在基本保持其结构的条件下发生聚集，其聚集体的形貌和状态，可以通过改变光照的强度和时间来调控。对这类聚集现象的研究不仅使我们能够在蛋白质分子的层次上理解紫外辐射对生物体的损伤，而且对理解蛋白质自组装机制、探索其在生物材料的应用也具有重要的意义。　　纳米技术的兴起使得基于高分子的纳米微粒在药物输运方面的应用得到了广泛的关注，高分子纳米微粒能够有效地延长药物在体内的循环时间，更好地发挥载药纳米微粒的EPR效应，使得药物能够最大限度地发挥在病灶靶部位的疗效。在这些高分子中，蛋白质因其生物可降解性好、生物相容性好等特点而成为一种重要的纳米药物载体。目前在合成蛋白质载药纳米粒子复合物过程中往往需要添加一些还原剂或者交联剂，这些辅剂的加入一方面增加了纳米载药粒子的制作工序，另一方面也增加了其潜在的毒性。基于以上含硫键蛋白在紫外光照过程中，由于内部二硫键的断裂引起局部疏水氨基酸的暴露而诱导进一步的分子间自组装的物理机制，我们创新性的把疏水性抗癌药物和此类蛋白质的混合物进行光照，得到蛋白质和抗癌药物的复合纳米粒子。体外一系列实验结果表明该种纳米粒子很容易进入癌细胞，并发挥杀灭癌细胞的作用。　　本文对几种典型的含二硫键蛋白质，如鸡蛋白溶菌酶(CEWL)、牛胰核糖核酸酶(RNase A)，乳白蛋白(α-Lactalbumin)，血清白蛋白(HSA)等，系统地研究了其在紫外光照下的变性和自组装的物理机制，并对乳白蛋白在纳米载药及其对癌症治疗方面进行了初步探索。　　本论文共分七章，主要内容如下:　　研究一:我们通过光散射、原子力显微镜以及透射电镜等手段研究发现鸡蛋白溶菌酶在特定的紫外光照条件下能形成规则的球形聚集体。我们还用圆二色光谱、荧光光谱、酶切质谱、ANS试验、Ellman试验，和电泳等方法研究了这些聚集体的形成过程。我们的研究揭示了鸡蛋白溶菌酶紫外光照聚集的机理:在紫外光照下，通过色氨酸介导的光化学过程，天然态的二硫键可以被打断形成一些自由巯基，从而使得溶菌酶的构象发生了巨大的变化，并进一步导致一些疏水氨基酸暴露。接着，由于这些疏水残基之间发生疏水相互作用，使得这些部分去折叠的蛋白质分子发生了自组装形成颗粒状聚集体;在延长光照时间或者增加光照强度的条件下，这些颗粒状聚集体能进一步自组装形成大的球形聚集体，这一过程是由疏水相互作用和分子间二硫键的共同作用所介导的。而且，这一形成球形聚集体的过程也发生在另外三种含二硫键的蛋白质上，如乳白蛋白，牛胰核糖核酸酶和牛血清白蛋白，因此，我们认为这样的紫外光照条件下的聚集行为对于一些含硫键蛋白来说是一种普适的规律。　　研究二:我们发现在天然条件下，通过改变二硫键——一种翻译后修饰—的方法能够介导蛋白质纤维聚集的形成。我们用比研究一中低十倍的紫外光强度照射，调控二硫键的打开速率和数目，选择性地打断鸡蛋白溶菌酶分子两端的二硫键。这种有选择的温和的打断二硫键的方式导致蛋白质分子局部结构发生改变，并导致蛋白质分子C端的柔韧性增加从而最终导致溶菌酶纤维的形成。与在淀粉状纤维中形成β结构不同，在本文的这些纤维是通过分子间二硫键相连形成，而溶菌酶分子的结构仍处于天然态。在实验以及全原子模拟的基础上，我们提出了“开放式的结构域交换”模型来解释这些纤维聚集的形成过程:每个溶菌酶分子将自己的C端区域转移给相邻分子的互补区域，并通过分子间二硫键使得纤维得以延长，而且，这些纤维还可以通过疏水相互作用形成纤维束。我们的这一工作首次发现了天然条件下通过翻译后修饰形成蛋白质纤维聚集;我们的工作还表明长时间处于紫外照射下的生物组织由于蛋白质的聚集有可能会导致其功能丧失。　　研究三:我们首次证明酪氨酸也可以在紫外光照下介导蛋白质中二硫键的还原。我们选用一种特殊不含色氨酸的蛋白——牛胰核糖核酸酶A——进行实验。牛胰核糖核酸酶A有四对二硫键和六个酪氨酸而没有色氨酸。通过光照，我们检测到自由巯基的产生，验证了光还原反应的存在。而对于牛胰核糖核酸酶A，在紫外条件下的光还原效应只能来自于酪氨酸。我们进一步的实验表明在牛胰核糖核酸酶A中酪氨酸所介导的这种光还原二硫键效应虽然远低于溶菌酶中色氨酸所介导的光还原二硫键效应，但是酪氨酸所介导的这种光还原效应也会导致蛋白质的部分去折叠和聚集。在此条件下的牛胰核糖核酸酶A的聚集是通过疏水相互作用以及分子间二硫键形成的，其机制不同于其在酸溶液中通过“域交换”形成寡聚体的聚集。基于这一工作，很多含酪氨酸和硫键的蛋白都会成为我们研究紫外光照诱发蛋白质去折叠，聚集以及发展相关技术应用的潜在对象。　　研究四:本工作是直接利用紫外光照射蛋白和疏水药物混合组成的化学合成体系合成直径在100-200纳米之间的载药纳米粒子。由于蛋白中的色氨酸能吸收紫外光，并将能量转移到相邻的二硫键，打断二硫键形成自由巯基，进而使得蛋白质结构发生改变，蛋白质的疏水氨基酸暴露，不同蛋白分子依靠疏水相互作用以及分子间二硫键形成纳米聚集体，在此过程中与疏水性的药物阿霉素形成复合物。这些纳米粒子的大小可以通过调节紫外光的强度和照射时间来调控。而试验结果同时表明这些载药纳米粒子比自由药分子更容易进入肿瘤细胞，因而对其胞有更大的细胞毒性。我们同时还研究了药物分子在模拟的肿瘤细胞环境中的缓释行为。