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线粒体载体蛋白（Mitochondrial Carrier，MC）家族是一类位于线粒体内膜(Inner Mitochondrial Membrane，IMM)上的同源蛋白，负责代谢产物、核酸以及辅因子的跨线粒体内膜转运，具有重要的生理功能。在这一蛋白家族中，具有ATP转运活性的蛋白包括AAC(ADP/ATP carrier)和SCaMC(Short Ca2+ bindingMitochondrial Carrier)。AAC是主要的ADP/ATP转运蛋白，对于正常的氧化磷酸化非常重要。SCaMC的主要生理功能是通过MgATP/Phosphate(Pi)交换使线粒体摄入或排出MgATP，同时还可以转运ATP、ADP和AMP。因此SCaMC在调控线粒体内腺苷酸(Adenine Nucleotide，AdN)的总量中起着关键的作用。通过调控AdN的总量，SCaMC还可调控一系列依赖于AdN的代谢途径。AAC是六次跨膜螺旋蛋白，具有MC家族蛋白的典型特征。与AAC相比，SCaMC除了具有这些典型特征外，在其N端还有一个能够结合Ca2+的调控结构域。AAC和其抑制剂CATR（carboxyatractyloside）复合物的晶体学研究，以及UCP2(uncoupling protein2)的核磁结构的研究，揭示了MC蛋白的三维结构特征。然而由于转运蛋白与底物相互作用的复杂性和转运蛋白高度动态的特点，我们对MC蛋白的转运机制仍不清楚。相关的问题很难进行有效的探索和解答。 在本论文的工作中，我们采用了NMR技术，对SCaMC和AAC分别进行了研究。在底物转运机制的研究上，我们选择了SCaMC蛋白，利用核磁共振技术和突变体实验研究了其对MgATP选择性的结构基础，鉴定了MgATP在SCaMC中的结合位点，并且发现SCaMC通道内的一个天冬氨酸残基决定了SCaMC对MgATP的高选择性。针对载体蛋白在c state（cytoplasmic state）和mstate(matrix state)两种构象之间相互转换的研究，我们选择了AAC蛋白，通过CPMG等实验，发现AAC在m state和c state之间的构象的变化是不对称的，而ADP和CATR能够分别促进和抑制AAC两种构象之间的转换。这些研究结果，增进了我们对MC蛋白的转运机制的理解，为NMR技术在跨膜转运蛋白的研究提供了新的思路。