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蛋白质的结构对于理解蛋白质的功能和折叠机理非常关键，然而不管是在实验还是在计算机模拟中，获得蛋白质在不同条件下的高分辨率结构都不是一件轻松的事。一方面，高分辨率的结构实验技术如核磁共振、X-射线晶体学和冷冻电镜只适合研究长时间稳定的结构，而且三种实验手段各有限制条件，而低分辨率的实验技术如小角X射线散射(Small Angle X-ray Scattering，SAXS)虽然由于样品制备简单，对实验条件和样品尺寸和质量没有太多限制而受到越来越多的欢迎，但是只能提供样品的形状和尺寸等信息。另一方面，虽然在近10年中，计算机硬件和软件获得了快速发展，但是当前计算机模拟所能研究的时间尺度和空间尺度依然远远达不到实际关心问题的要求，当前分子力场也不能准确描述所有的体系。而通过将低分辨率的SAXS获得的结构信息引入分子力场中不仅可以克服分子力场的不确定性对计算机模拟结果造成的负面影响，还可以引导模拟运动的方向而加快抽样速度，缩短模拟时间，同时获得准确的高分辨率的蛋白质构象，具有重要意义。本论文中发展了将SAXS引入计算机模拟的杂化分子动力学(molecular dynamicssimulations，MD)-蒙特卡罗(Monte Carlo， MC)模拟方法，并将该方法用于研究蛋白质在不同变性条件下的结构，获得了如下创新性成果: 1.增强蛋白质目标构象态抽样方法的研究:我们发展了一种增强目标态构象空间抽样的杂化MD-MC方法，该方法主要思想是将目标态的SAXS结构信息引入MC模拟中，基于模拟中结构的SAXS曲线和目标态的SAXS曲线间的接近程度进行MC判断，利用MC判断对MD模拟的运动方向产生偏倚性的微扰，从而实现模拟在一定目标信息引导下的抽样偏倚和样本富集。通过对20个单一氨基酸构成的短肽和5个真实蛋白的测试，我们发现相比于MD模拟，杂化的MD-MC方法整体上能够有效的增强目标构象态抽样，我们进一步分析了影响该方法效果的因素，发现通过提高温度增大抽样空间可以提高杂化的MD-MC方法的抽样效率，当抽样空间能够包含目标结构时，杂化的MD-MC方法增强目标构象态的抽样效率最高。 2.泛素在尿素溶液中的解折叠过程研究:我们利用结合SAXS的杂化MD-MC模拟方法研究了泛素在不同尿素浓度中的解折叠态，我们发现泛素在尿素中的解折叠过程是逐步进行的，C-端和N-端的β-折叠片段的打开导致疏水核心的暴露，此时结构中的二级结构成分依然较多，随后这些二级结构逐步消失，在8 M尿素溶液中变成完全解折叠的无规卷曲结构。相比于水，尿素更倾向于在泛素的表面富集，其富集程度随泛素解折叠程度的增加而增加，另外尿素与泛素主链形成氢键的能力比水更强。泛素的解折叠程度的增加使表面水的平动和转动动力学加快，但对尿素的动力学行为影响不大。 3.不同尿素浓度下核糖核酸酶Sa表面水和尿素分子的分布和动力学行为的研究:我们发现尿素分子通过取代核糖核酸酶Sa表面的水分子而富集在蛋白质表面，尿素分子更倾向与RNase Sa酶的疏水残基作用，尿素分子减慢了水分子的平动和转动动力学。 4.细胞色素C在酸性环境和尿素溶液中的解折叠态的研究:我们利用结合SAXS的杂化MD-MC模拟方法研究了细胞色素C在酸性环境下和高浓度的中性尿素溶液中的解折叠态的区别。我们发现细胞色素C在两种不同环境下的结构存在很大差别，在酸性环境溶液中，细胞色素C结构中大部分的二级结构依然保留着，该状态下的结构类似于折叠过程中的熔融态(molten globule state)，而在高浓度的尿素溶液中，结构中有序的二级结构（螺旋和折叠）几乎完全消失，不同的解折叠态可能对应不同的折叠过程。