腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）是异源三聚体,广泛存在于真核生物中,是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。腺苷酸活化蛋白激酶被称为“细胞能量传感器”,能够协调细胞和整体的能量平衡状态。腺苷酸活化蛋白激酶是由一个催化亚基（α亚基）和两个调节亚基（p亚基和γ亚基）组成。催化亚基有两种亚型（α1和α2）,调节亚基共有五中亚型（p1、β2、γ1、γ2和γ3）,可以组成12种异构酶在不同的组织器官（脑、心脏和肌肉等）中发挥调节作用。催化亚基由N末端丝氨酸/苏氨酸激活结构域,自动抑制结构域,和C末端的亚单位结合结构域。p亚基像一个支架,由C末端把α和γ亚基连接起来,N末端为豆蔻酰化区域,之后为功能性糖源结合结构域。Y亚基有四个串行重复的胱硫醚p-合酶结构域组成,结合AMP、ADP、ATP以调节腺苷酸活化蛋白激酶的活性。腺苷酸活化蛋白激酶的活性主要受细胞内AMP/ATP比值的升高的调节。目前至少有三种上游激酶可以活化腺苷酸活化蛋白激酶,分别为肿瘤性抑制激酶（LKB1）、TGF-β活化激酶-1（TAK1）和钙调蛋白依赖性蛋白激酶激酶（CaMKK）。LKB1可以直接磷酸化腺苷酸活化蛋白激酶催化亚基上的172位的苏氨酸而激活腺苷酸活化蛋白激酶,CaMKK对于172位的苏氨酸的磷酸化不依赖于AMP浓度的升高,而是通过增高钙离子的浓度从而激活腺苷酸活化蛋白激酶。目前的研究认为,AMP通过结合腺苷酸活化蛋白激酶的γ亚基引起腺苷酸活化蛋白激酶的构象改变,直接增加酶的活性,或者使其构想变得更利于腺苷酸活化蛋白激酶激酶对其磷酸化,从而增加腺苷酸活化蛋白激酶活性。激活腺苷酸活化蛋白激酶,一方面会开启生成ATP的分解代谢途径,另一方面会关闭消耗ATP的合成代谢途径,进而调节机体的能量代谢,维持能量的供求平衡。随着研究的深入发现腺苷酸活化蛋白激酶在碳水化合物和脂类代谢,肿瘤细胞的生长,基因转录及蛋白合成中有重要的调节作用。因此,腺苷酸活化蛋白激酶成为一种重要的药理性的靶标,用于研究治疗糖尿病,肥胖症和癌症。尽管腺苷酸活化蛋白激酶在代谢综合征和癌症中有重要的作用,然而腺苷酸活化蛋白激酶的变构调节机制尚不完全清楚。阐明这些机制的主要障碍是缺少结合AMP,ATP或糖原的高分辨率结构。另外,关于自动抑制结构域（AID）的结合抑制作用的调节机制,目前也不是很清楚。要了解AID的抑制调节机制,需要对于AID结合催化结构域（KD）的结构有详细的了解。至今,只有酵母（S.pombe）具有处于抑制、失活状态的催化结构域和相连的自动抑制结构域（KD-AID）的结构来阐明自动抑制结构域（AID）可以结合到催化结构域（KD）进而抑制KD的活性,并且AID在AMP变构激活AMPK复合物中具有重要的作用。然而,从AID序列比对中,发现人源和酵母的AID具有很低的序列保守性。因而不知人源AID是否具有和酵母AID相同的结构和抑制功能。因此,为了阐述这一问题,我们对于获得人源催化亚基中催化结构域和自动抑制结构域的结构信息具有很大的兴趣。对于人源催化结构域和相连的自动抑制结构域,即KD-AID,我们尝试表达和结晶了不同片段长度的KD-AID以及其突变体。最后,我们获得了含有K43A突变的KD-AID片段a1（11-353aa）的晶体,对其进行X-射线衍射,并根据衍射数据获得了2.95埃的KD-AID结构,即人源催化结构域和相连的自动抑制结构域相结合的一个非活化状态的结构。我们的生化实验结果表明人源AMPK的AID结合到KD的铰链区,并且AID结合后会降低KD的活性,这一结果和酵母同源物的是相似的。KD-AID相互作用界面的突变体不仅废除了AID对于KD活性的抑制作用,同样地,还废除了AMP对于AMPK复合物的变构激活作用；但并不影响AMP对于AMPK复合物去磷酸化反应的保护作用。Alpha Screen是用于检测相互作用的一种方法,我们采用此方法发现核苷酸结合到AMPK复合物后,AMPK构象／变构的变化。根据我们生化实验的结果,我们提出了一种核苷酸对于AMPK复合物的调节模型：AMP结合到Y亚基,使得催化亚基的aRIM和调节亚基Y的CBS-3结合加强,使得AID从KD上解离,进而激活AMPK;当ATP结合时会排斥aRIM和CBS-3的结合,促进AID结合到KD,进而抑制AMPK。我们生物学和突变体的研究,阐明了这种潜在的腺苷酸活化蛋白激酶的调节机制：AMP/ATP结合AMPK诱使aRIM和γ亚基的结合发生变化,进而将这一变异信号传递到AID,引起AID位置发生改变,进而调节腺苷酸活化蛋白激酶的活性。并且,ATP的功能不仅仅是和激活剂AMP竞争性结合,还有可能积极地抑制AMPK的活性。本文的工作主要围绕人源腺苷酸活化蛋白激酶KD-AID的结构和功能以及腺苷酸活化蛋白激酶复合物的功能进行研究,为腺苷酸活化蛋白激酶的调节机制提供了新的基础。