G蛋白偶联受体(GPCRs)是一大类膜蛋白受体的统称,构成最大的药物靶标蛋白家族。在GPCR激活时,活化的GPCR通常与异源三聚体G蛋白形成复合物,G蛋白随后可被arrestin取代并诱导GPCR-arrestin复合物的内化。据报道,水分子在GPCR的激活中发挥作用,然而,目前的研究主要集中在疏水的螺旋束区域,水分子如何在GPCR偏向性激活(结合G蛋白或arrestin)中起作用,目前还鲜有研究。为了解决这一问题,本文对GPCR-G蛋白复合物和GPCR-arrestin复合物中的水分子进行了计算研究,包括视紫红质受体(Rhodopsin)、M2型毒蕈碱受体(M_2R)、神经降压素受体1(NTSR1)、β1肾上腺素受体(β_1AR)。本研究结合分子动力学模拟方法对G蛋白激活通路以及arrestin激活路径激活的Rhodopsin、M_2R、NTSR1、β_1AR的水分子进行了系统性研究,整internal medicine体分析了水分子的状态,依据水分子的分布特点创造性的提出了功能水化位点的概念。通过网格分析算法分别探测了两种激活路径激活的Rhodopsin、M_2R、NTSR1、β_1AR的水化位点并确定了水化位点的位置与数量。同时通过非均匀流体理论(IFT)评估了这些水化位点的热力学特征并计算了水分子的结合自由能。本文主要选取了GPCR与信号蛋白的结合界面、保守基序NPxx Y、GPCR与药物结合口袋界面等重要结构域,深入的解析了水分子在GPCR结构稳购买Tofacitinib定性、激活通路中的功能和作用以及与小分子药物结合等研究方向中的重要作用。研究发现,水分子主要分布在信号蛋白结合界面和正构结合位点附近,在NPxx Y附近只有几个水与保守残基连接。在信号蛋白与GPCR的接触面,经G蛋白激活的Rhodopsin、M_2R、NTSR1与arrestin路径点击此处激活的Rhodopsin、M_2R、NTSR1相比,显示了结合能力更强的水分子并展示了更多的水介导的氢键网络。但是,与G蛋白激活的β_1AR相比,arrestin激活路径激活的β_1AR接触面附近探测到更多的水分子,并形成了丰富的氢键网络。通过分析发现,GPCRs与信号蛋白相互作用表面的水分子数量与G蛋白的α5螺旋以及arrestin的“Finger Loop”结构在GPCRs中的插入深度相关。此外,本研究发现的水分子介导的相互作用网络遍布GPCR与信号蛋白的结合界面、NPxx Y区域和正构位点区域,这可能是GPCR激活的关键。本项研究所获得的新见解不仅在结果上助力低毒高效的G蛋白偏向性GPCR激动剂的设计与开发,并且在方法上提供了全新的针对靶点-配体相互作用的精准评估策略。