许多重要的生物过程依赖于蛋白质分子对于一段特定的DNA序列的精准快速识别。本文通过理论分析和三维朗之万动力学模拟,对蛋白质在DNA链上搜寻目标位点的过程进行深入研究。我们验证了理论推导的结果,并对3D/1D协助扩散机制(facilitated diffusion, FD)的细节进行了进一步的探究,分析不同蛋白质与DNA链吸引势强度和不同链构象对于搜寻效率的影响。在一定的链构象下,随着吸引势ε的增大,总搜寻时间会出现一个极小值。跳跃次数njump随ε增大而减小至稳定值,同时,搜寻时间从依赖于3D扩散时间转变为依赖于1D滑行时间。根据理论推导以及模拟结果分析可以得到,过多的3D扩散时间或者1D滑行时间都不利于搜寻效率的提升,过多的τ1D可能导致重复搜寻一段序列,过短的τ1D则使得搜寻不充分。DNA链末端距的变化会影响其构象,在高分子链处于自由链稳定状态附近时,可以得到搜寻时间的极小值。跳跃距离随末端距大小变化曲线表明,卷曲的高分子链更倾向于在蛋白质解离后发生链间跳跃,即在离原位点较远的位点进行再结合,增大了跳跃距离,从而提高搜寻效率。以上因素可以解释最优构象和最小搜寻时间的出现。多价态相互作用,指的是多配体和多受体之间的多价态结合,这种多价态相互作用在生物体内普遍存在,比如酶的催化、细胞吸附、病毒或是细菌与细胞的结合、细胞间的信号传递等生理过程。相比于单配体和单受体的结合,多价态结合具有结合作用力强、结合速度快等优点。虽然多价态相互作用的重要性得到广泛的认可,但是其相互作用机制并不是很明确。我们通过三维朗之万动力学模拟,研究多价态高分子链与带有受体的膜表面的吸附行为。研究结果表明,多价态聚合物的吸附呈现超选择性,即在一定范围内,随着吸附表面的受体密度的增加,与吸附表面受体相结合的多价态配体的数量急剧增长,呈现非线性状态。而且,我们发现随着高配体密度φ增大,超选择性的表征参数α在较低的受体密度φ达到极大值αmax,而多价态聚合物表现出超选择性行为(即α>1)的范围有所减小。此外,我们研究了多价态聚合物在吸附过程中的构象变化,在吸附达到平衡状态时,高分子链上的配体粒子会被膜上的受体粒子所吸附,而链上的其他粒子则会形成环(loop)或者是形成尾巴(tails)结构。这些结构的尺寸在受体密度φ≈0.40左右达到稳定状态。对多价态高分子链的均方回转半径研究,我们发现由于配体与受体的吸附作用与高分子链本身的构象熵的竞争,使得多价态高分子链Rg出现极大值。