生物大分子在生命活动中有着重要的作用,它们发挥调控功能时往往伴随着复杂的构象变化,这些变化很难被常规的动力学方法捕捉到,人们需要借助增强采样方法来获得足够多的采样数据,从而了解分子的具体调控机制。对于生物分子构象的采样,一般有两种常用方式,一种是提高体系的温度,另外一种是对系统施加较强的偏倚势。本文在上述两种方法的基础上提出了一种有效的混合副本采样算法,称为混合副本采样方法（Mixing REMD）。首先,它在分子的一些副本上施加了适应性的偏倚势。这些副本可以在集合坐标空间中加速采样。其次,它有在不同温度上模拟的常规副本,这些副本之间可以进行构象交换,产生满足正则系综的非偏倚采样数据。为了提高采样效率,偏倚势副本构象经过平衡后可以将它们的状态参数传递到非偏倚副本。相比于其它方法,这种方法使用起来更加方便。在模拟之前,它不需要预先准备静态辅助势,也不需加入很多高温副本来保持交换成功率。在模拟之后,由于采样数据是非偏倚数据,因此不需要复杂的再加权步骤就能直接计算任意坐标上的自由能。为了实现混合副本采样方法,我们开发了采样和分析一体化工具FSATOOL。FSATOOL有下列几个特征:第一,它的整个工作流程只需要两个输入文件,两步即可完成,简便高效。第二,它直接嵌入AMBER分子模拟软件,可以直接使用AMBER的各项功能。第三,它提供了很多数据分析方法,包括聚类,降维等,最重要的是能够建立马尔可夫模型,提取态与态之间的主要转移路径,帮助我们分析分子构象的具体转变过程。作为演示,我们使用FSATOOL工具对丙氨酸二肽分子、核糖体蛋白L9的N端结构域,以及RNA发卡分子分别进行了模拟,检验了混合副本采样方法及后续数据分析模块的可靠性。作为实际应用,我们对k-turn这一RNA motif进行了模拟,研究了它的一个重要特点:结构可塑性。K-turn可以根据所处环境的不同而调整自己的构象,在N1和N3两个稳定态之间切换。经过深入分析,我们得出了以下结论:首先,当k-turn作为独立个体存在于水溶液中时,其N1和N3结构的稳定性彼此接近,整个分子做类似于铰链形式的协同运动。然而,当k-turn和不同的蛋白质分子结合时,比如L7Ae和L24e蛋白,k-turn会分别稳定在特定的N3或者N1结构上,这和实验发现的结果相符合。另外,自由能计算结果表明,相对于单体k-turn来说,复合体中N1与N3之间的转移路径上的自由能垒会增高,转换速率会降低。RNA-蛋白相互作用进一步增加了k-turn的结构稳定性。最后,我们使用FSATOOL对钙调蛋白（Calmodulin）进了模拟。钙调蛋白参与了细胞内多种信号转导过程。但是,由于其结构的复杂性,很多先前的工作仅探讨了其N端或C端结构域在水溶液中的动力学行为。我们依靠混合副本采样方法,研究了整个蛋白从闭合态到展开态的完整转变过程。我们发现在结合钙离子后,钙调蛋白的稳态分布和转移路径会发生改变,说明钙离子对钙调蛋白有着重要的调控作用。