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酰基磷酸酶是目前发现的分子量最小的酶蛋白之一，在体外特异性催化酰基磷酸化合物的水解。对脊椎动物的酰基磷酸酶的研究表明，它与许多重要的生物过程相关，如糖酵解途径、细胞凋亡、Na+、K+与Ca2+离子泵调控等。酰基磷酸酶也是目前研究蛋白质折叠、聚合以及在体外形成淀粉纤维状结构机理的重要模式蛋白。
在本论文中，我们以枯草芽孢杆菌酰基磷酸酶（BsAcP）为研究对象，研究酶催化过程中几个重要阶段酶与配基相互作用的分子机理，以及BsAcP构象柔性与酶和配基相互作用的关系。我们解析了BsAcP在自由态、底物类似物（2-oxopropylphosphonate）结合态、产物/抑制剂（磷酸）结合态的溶液结构，并且通过核磁共振方法研究了酶在三种状态下的构象柔性的变化。在此基础上，我们进一步研究了外界环境因素，例如温度、变性剂、pH对BsAcP溶液结构以及酶与配基相互作用的影响。
主要的研究内容如下：
1.应用核磁共振技术研究了BsAcP与抑制剂、酰基磷酸底物和核苷酸底物的相互作用。通过研究我们确定了磷酸根、硫酸根、酰基磷酸底物类似物（2-oxopropylphosphonate）和AMP与BsAcP的结合都是通过酶活性位点GVGFR18序列。以前的研究预测酰基磷酸酶拥有特异性核苷结合位点（在BsAcP中对应KLAGWVK序列），然而在二维1H-15N HSQC谱中，此序列的主链NH信号在滴定AMP时化学位移基本保持不变（△δcomb<0.03）。我们的结果表明BsAcP利用相同的方式结合酰基磷酸底物和核苷酸底物。
2.解析了BsAcP在自由态、底物类似物（2-oxopropylphosphonate）结合态、磷酸结合态的三维溶液结构。自由态溶液结构表明活性位点构象具有无规则三维构象，尤其是Loop1主链重原子的RMSD值达到了2.2 A，表现出很大的结构柔性。随着磷酸的结合，酶活性位点由无规则构象转变为有序构象，说明磷酸的结合对活性位点构象具有稳定作用。在底物类似物结合态，虽然活性位点区构象发生了类似于磷酸结合态的变化，但是它表现出比磷酸结合态更高的构象柔性。在结合BsAcP磷酸结合态晶体结构的基础上，我们描绘了酰基磷酸酶酶催化反应的详细过程。
3.BsAcP在自由态、底物类似物（2-oxopropylphosphonate）结合态、磷酸结合态构象涨落研究。利用BsAcP主链酰胺氢的化学位移随温度变化关系，研究BsAcP结构在不同状态下的构象涨落。结果表明约30％的残基在自由态存在基态与激发态间的构象交换。随着配基的结合，存在构象交换的残基数目及化学位移随温度变化的曲率都会发生改变。活性位点区域残基例如Arg11、Arg18.Asn36和Arg37的曲率随着配基结合而变小，表明配基结合可能导致活性位点区域激发态与基态的自由能差变大，从而使分布在基态的构象更多。
4.pH诱导的BsAcP多构象研究。我们发现在低pH下BsAcP存在两种或多种构象。pH5.3时，至少有40个残基被鉴定出主链NH存在主构象（强峰）与次构象（弱峰）。通过比较1H、15N、13C化学位移以及三维15N-NOESY-HSQC谱，我们发现主构象与次构象之间没有显著的二级结构变化，但是在活性位点附近区域Gly10、Gln13和Arg18有明显构象变化。进一步的研究表明，主构象直接参与和磷酸及底物类似物的结合，次构象不直接参与配基结合。随着主构象与配基结合，次构象逐渐转变为主构象。我们的研究表明配基结合对蛋白构象具有选择性，这种蛋白与底物相互作用的方式为最新提出的构象选择预平衡模型提供了新的实验证据。