蛋白质折叠(protein folding)是生命科学的核心问题之一，深入理解蛋白质折叠机制对阐明细胞生命活动如何正常运作非常关键。分子伴侣(molecularchaperone)辅助的蛋白质折叠是所有生命活动中最基本和最普遍的现象之一。而伴侣素（chaperonin）是分子伴侣中最重要的一类。伴侣素又可分为两个亚型，一型和二型，它们都是一种ATP依赖的协助蛋白折叠的多亚基双环复合物。一型伴侣素中典型的代表GroEL目前已经被广泛和深入地研究，机理相对清楚，争议较小;而二型伴侣素由于其组成和结构的复杂性，目前研究则相对匮乏，在许多方面仍然存在巨大争议。我们在二型伴侣素的组装和热稳定性、底物结合特性、异种亚基结构分化及功能协同性三个方面做了相应的研究。　　 二型伴侣素组装和热稳定性的分子机制并不十分清楚。我们选择了腾冲嗜酸嗜热两面菌（Acidianus tengchongensis）的二型伴侣素ATcpn-α(Acidianustengchongensis chaperoninα)和ATcpn-β(Acidianus tengchongensis chaperoninβ)为研究对象，以阐明其组装和热稳定性的机理。我们发现，ATP或者其类似物的结合而并无需水解，就足以导致二型伴侣素由单体到聚合物的转变以及大大增强聚合物的热稳定性。另外，ATcpn-β的热稳定性显著高于ATcpn-α，而ATcpn-αβ则介于两者之间。冷冻电镜三维重构揭示了ATcpn-α和ATcpn-β柔性末端相互交织在一起的特殊密度。柔性末端的截短或交换实验证明了末端结构对热稳定性的决定性作用，并阐明了末端如何决定二型伴侣素热稳定性。不同pH值下的热稳定性实验证明了电荷相互作用可能是二型伴侣素热稳定性的关键因素。　　 变性底物或初生肽链和二型伴侣素的结合是伴侣素促进的蛋白质折叠中关键的一个步骤。苹果酸脱氢酶是二型伴侣素的一种固有底物，我们利用冷冻电镜三维重构方法研究了盐酸胍变性的苹果酸脱氢酶(GdmCl denatured MDH，gdMDH)和apo状态的ATcpn-β相互结合的复合物结构，这为我们理解二型伴侣素如何捕获和结合其变性蛋白底物提供了重要的结构信息。底物结合的位点有两个，一个位于顶端和盖子结构域，另一个位于赤道结构域。值得注意的是，曾被认为在底物结合中并不重要的盖子结构域实际上很大程度上和底物密度重合。对于一个环而言，gdMDH的单体有三种结合状态:开口处、中央腔体、赤道结构域。对整个双元复合物而言，gdMDH单体或二体程现9种明显不同的结合状态。尤其是腔体中的gdMDH密度几乎和天然状态的单体密度相当。对于一个确定的gdMDH而言，ATcpn-β的多个亚基和多个结合位点参与相互作用;而对一个特定的ATcpn-β而言，gdMDH的单体或二体均可以结合其上。　　 二型伴侣素和一型伴侣素相比更加复杂、分化程度更高。但是二型伴侣素拥有多个不同亚基的深层次原因一直没有被深入的研究。我们用腾冲嗜酸嗜热两面菌来源的ATcpn-α和ATcpn-β为研究对象，系统地回答了这个问题。我们发现只有异聚体才具有显著的ATPase活性和底物促折叠活性，揭示了α和β亚基在异聚体中协同作用的重要性。冷冻电镜和生化实验揭示了ATcpn-α喜好紧凑和ATcpn-β喜好开放构象的典型特征。结构分析表明ATcpn-α和ATcpn-β对应的结构域相互作用界面出现表面电荷的分化。通过交换结构域得到的嵌合体蛋白呈现截然不同的构象状态，这揭示了结构域之间的相互作用改变对结构偏好的显著影响。ATcpn-α，ATcpn-β和ATcpn-β-lidless在不同pH值的环境下的冷冻电镜三维重构研究表明盖子结构域的分化和电荷相互作用的重要影响。异聚体ATcpn-αβ的α和β两种亚基之间的电荷相互作用使得其拥有一种介于ATcpn-α和ATcpn-β的构象状态，这使得异聚体结构柔性更强，从而能够发挥完整的伴侣素功能和适应更多不同蛋白质折叠情况。