囊泡运输(vesicle trafficking)是真核细胞所特有的物质运输方式，对维持细胞稳态至关重要。囊泡的形成涉及到包被蛋白(coatproteins)的招募和组装。COPⅠ小泡介导从顺面高尔基体网状区(cis Golgi network，CGN)到内质网(endoplasmicreticulum，ER)以及高尔基体囊膜内部之间的物质运输。在被招募到高尔基体膜上之前，COPⅠ小泡的包被复合物在溶液中预组装成为一个异源七聚体，称为包被蛋白复合物(coatomer)。　　Coatomer具有膜上和溶液中两种构象，其中，溶液状态的coatomer具有多变的构象，阻碍了其三维结构的解析工作。结合在膜上并组装形成COPⅠ包被之后，coatomer动态的构象能够得到稳定。COPⅠ小泡的包被结构展示了coatomer在膜上完成组装之后的三维构象，同时还揭示了一个与其他两种囊泡（网格蛋白小泡CCVs和COPⅡ小泡）完全不同的包被形式。Coatomer从溶液中构象是如何转变为膜上包被中构象的，其中的机制并不明确。　　为了研究coatomer溶液状态下的三维结构，从而解释coatomer的构象变化以及COPⅠ形成的分子机制。本论文以人源coatomer作为研究对象，利用昆虫细胞-杆状病毒表达体系，成功表达并纯化得到了高纯度的、组装正确且完整的coatomer异源七聚体蛋白复合物。通过体外高尔基体、脂质体结合实验，小泡重建实验验证了重组表达的人源coatomer具有在体外形成COPⅠ小泡的功能。　　我们利用电子显微镜三维重构技术来研究coatomer在溶液状态下的三维结构。针对构象不均一的问题，我们采用了1）电子显微镜负染色技术来提高信噪比、2）利用电子断层三维重构建立初始模型、3）迭代三维分类筛选相对稳定的颗粒、4）局部分类(focused classification)等方法，最终得到一个19埃分辨率的三维结构。通过对已有原子模型的匹配和结构分析，发现coatomer的两个亚复合物（αβε-COP和βδ/γζ-COP）主体部分的三维结构分别与其在膜上的结构非常类似，但是在溶液中两个亚复合物之间存在相对运动，这种相对运动是其构象多变的来源。　　为了验证这个结论，我们进一步对溶液状态的coatomer进行了化学交联-质谱联合分析。用鉴定到的交联氨基酸对，对各种不同的结构模型进行氨基酸间距离的测量和分析，发现膜上的结构模型可以很好的匹配溶液中交联对的距离信息。从侧面进一步支持了三维重构的结果。　　此外，我们还对coatomer在溶液中发生自聚的现象进行了研究，鉴定到了二聚体和三聚体形式的coatomer。它们只在交联条件下被检测到，说明溶液状态在能量上不利于形成寡聚形式的coatomer。而在膜上有Arf1-GTP的情况下，coatomer倾向于形成高聚形式。这就进一步印证了Arf1结合以及膜结合能够稳定coatomer两个亚复合物之间的相对运动。　　综上，本论文解析了coatomer在溶液状态下的三维结构，结合交联-质谱、体外小泡重建、寡聚物分析等生化实验数据，揭示了coatomer的构象变化及其在COPⅠ小泡形成中的作用。另外，通过研究在形成COPⅠ小泡过程中Arf1-GTP、ArfGAP1以及膜脂成分胆固醇等因素的影响，揭示了COPⅠ小泡形成及调节过程的复杂性。