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集胞藻PCC6803（Synechocystis sp.strain PCC 6803）中的砷酸还原酶（SynArsC）属于硫氧还蛋白(Thioredoxin，Trx)和谷氧还蛋白(Glutaredoxin，Grx)杂联(Hybrid)的砷酸还原酶家族，在砷酸盐解毒过程中扮演重要角色。一方面，SynArsC与Trx偶联的砷酸还原酶家族具有较高的序列一致性(Sequence identity);另一方面，SynArsC与Grx偶联的砷酸还原酶家族具有类似的电子传递系统，显示出Trx和Grx杂联的特性。因此，SynArsC具有其独特的催化机理。 本论文以SynArsC为研究对象，进行了溶液结构解析及动力学性质分析等一系列研究;提出了SynArsC处于还原初始态下的催化机理，对原有的催化机理做了修正和补充;对SynArsC在溶液中不同状态的空间三维结构和主链动力学性质进行了研究比较，分析了SynArsC催化的结构和动力学基础，并对SynArsC两种不同初始态下的催化机理进行了探讨。 论文工作主要分为三个部分: 一、催化机理研究:利用高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光光谱(HPLC-HG-AFS)对SynArsC野生型及六个半胱氨酸残基突变体(C8S、C13S、C35S、C80S、C82S和C13S-C35S-C82S)与砷酸盐反应中的砷元素形态进行了分析，对SynArsC五个半胱氨酸残基均处于还原态下的机理进行了研究，对已有的催化机理做了修正和补充。 二、溶液结构研究:利用液相核磁共振技术分别解析了SynArsC还原态（Re-SynArsC）、底物类似物结合态（Pi-SynArsC）和反应中间态(In-SynArsC)等三个不同状态下的溶液结构，对SynArsC从底物结合到第一对分子内二硫键形成过程中的构象变化有了清晰的认识。结构分析表明，SynArsC不同状态下的整体结构相似，局部区域则表现出明显区别，尤其是Cys80-Gly83一段无规卷曲(loop)结构在三个状态中发生了较大的构象变化，为底物的结合、酶与底物的反应和最后产物的释放提供了一个变化的反应空间，以利于酶促反应的进行;另外，SynArsC的溶液结构与Trx偶联的砷酸还原酶家族具有较高相似性，而二者在催化区域表现出的差异则可能是Trx不能有效识别并还原SynArsC的结构根源。这些结构差异为深入理解SynArsC的催化机理提供了分子水平的信息。 三、主链动力学研究:利用液相核磁共振方法研究了SynArsC还原态(Re-SynArsC)和底物类似物结合态(Pi-SynArsC)主链15N原子的动力学性质。结果表明:首先，磷酸盐作为砷酸盐的底物类似物，对SynArsC的整体结构尤其是P-loop区域具有明显的稳定作用;其次，Cys80和Cys82所在催化区域在两种状态下均表现为同时具有皮秒到纳秒时间尺度的内部运动和微秒到毫秒时间尺度的构象交换，这种动力学特性可能与底物结合或蛋白相互作用相关;同时，通过与Trx偶联的枯草芽孢杆菌中砷酸还原酶（BsArsC）动力学性质的比较，发现二者在催化区域具有明显的动力学差异，这种差异可能是Trx不能识别并还原SynArsC的又一原因。