蛋白质的可逆磷酸化能够调控细胞诸多生理功能。在真核生物中,蛋白可逆磷酸化由蛋白激酶和磷酸酶来实现;而在原核生物中,存在三类蛋白磷酸化体系——经典的ATP依赖的蛋白激酶和磷酸酶系统、二元调控系统和磷酸转移系统。本论文的主体部分以人类蛋白激酶Rsk1和腾冲热泉菌甘露糖磷酸转移系统为研究对象,通过对这些蛋白三维结构的解析,了解其活性调节机制、磷酸转移机制和蛋白识别机制。　　 人类蛋白激酶Rsk家族含有四个成员,是Ras-MAPK信号通路的下游蛋白,被Erk1/2所激活,活化的Rsk能够调控细胞增殖、生长、存活和运动等一系列生理过程。Rsk1含有两个不同的激酶结构域,一个是N端激酶结构域,一个是C端激酶结构域。Rsk1 N端激酶结构域属于AGC蛋白激酶家族,其功能是磷酸化下游底物蛋白;而Rsk1 C端激酶结构域属于CaMKs蛋白激酶家族,与Rsk1的自身磷酸化紧密相关。生化研究表明失活的Rsk1可能处于一种自抑制构象,但是其机制尚不明晰。Rsk1结构的解析能够为机制的阐明提供结构基础。　　 本文通过分子置换解析了人类蛋白激酶Rsk1 C端激酶结构域2.7 A分辨率的结构。Rsk1 C端激酶结构域是经典的蛋白激酶折叠模式,包含一个N端亚结构域和一个C端亚结构域。Rsk1 C端激酶结构域的C末端形成了一段αL螺旋。这一αL螺旋插入回蛋白激酶C端亚结构域中,导致其T-loop处于一种极度外延的构象,同时使得αD螺旋发生位置偏移,使得蛋白激酶处于一种自抑制构象。　　 细菌能够利用磷酸转移系统(PTS)获取胞外碳水化合物并实现其磷酸化。细菌磷酸转移系统由三个基本组分组成,即EI、HPr和EⅡ。EI可以获取磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸,随后将磷酸转移给HPr,HPr把磷酸依次转移给EⅡ的A亚基、B亚基,最后转移给相应的糖分子,生成磷酸化糖。细菌中一般含有多套磷酸转移系统,这些系统共用EI和HPr,但是拥有独自的EⅡ。腾冲热泉菌含有十余套磷酸转移系统,能够特异地转运葡萄糖、甘露糖、果糖、乳糖、甘露醇等多种不同糖类。腾冲热泉菌甘露糖磷酸转移系统的EⅡ含有四个亚基,其中ManxA和ManxB在胞内,负责磷酸转移,而ManxY和ManxZ是膜蛋白,负责甘露糖的转运。　　 本文解析了腾冲热泉菌甘露糖磷酸转移系统HPrapo、ManxA和ManxB高分辨率晶体结构。这些结构的解析揭示了这些蛋白活性位点的共性与差异,深化了我们对蛋白磷酸转移机理认识。本文还构建了HPr-ManxA和ManxA-ManxB复合体的结构模型,提出了磷酸转移的机制,揭示了这些蛋白特异性识别的结构基础。　　 本文还解析了腾冲热泉菌C端带有His6标签的HPrCHis单体和二聚体的结构,发现HPrCHis可以通过N端域交换实现二聚化。进一步的研究发现,温度对蛋白HPrCHis寡聚化有重要影响,在高温下蛋白二聚体会解聚为单体,而且解聚速率随温度升高而增大。这为进一步研究HPrCHis蛋白域交换机制和寡聚化机制奠定了基础。