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摘要植物体内碳水化合物的代谢调控影响植物的生长与发育。本论文分为两部分，研究了植物体内两个调控酶的结构与功能:丙酮酸磷酸二激酶调节蛋白(PDRP)和草酰辅酶A(CoA)合成酶。<br>　　丙酮酸磷酸二激酶(PPDK)是C4途径中一个重要的限速酶，它可以催化丙酮酸生成碳酸氢根(HCO3-)受体——磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)。PPDK广泛存在于多种生物体中，催化丙酮酸与PEP的相互转化。PDRP可以通过对PPDK活性位点苏氨酸(Thr)的可逆磷酸化调控PPDK的活性。PDRP可以发挥二磷酸腺苷(ADP)依赖的生成一磷酸腺苷(AMP)的激酶活性，催化PPDK-Thr磷酸化;也可以发挥无机磷酸根(Pi)依赖的生成焦磷酸(PPi)的磷酸酶活性，催化PPDK-Thr-P去磷酸化。PDRP与其他蛋白激酶或磷酸酶没有明显的序列相似性，其行使双功能酶活性的分子机制和底物特异性的结构基础还不明确。为此，我们解析了来源于腾冲嗜热菌的PDRP(TtPDRP)在apo、结合ADP、结合AMP和结合Pi状态下的晶体结构，测定了TtPDRP野生型及突变体的亲合力和酶活性，并检测了玉米PDRP(ZmPDRP)野生型及突变体（与TtPDRP中的突变位点一致）的酶活性，通过对文献数据和实验结果进行分析，得到了以下结论:(1)确认了PDRP的两种酶活性发生在羧基末端结构域(CTD)的同一活性位点;(2)PDRP的CTD内存在3个酶活性关键元素:P-loop，AB-loop和lid区域;(3)PDRP的lid区域灵活性高，与底物选择密切相关。这些结果将加深对PDRP底物选择及催化机制的理解，为更有效的提高植物光合作用效率提供理论基础。<br>　　草酸是最小的二羧酸，广泛存在于所有植物物种中。它是植物体内常见的代谢产物，过多积累对植物有害。因此，需要适当降解草酸。植物中存在两条草酸降解途径:通过草酸氧化酶降解和通过草酸脱羧反应降解。草酰CoA合成酶是第二条降解途径的启始酶，在拟南芥中被鉴定为由酰基活化酶3(AAE3)基因编码的蛋白。AAE3属于酰基CoA合成酶家族，在拟南芥中该家族由六个支系组成，不同分支间的整体序列几乎没有相同之处，且有明显的底物特异性。为了阐明AAE3的底物特异性和催化机制，我们解析了来源于拟南芥的AAE3(AtAAE3)处于酰基形成构象的3个晶体结构:apo、结合ATP及同时结合草酸和AMP的结构，测定了野生型及突变体AtAAE3的酶活性和亲合力。通过结构分析和突变实验，揭示了AtAAE3底物特异性的结构基础和参与底物结合的关键残基。通过对比3个酰基形成构象的AtAAE3晶体结构及硫酯形成构象的AtAAE3的结构模型，揭示了催化过程中P-loop的构象变化及随后形成的产物释放通道。这些新的发现将大大推进对草酸脱羧反应、植物不同支系酰基CoA合成酶的底物特异性及催化机制的理解。