分子进化是从分子水平上追溯生物演变的轨迹,重建其类缘关系。从结构的角度来探讨分子进化的问题近年来逐渐受到人们的关注。 碳酸酐酶（Carbonic Anhydrase, CA）广泛分布于自然界,是一种很古老的含锌金属酶,双向催化二氧化碳的可逆水合反应,与人类健康密切相关,具有重要的生理作用,其不同的同工酶已成为不同疾病的重要靶点。 考虑到蛋白质结构在分子进化过程中表现得比序列更为保守,因此能提供更为详细的进化信息。因此,本文首先探讨了α,β和γ三类碳酸酐酶的结构进化,其中包括进化机制、药物设计信息和分类信息等。这主要是通过对各类碳酸酐酶结构域结构进行多重结构比对,构建结构系统树;根据结构系统树,利用结构QR算法（QR factorization）构建非冗余结构数据集;利用非冗余结构数据集对蛋白质数据库进行blast搜索,从而引入序列相似性较高的同源序列;在剔除同源序列结构域以外的序列部分后,用序列QR算法来构建同源序列的非冗余数据集。以非冗余结构数据集的结构比对结果来引导同源序列的非冗余数据集的多重序列比对,从而构建非冗余结构数据集的结构系统树和非冗余同源序列数据集基于结构的系统发育树,完成各类碳酸酐酶基于结构的系统发育重建。 同样从分子进化的角度,基于分子钟假设检验探讨了细胞培养对中国红豆杉细胞18S rRNA基因的影响。最后利用分子对接技术,基于两种青光眼药物对结构进化的功能类群进行了验证。 本文结论如下: （1）γ-CA处于一个结构同源性较低的远缘超家族;α-CA则是一个从序列到结构都很保守的超家族,具有很高的结构同源性;β-CA超家族的结构同源性位于二者之间,比α-CA的结构更分化,比γ-CA的结构保守。 （2）结构、序列和功能具有密切的进化关系,为碳酸酐酶的活性改造和药物设计提供了理论基础。蛋白质结构对其功能的保持非常重要,但在满足特定结构的前提下,一些关键残基的存在,才是蛋白质功能得以实现的重要因素。 （3）不同碳酸酐酶的结构具有独特的进化保守性和特异性结构区域,为碳酸酐酶的活性改造和药物设计提供了重要线索。 功能活性的差异在于保守区域的关键残基的变化,结构特异性区域主要在疏水结构部分。通过不同残基的取代可以改变其活性,而根据特异性结构也可以设计具有高度专一性的药物。 （4）γ-CA的进化机制可能是:在进化早期通过基因复制事件形成金属络合结构,后来受到环境的压力,发生结构趋异事件,逐渐形成质子转移结构,才具备高效的催化活性。 （5）为CsoSCA作为β-CA的一个新亚类提供了有力的证据。 （6）细胞培养能在种的水平影响保守的18S rRNA基因进化,使得HG-1和Taxus chinensis的分歧时间相差约7Ma。