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超氧化物歧化酶(SOD)是一类能在体内清除氧自由基的金属酶，是细胞抗氧化酶系统中的一个重要成员，在生命体内广泛存在。按照金属辅基的类型，SOD分为四种：Cu，Zn-SOD，Fe-SOD，Mn-SOD和Ni-SOD。嗜热菌来源的Fe-SOD是研究酶的进化和嗜热蛋白结构稳定性机制的模式蛋白，同时也具有广阔的工业应用前景。Tcsod基因是我所杨克迁研究员实验室从我国云南腾冲热泉免培养文库中筛选得到的一个新的sod基因。本文的研究对象TcSOD是Tcsod基因在大肠杆菌中重组表达得到的一种耐热性很高的Fe-SOD，具有紧密的四聚体结构。TcSOD与一种已报道的嗜热菌(Aquifex pyrophilus)来源的Fe-SOD序列同源性达到86％，后者的晶体结构已有报道。
我们利用各种生物化学和生物物理手段研究了TcSOD在变性剂作用下的失活、去折叠和再折叠过程，观察到折叠过程中出现了具有部分结构的稳定中间体，还可能出现了一个不稳定的四聚体中间体。我们用吉布斯自由能变化定量分析了TcSOD的结构稳定性来源，发现它紧密的四聚体结构对整个蛋白分子的稳定性起主要作用。
同源建模结果表明，TcSOD中众多数目的离子对和相对较小的溶剂可接触表面积可能是它高耐热性的来源。我们通过定点突变研究了几个重要离子对对TcSOD酶活及结构的影响，重点研究了是C端最后10个氨基酸的截短给TcSOD的结构稳定性带来的影响。结果表明：特定的单个离子对对TcSOD的热稳定性影响有差异，应该是众多离子对的累积效应造成了TcSOD的高稳定性；C端形成的最后两圈螺旋结构对TcSOD的单体和四聚体的稳定性都有贡献，相比之下，对稳定单体的作用更为显著；同时这段结构也有利于TcSOD在溶液中形成更大的寡聚体，推测TcSOD大寡聚体的形成可能与它高温下的稳定性有关。另外，我们观察到TcSOD在高温时的一些构象变化，推测这与它在高温时形成最适构象和发挥最适活性有关。
Fe离子对TcSOD的酶活和结构稳定性非常重要。我们对比研究了以下四种蛋白的结构与功能：WT，apo-SOD(去金属的TcSOD)，re-SOD(apo-SOD体外加铁得到的Fe离子重置后的蛋白)和H166A突变体(金属结合位点之一被破坏的突变体)。结果表明TcSOD中Fe离子的含量与酶活直接相关，但在一定范围内并没有影响酶的耐热性。去除Fe离子后的TcSOD表现出比WT较低的稳定性，容易发生不规则聚集。热力学参数的计算结果表明，Fe离子的存在与否同时影响TcSOD的四级结构和单体稳定性，但对它结构稳定性的作用并不是至关重要的。相比之下，H166-E165这个离子对对TcSOD维持稳定的四聚体具有更大的作用。