蛋白质作为一种重要的有机大分子,在生命活动中承担着重要作用。随着生命科学领域研究的不断深入,越来越多的蛋白基因序列被解析出来,以此为基础发展的以探究蛋白质组和功能基因组为主的生命科学进入了新的篇章。随着计算机计算能力的提升以及模拟方法理论逐渐完善,以物理、数学和化学等学科综合发展而来的分子动力学作为一种新型的理论指导工具,在蛋白-底物的相互作用、底物传递与释放等过程的机制研究中发挥着越来越重要的作用,它能够从动态角度探究蛋白质瞬时构象变化,对实验进行解释及预测。同时,在以构象契合理念为基础的药物设计中,动力学模拟可以在微观层面探究分子的生物作用机制,结合同源建模,分子对接等计算机辅助药物设计工具,可以验证药物分子的药效模型,并指导药物的改造设计。本论文主要采用分子动力学模拟的方法,结合伞形采样等多种技术,对热点蛋白的底物释放及作用机制进行研究,并结合3D-QSAR,对相关抑制剂进行设计,主要研究内容如下:1:组蛋白赖氨酸特异性去甲基化酶1(Lysine-specific demethylase 1,LSD1)是一种典型的组蛋白特异性去甲基化酶,对于探究组蛋白甲基化修饰有着重要意义。以苯环丙胺类为母核的抑制剂是一种高效、特异的LSD1抑制剂,为了印证并预测苯环丙胺类抑制剂与LSD1作用机制,基于一系列作用于LSD1的苯基环丙胺类化合物,采用分子动力学模拟,对活性最佳化合物的结合模式、结合自由能、残基贡献以及释放热动力学性质进行计算,并借助3D-QSAR技术建立了以苯环丙胺为母核的CoMFA和CoMSIA模型,根据构效关系设计了22个潜在抑制剂分子并筛选3个活性较好的化合物进行下一步的验证,分子动力学模拟结合MM/GBSA计算显示我们设计的抑制剂分子具有潜在应用价值,并揭示了以苯环丙胺为母核的抑制剂潜在的活性改造位点,为未来抑制剂设计提供理论依据。2:O-GlcNAc糖基转移酶(O-GlcNAc transferase,OGT)作为一种体内重要的糖基转移酶,在许多重要的生物学过程中起着重要作用,解析其作用机制对探究生物体内糖基化过程有着重要意义。UDP作为其催化反应的产物,其释放过程的研究不但有助于理解整个催化过程,而且有助于反应物UDP-GlcNAc及基于UDP和UDP-GlcNAc的抑制剂传递过程的预测。本章通过MM/GBSA、RAMD MD、SMD和MM MD以及伞形采样结合的方法,对UDP在OGT蛋白中的结合模式和释放过程进行了探究,得到了UDP在OGT蛋白中的结合位点和重要氨基酸贡献的信息,发现了UDP可能的释放通道,并对最可能的两条通道进行详细研究,进一步分析验证了最具优势的UDP释放通道及释放过程的关键残基,确定并讨论了它们的热动力学性质以及相应的机理。这项工作不仅对了解OGT酶促过程中配体传递机理具有重要意义,而且对基于UDP或UDP-GlcNAc的抑制剂设计也有一定的帮助。3:O-GlcNAc糖基化修饰是一种普遍存在于多细胞动物及植物细胞内的蛋白质翻译后修饰方式,参与了许多复杂的细胞活动。然而,目前实验上还没有成熟的技术去解释该糖基化修饰关键酶OGT是如何特异性识别成千上万的底物蛋白。为了探究OGT对目标蛋白的识别机制,我们拟选择OGT受体位置TPR结构和辅助蛋白GABA_A作为研究对象,通过分子对接和传统分子动力学模拟,获得二者可能的结合模式及结合自由能,并通过能量分解,对较优结合模式下的关键残基进行分析,为后续OGT-GABA_A复合物识别目标蛋白的研究奠定了基础。