尿素酰胺水解酶(Urea amidolyase,UA)属于生物素依赖的羧化酶家族,能够将尿素转化为氨,在自然界氮循环中具有重要作用。尿素酰胺水解酶是一种广泛分布于细菌,真菌,藻类和植物中的双功能酶。在UA进行尿素转化时,需要其C端生物素羧化酶(BC)、羧基转移酶(CT)及N端脲基甲酸盐水解酶(AH)结构域间的紧密协同,以实现底物/产物的顺序传递和与相应酶活的联动,从而依次完成生物素羧化、羧基转移至尿素、脲基甲酸盐水解等步骤。有意思的是,虽然同家族的其他成员均通过寡聚体的形式来完成对底物的羧化,但UA的酶活不依赖于寡聚。UC与AH结构域各自的晶体结构已知,但前者仅捕捉到拟羧基转移状态的构象,由于结晶不成功,酶的全长结构仍未解决,因而其整体构架及工作过程中介导结构域间通讯的长程构象变化还不清楚。在前期工作中,我们已经获得了高度均一的乳酸酵母UA(kluyveromyces lactis,KIUA)全酶。本论文首次通过单颗粒透射电镜技术报道了KIUA可溶性同源二聚体形式的整体结构及构象变化形式。无论KIUA是否与配体和底物一起孵育,所解析的结构都代表了一种中间状态,即生物素-羧基载体蛋白(BCCP)结构域在单个单体的BC或CT结构域上交替锚定,这为两个单体之间的协同机制提供可能,并且解释了单个单体其在同源二聚体形式中更有效的活性。此外,我们可以得出结论,BCCP结构域在BC和CT结构域之间摆动以完成生物素的羧化和羧基转移到尿素是最有可能的一种节能和随机易位模式。