甜味剂是人们日常生活中必不可少的食品添加剂,在食品、医药等领域中起着不可或缺的作用。为克服蔗糖等传统甜味剂具有的高热量等缺点,低热量、非营养型高倍甜味剂如甜菊糖苷和二肽等已经成为研究热点。但是由于对这些甜味剂的结构与甜味和苦味等关键因素之间的构效关系缺乏深入了解,人们在对新型甜味剂的合成、分离与感官评定工作中浪费了大量时间和金钱。因此为了加深对甜味剂的结构与甜味和苦味之间的构效关系的认识,进而探索新型甜味剂的发展方向,本文主要对在人体甜味和苦味感知过程中起到决定性作用的甜味和苦味受体进行同源建模,然后通过分子对接手段研究甜菊糖苷和二肽化合物与味觉受体模型之间的相互作用,根据对接结果分析甜菊糖苷和二肽化合物的结构与甜味和苦味间的构效关系,主要内容如下:首先,由于目前味觉受体蛋白的具体结构尚未被解析,本文构建了有较高可信度的人体甜味受体hT1R2,hT1R3和苦味受体hT2R4同源模型。依据拉氏图与Verify 3D评分原则,利用建模软件MODELLER,使用不同模板和序列对比方法对hT1R2和hT1R3进行同源建模;最终筛选出使用5K5T和5X2M模板,通过合适的双模板建模方法建立的hT1R2,hT1R3受体模型。对于人体苦味受体hT2R4,则利用在线建模服务器I-TASSER,通过八个模板建立同源模型,通过TM-Score与拉氏图评价建模质量。相较于以往研究中所构建的味觉受体模型,本文中的建模结果的评价更佳,证明所建hT1R2、hT1R3和hT2R4模型构型合理,有较高的可信度,可用于后续分子对接计算。其次,本文利用构建的味觉受体模型,与甜菊糖苷之间进行分子对接计算,以研究甜菊糖苷的甜味和苦味与结构间的构效关系。首先通过CDOCKER和Libdock半柔性分子对接方法,对有已知甜度的天然甜菊糖苷分子进行分子对接。发现由CDOCKER方法计算得到的甜菊糖苷与受体间相互作用能与甜菊糖苷的甜味和苦味强弱间有良好的正相关线性关系,可拟合出有更高相关性的回归方程,适合用于预测甜菊糖苷的甜度,这也从侧面证明了所建味觉受体模型具有高可信度。利用此方法,我们预测了多种改性葡萄糖基甜菊糖苷的甜度,筛选出预测有较高甜度的甜菊糖苷,最高达到近600倍蔗糖甜度。甜菊糖苷的C-13和C-19位上的糖基可以与味觉受体中的众多氨基酸残基以不同组合的方式发生相互作用,从而产生特异性的风味。分析计算结果发现,甜菊糖苷的C-13和C-19位上的葡萄糖基的变化会对其甜味和苦味造成不同影响:C-13位上葡萄糖基数量的增加导致甜菊糖苷的甜味增强,苦味减弱,C-19位上葡萄糖基数量的增加导致甜味和苦味都减弱。通过分析配体-受体间的相互作用模式和对接构象,发现可能是由于甜味和苦味受体的空间结构的不同导致了这不同的影响。在甜菊糖苷的C-13位上增加葡萄糖基,可能是开发高甜度甜菊糖苷的可行思路。最后,本文利用构建的味觉受体模型,与氨基酸或二肽之间进行分子对接计算,以研究二肽化合物的甜味和苦味与结构间的构效关系。首先通过CDOCKER和Libdock半柔性分子对接方法,对有已知甜度的二肽甜味剂进行分子对接计算。发现仍然是CDOCKER方法能拟合出有更高相关性的回归方程,更适用于预测二肽化合物的甜度。然后对甜味氨基酸进行计算,筛选出预测有较强甜味的氨基酸并将其组合成二肽化合物,根据二肽化合物的甜度预测结果筛选出可能的优质二肽甜味剂,其中D-Trp-D-Trp和D-Trp-D-Phe具有最高约1400倍蔗糖甜度。配体与甜味和苦味受体间的相互作用能通常呈正相关关系,结合相互作用模式与对接构象,推测这是由于氨基酸或二肽易于进入甜味和苦味受体的结合位点,体积相对较大的配体更容易与受体的氨基酸残基间产生更强的相互作用所导致的。具有苯环结构的氨基酸或二肽化合物通常具有更高的甜度,这是由于苯环结构更易与受体氨基酸残基间产生疏水相互作用,该结论为设计新型二肽甜味剂提供了理论依据。