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钾离子通道是跨膜蛋白质，它能够选择性地介导钾离子的跨膜转运。对钾离子通道性质的研究涉及到生命的很多过程如发育、生长、分泌、兴奋、运动，甚至于学习和记忆，已经成为分子生物学、分子药理学、生物物理学、神经生物学等多学科的热点。然而，钾离子通道对钾离子产生选择性通透的物理机制如何？钾离子通透的动力学特征怎样？离子在跨膜输运过程中涉及到去水合-再水合作用，究竟在水溶液中水合离子的结构如何？这些问题引起了生物学和物理学工作者极大的兴趣。 本论文主要以KcsA钾离子通道为研究对象，从理论上解释生物电场作用下钾离子通道的选择性通透特性，并研究了溶液中水合阳离子的结构特征，在这一多学科交叉的领域进行了有益的探索。 本文的主要成果是: 第一、结合KcsA钾通道的三维精细结构，本文首次采用密度泛函理论研究了KcsA通道对不同阳离子的作用，在分子水平构造了钠、钾、铷、铵离子的位能面，根据不同离子位能面的对称性的差别以及不同离子在通透过程中遇到位垒的不同，依据统计热力学的观点，解释了KcsA通道对一价阳离子的选择性产生的原因，为布朗动力学提供了必要的输入参数。 第二、在已构造的通道位能面的基础上，把通道内的离子看作布朗粒子，建立KcsA通道的布朗动力学模型，用来研究生物电场作用下钾离子通道的动力学性质，得到了钾离子通透的特征时间、通透频率以及通透过程中钾离子在通透内的统计分布，所得到的结果与实验结论较好地吻合。 第三、研究了溶液中水合锂离子、钠离子及钾离子的结构特点，得到了初步的结构信息，为以后在生物环境下水合碱金属阳离子进一步的实验研究进行了有益的探索并提供必要的理论支持。