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基因、蛋白质等生物大分子、天然小分子物质通过相互作用维持实现细胞正常功能的相关分子路径，环境污染物则可经由干扰这些路径引起级联反应而最终导致不同生物学水平有害效应的发生。污染物环境暴露导致的生物效应通常涉及不同的生物靶，可能对多种毒性作用通路造成不可逆的影响。然而，现有的实验研究手段一方面受限于方法灵敏度的限制，难以测试获得关于分子毒理的相关信息；另一方面生物测试亦难以穷尽所有污染物的所有评价终点。而计算毒理因其整合了生物信息学、化学信息学、构效关系乃至系统生物学等方法，为污染物环境生物效应的机制探索和快速预测提供了科学、便捷的途径。譬如在明确潜在生物靶的情况下，计算模拟可以识别起关键作用的残基，预测污染物与该靶点的结合强度和作用模式，从而对其可能的生物效应做出快速评估。炔雌醚就是一个典型的例子，当hERα与其作用时会因二者的高碰撞几率而导致R394侧链实时回避，并最终在hERα口袋底部打开一个新的疏水空腔，表现出环境雌激素的毒作用模式；全氟辛酸等污染物能通过影响hL-FABP的R122与N111对内外结合位点构象的维持而干扰其PPAR配体核浆穿梭功能，最终可对糖脂代谢产生影响；而多环芳烃代谢物BPDE的P53抑癌基因非共价嵌入作用源于其与CpG形成的氢键和疏水堆积作用。同时，计算方法亦可基于多态性分析指出污染物生物效应可能存在的物种差异。例如，在滴滴涕作为防污涂料的替代产品辣椒素及其类似物的环境雌激素效应研究中，计算发现该类物质的拟/抗雌激素活性因受体多态性在人类、大西洋鳕鱼和太平洋丽龟三个物种间具有明显差异，提示辣椒素类物质对敏感海洋生物的内分泌干扰效应需受到重视。除此之外，计算方法亦可成功用于污染物生物代谢与转化等机制的研究。