天然无折叠蛋白不能形成稳定的三级结构，但它们在生物体内扮演了重要的角色，而目前尚缺乏有效的方法对其进行结构进行解析和研究。通过本课题的研究，我们建立了一套基于溶液PRE解析这类蛋白在溶液中的系综构象的方法。主要内容包括：开发合成了一种全新的用于溶液PRE研究的顺磁探针，该探针可以有效的避免传统的溶液PRE探针由于配位水与蛋白质氢原子发生交换从而对实验结果造成很大偏差的问题；发展了一种基于蛋白质结构精确计算溶液PRE的理论方法并实现程序化；发展了一种应用分子动力学模拟对天然无折叠蛋白的结构进行采样并结合实验值进行结构挑选的方法。应用我们建立的新方法，对HIV P6蛋白、泛素蛋白、QBP等蛋白在溶液中的系综构象进行了准确的表征。我们发现了泛素分子单体在溶液中的动态变化，解析了泛素分子单体在溶液中存在的非共价二聚结构；揭示了K63连接的泛素二聚体在溶液中的动态构象及功能执行机制；利用新合成的PRE探针，我们检测到了KD ≈ 25 mM的蛋白质相互作用，并成功解析出了该复合体的原子分辨率结构；结合PRE实验和全原子分子动力学模拟，我们检测到了QBP蛋白loop区构象的细微变化，并证明该变化与配体的解离相关。这些结果提示，我们建立的方法可以广泛的应用于溶液中蛋白质（包括天然无折叠蛋白）的动态结构解析，推动人们对这些不能为晶体学及传统结构生物学技术所解析的蛋白的结构功能研究。在本项目的资助下，我们共发表论文3篇，另有3篇SCI论文已经修回、撰写与审稿中。申请国家发明专利一项（专利申请号：201310503539.4），另有2项专利申请书在撰写中。