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在分子水平上阐明蛋白质、核酸等生物大分子与小分子药物和污染物以及金属离子的相互作用，是当前化学、生物学、环境毒理学，药理学等众多领域的重要研究内容之一，对于疾病的预防和防治以及环境保护等都具有重要的实际意义。本文采用荧光光谱、紫外可见光谱、圆二色光谱等分子光谱方法，核磁共振技术及分子对接拟合，研究了抗抑郁药西酞普兰(CIT)与两种同类型的生物大分子，牛血清白蛋白(BSA)和人血清白蛋白(HSA)相互作用机理，对比序列相似的两种模型蛋白与药物分子作用的区别，验证了由动物实验数据推测人体试验的可靠性;考察了致癌物2-萘胺(2-NA)与两种不同类型的生物大分子，BSA及鱼精DNA相互作用机理，通过研究其作用方式，发现2-NA与蛋白和核酸的结合模式与其致癌致突变性有相关性;以及潜在致癌环境污染物龙胆紫(GV)与牛血红蛋白(BHb)相互作用的机理，为GV在血液血液循环过程，在体内运输，分布，代谢和清除机制和毒性评估提供参考。 本文主要包括以下四个部分。 第一部分:对比了抗抑郁药CIT与BSA和HSA的作用机理。荧光淬灭研究结果表明，西酞普兰与HSA和BSA可以形成稳态复合物，并造成静态荧光淬灭;热力学计算结果表明，氢键和疏水作用力是CIT与HSA和BSA发生相互作用的主要驱动力，其作用过程为熵减小和吉布斯自由能降低的自发超分子作用;核磁研究结果进一步表明，CIT通过特定官能团与HSA和BSA发生相互作用，表明CIT分子与血清白蛋白结合具有取向性，并且与BSA的结合能力更大;药物结合位点竞争抑制试验表明，CIT与BSA和HSA作用位点与模型药物分子华法林相同，均为SiteⅠ(亚域ⅡA);同时，同步荧光光谱，三维荧光光谱以及圆二色光谱对蛋白结构变化的研究表明，血清白蛋白的二级结构、聚集态结果以及生色氨基酸所处微环境均受到CIT与蛋白相互作用的影响，并且BSA的结构受CIT的影响更大。尽管BSA和HSA的氨基酸序列相似性高达76％，但是CIT与二者作用的差异性表明，药物与蛋白相互作用机理很大程度上取决于大分子以及配体的结构，这对了解CIT与蛋白在体外结合的机制以及对药物动力学及体内分布具有很大的意义。 第二部分:研究了致癌物污染物2-NA与BSA在模拟生理环境下相互作用机理。荧光数据表明，2-NA对BSA荧光的淬灭作用很强，与BSA形成络合物;同步荧光的结果表明，2-NA与BSA有一个结合位点，且形成了稳定的络合物，并影响生色氨基酸所处微环境，增加其亲水性;圆二色光谱表明BSA的二级结构发生变化，BSA的α-螺旋含量降低，蛋白骨架变松散β-折叠及无规卷曲等结构增加，造成蛋白骨架松散;圆二色光谱同紫外可见光谱同时证明，2-NA与BSA结合破坏了BSA的二级结构。 第三部分:研究了2-NA与DNA相互作用的机理。紫外可见光谱的结果证实了2-NA和DNA之间存在相互作用;荧光淬灭的结果显示DNA以静态淬灭的模式淬灭2-NA的荧光;研究变性DNA，离子效应及阴离子对2-NA荧光淬灭的影响表明，2-NA与DNA是以插入模式相互作用，而对DNA的相转变温度的研究亦证实这一结论;圆二色光谱的研究结果表明，2-NA和DNA的相互作用导致了DNA规则双螺旋结构发生变化。 第四部分:研究了潜在致癌环境污染物龙胆紫(GV)与牛血红蛋白(BHb)的相互作用机理。荧光淬灭研究表明，GV能与血红蛋白形成络合物;热力学常数研究表明，GV与BHb结合是一个自发的熵增过程，静电作用力驱动;同步荧光研究结果表明，GV与BHb络合以后，改变了发色氨基酸色氨酸和酪氨酸的微环境;紫外可见和圆二色光谱研究表明BHb和GV的络合作用使得GHb结构发生变化;利用核磁手段进一步研究GV和BHb相互作用发现，GV分子的芳香区部分在络合反应中发挥的作用更大;分子对接计算拟合验证了光谱学和核磁方法的研究结果。