金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）是威胁人类健康的四大病原菌之一，在自然界中广泛存在，可以引起局部组织化脓感染、肺炎、心包炎，败血症等疾病，甚至危及生命。由于抗生素不合理使用，导致耐药性金黄色葡萄球菌菌株的产生日新月异。遗憾的是，抗菌药物研究的步伐却远远落后于病原菌耐药性的产生。通过寻找抗菌药物新靶标应对金黄色葡萄球菌的耐药难题已经成为抗菌药物研究的首要目标。　　真正有别于传统抗生素作用机制的抗菌药物作用新靶标寥寥无几。抗菌感染领域内化学生物学方向的靶标验证研究不足，导致候选抗菌靶标严重匮乏。ClpP水解酶在革兰氏阳性致病菌中广泛存在、序列高度保守，可以调控金黄色葡萄球菌的生长、繁殖、毒力、致病力和耐药性等生理功能。研究表明，激活ClpP导致其功能紊乱，表现出抑制细菌生长的表型，独特的作用机制赋予其罕见的抗菌靶标候选性。　　本论文首先综合运用结构生物学和生物化学的实验方法，对ClpP的水解功能的结构基础进行了详细研究。首次解析得到金黄色葡萄球菌ClpPextended、compacted、和compressed三种构象的晶体结构，分别代表酶催化过程的三个阶段。为了深入证明ClpP的构象变化，与分子模拟课题组合作，进行了长达4.9微秒的动态模拟实验，发现下列重要机理:第一、ClpP自组装体能够经历三种构象的自发变化，其中extended和compressed构象分别代表底物招募和产物释放的边缘状态，而compacted构象则代表稳定的中间过渡态。第二、ClpP“分子臂”螺旋的折叠/去折叠的自发运动直接引起了整个十四聚自组装体的动态运动。这些结构方面的基础研究结果有助于更好理解ClpP催化水解功能以及识别底物蛋白质的分子机理。　　在金黄色葡萄球菌ClpP结构与功能研究基础上，本论文探索小分子化合物调控ClpP生物学功能的机制。与药物设计小组合作，虚拟筛选得到苗头化合物:化合物1、31、50、63号，生化实验显示其可以激活ClpP降解casein蛋白，以及胞内底物FtsZ。结合实验验证化合物1可与ClpP水解酶相互作用。尤其值得一提的是，化合物63对金黄色葡萄球菌生长抑制活性表现出ClpP靶标依赖性，预示其在细菌内靶向ClpP调控了与细菌生长相关蛋白，引起细菌生长抑制。　　ClpP自组装体只有在伴侣蛋白或者激活剂存在下才发挥调控细菌蛋白质质量的重要功能。那么启动ClpP功能激活的制约因素是什么？Y63位定点突变后，SaClpP可以不依赖ATPase或者化合物的作用而自激活。细胞水平研究发现，Y63A突变会引起FtsZ降解增多，菌株生长迟缓。晶体学研究表明，SaClpPY63A的构象与“紧实构象”相似，并且N42位的氨基酸残基走向发生了明显的变化，这提示N42位可能在Y63A功能活化中起着重要作用。通过对N42A-Y63A双突变的体外和体内生化功能进行研究分析，进一步阐释了ClpP功能紊乱的分子机制。表型上，N42A-Y63A双突变“持留菌”菌株对抗生素利福平（rifampin）的敏感性显著增强。这些结果揭示了ClpP启动激活水解功能的分子机制，为设计ClpP新骨架结构的小分子紊乱剂提供了新切入点。