生命的起源是当前最关注的交叉学科研究领域之一,自组装、自复制、手性、生物节律、非线性与系统化学、遗传信息和神经信号作为分支方向支撑其发展。目前关于生命起源的理论研究有很多,如原始汤理论、RNA世界理论、XNA世界理论等起源唯一论和多肽-RNA世界共生起源学说理论。这些学说支持的生物分子理论各不相同,但也都达成一个共识,即生命起源的过程是从地球上的无机小分子进化成有机大分子,然后组装成层次结构不断增加的生物大分子和超分子低聚物,呈现原始生命形式的复杂模式和结构。此过程与原始地球的环境密切相关,环境中的离子浓度（包括pH）、温度的梯度等都可以作为早期在无酶条件下生物分子进化的驱动力。从对生命特征的认识而言单一的聚合物不可能执行所有生命必需过程,起源唯一论的想法逐渐被多肽-RNA共同进化理论所取代。多肽分子可以通过静电作用、氢键或者共价键与RNA末端缩合成核酸片段,增加生物分子结合的活性位点,产生更多更复杂的有机反应;多肽分子还可以通过α-螺旋结构与DNA结合并充当转录调节剂,微调多肽分子的螺旋结构会产生一个复杂的调控蛋白系统。因此本文选取多肽为研究对象,聚焦生命前时期（益生元）非平衡条件下无机非线性化学反应体系与多肽分子的相互作用及引起的生物效应,包括驱动自组装和仿生节律调制。触发型的自组装是多肽自组装的主要实现形式之一,是通过改变外界的环境如离子浓度、pH、温度等引发多肽分子中某些对应响应基团发生的自组装。本文首先根据α-螺旋结构活性位点的质子化和去质子化特点设计出两种具有pH响应性的多肽:含硫酯八肽和含e/g位氨基酸活性羧基十八肽,这两种多肽pH响应性的驱动力是静电作用;没有端基且不含活性位点的三肽（谷胱甘肽）也具有良好的pH响应性,通过分子动力学模拟定义在酸性/碱性条件下不同空间位阻的原子,利用径向分布函数计算形成分子内氢键数目的概率,得到了碱性条件下形成分子内氢键的数目是酸性条件下的两倍,三肽pH响应性的驱动力是分子内氢键。乳化实验和水分离实验显示三肽在碱性条件下（pH为8-12）乳化效果和界面性质优于酸性条件（pH为2-6）,使得三肽可以作为离子响应型表面活性剂应用于生物型表面活性剂的领域。设计的多肽具有pH响应性,因此要使多肽进行自组装必须要有能提供持续性pH值变化的驱动力。本文立足于原始地球上没有任何酶存在的情形,环境中的pH梯度可以作为提供驱动力引发多肽分子进行自组装,无机化学中的pH振荡可以很好的提供周期性的pH梯度。溴酸盐在pH梯度为3-7时反应速率常数较小具有较为温和的氧化性,结合早期地球上大量存在的硫化阴离子（亚硫酸盐）,溴酸盐亚硫酸盐体系是一个准生物相容的化学振荡体系。本文选取溴酸盐-亚硫酸盐振荡体系为对象,通过实验探究、机理分析和数值模拟相结合的方法系统地研究了溴酸盐-亚硫酸盐体系（BS）及其衍生的溴酸盐-亚硫酸盐-一水合硫酸锰体系（BSM）、溴酸盐-亚硫酸盐-三水合亚铁氰化钾体系（BSF）和溴酸盐-亚硫酸盐-碳酸氢钠体系（BSB）的pH振荡行为。实验发现BSB体系是一个适用的体系,它不但保持了原来BS体系的准生物相容性,而且可以通过调节HCO3-浓度使振荡周期缩短3-6倍。将多肽放入BSB体系后,通过圆二色光谱仪检测出多肽发生了周期性的自组装。所以说优化后的溴酸盐-亚硫酸盐-碳酸氢钠的无气泡流动反应系统可以作为准生物相容的无机非线性体系驱动多肽进行自组装。pH振荡不仅实现了驱动多肽结构的周期性自组装,而且不同结构的多肽对体系也有不同的调制作用。在BSB振荡体系中,八肽的端基酯基会水解变成乙硫醇与溴酸盐反应,这相当于引入了新的负反馈,加强了体系的负反馈使振荡周期缩短;十八肽中活性位点的e/g位上氨基酸的羧基会释放出质子减弱负反馈,导致体系的振荡周期变长;而三肽没有端基且不含活性位点,不参与体系的反应,对体系也没有调制作用。这样可以通过改变八肽十八肽的浓度实现振荡周期的调制,进一步说,可将准生物相容体系产生的pH振荡类比为生物体内的内源性节律使得仿生节律的频率和振幅通过多肽类的药物实现了调制。本论文展示了优化的非平衡化学pH振荡可用于在两种不同构象之间切换pH敏感肽,实现了通过模拟益生元原始汤无机反应振荡和涨落导致的多肽分子自组装和节律形成,丰富了生命化学起源研究的认识。同时表明肽试剂对化学时钟周期调节的作用与药物对人体生物钟的作用相似,可以促进药物诱导动力学疾病治疗的研究。该论文有图84幅,表15个,参考文献228篇。