RNA分子是一种重要的生物大分子,它结构多样、功能丰富,参与了生物遗传信息的保存、复制、表达、调控等各个方面。RNA分子实现其生命功能与RNA分子的二级结构密切相关,同一RNA分子在不同结构时发挥不同生物功能；同时,RNA分子发挥生物功能的结构常常并不是能量最稳定的结构,而是与其折叠过程密切相关的中间构型。因此,探索RNA从基因序列到形成二级结构的折叠过程及结构之间的相互转化,发展研究折叠过程的动力学计算方法成为RNA研究的重要内容之一本文对RNA折叠及转录折叠的动力学、核糖开关的调控机制进行了研究,主要研究内容如下：1.建立了自由能曲面结合主方程的RNA折叠动力学方法RNA折叠的关键是形成RNA双螺旋,根据其自由能曲面,双螺旋的形成可看做成核成长过程：一旦双螺旋最初的几个碱基对形成后,RNA将快速形成完整的双螺旋结构。因此可以将RNA分子双螺旋结构看做折叠中的基本结构单元。这种方法可以显著减少RNA构型空间中的结构数量,大大提高计算效率,使得对于RNA长链分子的折叠动力学计算成为可能。根据RNA二级结构的自由能曲面,我们得到二级结构之间相互转换的主要路径为形成/断开/交换一段双螺旋,并提出了这三种路径转换速率的计算方法。通过与传统主方程折叠动力学计算方法验证比较,结果表明我们的计算方法是准确可靠的。双螺旋之间的交换是依赖隧道路径来实现的。隧道路径跨越的势垒较低,具有较快的转变速率,在RNA二级结构的转变过程中起到了重要的作用。对于一个长链核酸分子的纳米开关系统,该方法的计算结果与实验结果定量上一致。我们的方法可以有效的预测不同结构的折叠速率与几率分配,不同转变路径的速率大小,以及折叠过程中天然态与中间态之间的竞争关系。2.发展了转录折叠动力学计算方法RNA分子在转录过程中每合成一个核苷酸,新合成的核苷酸就能参与长链的折叠过程。这种一边转录一边折叠的方式成为转录折叠。我们发展了转录过程中自由能曲面结合主方程的转录折叠动力学方法,用来预测转录折叠问题。该方法将转录过程分为若干步,每一步为RNA分子合成一个核苷酸的过程。在每一步中,我们首先采用折叠动力学计算方法求解得到不同结构及它们之间的转变通道与速率大小,然后建立该碱基转录前后结构的演化关系,再求解主方程得到该步所有结构的分布。按照转录顺序整合所有步骤的计算结果,就可以得到整个转录过程中的折叠动力学信息,包含临时结构的出现与转变,结构之间的竞争,最终的折叠产物分配等等。转录过程中的折叠行为显示出许多与完整展开链折叠行为不同的特点。转录速率与二级结构转变速率之间存在复杂的竞争关系,这种竞争关系决定了不同转变路径发挥作用的大小,从而决定了最终的折叠产物。如转录速率较快时,系统倾向于形成并列的发夹结构,而不倾向于形成首尾相连的发夹结构；又比如相较于完整展开链的折叠,转录过程可能会更有利于天然结构的形成。我们的计算结果与相关实验结果符合很好,证明我们的方法可以对转录折叠问题提供良好的定量预测。3.研究了核糖开关动力学调控机制核糖开关是一类重要的非编码RNA基因调控系统。通过与环境中小分子配体的相互作用,RNA分子能够形成两种不同的构型,分别对基因表达产生抑制与激活两种效果,于是被称为核糖开关。核糖开关的结构分为受体单元与表达单元两个部分,受体单元能够与配体分子结合,而表达单元可以影响基因表达。配体分子与核糖开关受体单元结合后,会引起表达单元的结构变化,从而调控基因的表达或翻译过程。addA和pbuE是两类重要的核糖开关系统。实验发现,这两类结构相似的核糖开关分子表现出完全不同的折叠行为：完整长度的pbuE核糖开关在转录完成之后很难和配体分子结合。而完整长度的addA分子在转录完成后很容易和配体分子结合。我们的计算表明,pbuE在转录过程中,受体单元所形成的结合构型仅仅是临时出现的中间结构,很快被其他的二级结构所取代。结合构型存在的时间窗口很短,不足以使RNA分子与配体分子结合,核糖开关要与配体结合必须在转录过程中存在转录暂停。而addA在转录完成后,结合构型仍然会具有很高的占据比例,从中间结构向天然结构的转变较难发生。这一发现能够很好的解释实验现象。