G-四链体（G-quadruplex）DNA是富含鸟嘌呤的非典型核酸结构,在生物过程中起着重要作用,其结构稳定性和功能受周围溶液环境重要影响。并且,生物界面水的物理性质不同于体相水,水分子与生物分子的强相互作用会改变其水合结构。同时,水合性质的改变反过来可能会影响生物分子的结构、动力学和功能。虽然通过各种实验和计算方法对DNA分子界面水进行了广泛的研究,但由于暴露表面的化学和拓扑的异质性,G-四链体DNA附近的水合模式仍存在争议。本文采用全原子分子动力学模拟方法研究了 G-四链体DNA的水合模式,考虑到水分子靠近DNA表面的电荷极化效应,动力学模拟时采用CHARMM36力场耦合Drude振子极化力场模型。为了分析其水合异质性,我们根据其表面化学以及拓扑结构特点,将G-四链体DNA分为四个区域:磷酸盐基团,凹槽,环的末端1和末端2,对比不同区域的水氢键时间尺度解释水分子的异质性行为。我们从径向分布函数、三维水合密度分布等方面分析了 DNA表面的水合结构。其水合动力学分析主要包括水分子在G-四链体DNA不同结构区域的自扩散速率和定向时间相关性。结果表明,在结构和动力学上,G-四链体DNA表面的水合模式均具有高度的非均质性,分子界面存在明显的异质性,如:在沟槽内存在若干岛状高密度点,沟槽内存在“水脊”;环内的水在很长一段时间内呈异常扩散,而磷酸盐基团和沟槽周围的水在大约30ps后扩散恢复正常。这些本质上对应于深埋的结构性水和与G-四链体DNA的强烈相互作用。考虑到DNA分子的离子效应,我们分别对含有一价离子和二价金属阳离子的两种溶液进行了模拟。在结构和动力学方面,MgCl2溶液和NaCl溶液中水合水的物理性质差异较大,尤其是在沟槽周围和环内,这源于镁离子的静电作用更强。本项目的研究既有助于人们全面理解G-四链体DNA结构及稳定性机制,也为人们设计有效的G-四链体DNA结构稳定剂从而为多种基因疾病的治疗提供新线索和思路。