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糖蛋白的寡糖链参与了肽链的折叠和缔合，糖蛋白的转运和分泌，以及分子识别和细胞识别等多种生物学功能。一旦不能正确合成糖链，就会减低或丧失糖蛋白的生物活性。6—磷酸氨基葡萄糖乙酰转移酶(GNA1)是一组参与天冬酰胺连接型(N—)聚糖合成加工的重要酶类，属于Gcn5相关的GNAT蛋白质超家族(Gcn5—related N—acetyltransferases，GN.AT)，能将底物乙酰辅酶A(AeCoA)中的乙酰基转移到葡糖胺—6—磷酸(GlcN6P)的氨基上。对酵母GNA1的研究表明，它的表达和细胞周期密切相关，并且GNA1的失活是致死的。Iscove等发现大鼠GNA1同源蛋白EMeg32基因突变时胚胎会死亡，伴随有发育延迟的现象。目前，GNA1结构与功能的研究已经日益受到人们的关注。Bourne小组解析了酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae GNA1的天然结构，GNA1·AcCoA以及GNAl·CoA·GlcNAc6P复合体结构，揭示了AcCoA和GleNAc6P的结合位点。Aalten小组也发表了烟曲霉Aspergillus fumigatus GNA1的天然结构，以及结合与底物类似物葡萄糖6—磷酸(Glc6P)的复合物结构。但是到目前为止，还没有GNA1与底物GlcN6P的复合物结构发表。
我们用X—射线衍射的方法解析了人类肝脏GNA1蛋白(HsGNA1)的晶体结构，包括天然蛋白，HsGNA1·GlcN6P，HsGNA1·AcCoA复合体结构，以及突变体E156A结构。这是第一个来自哺乳动物的GNA1结构。HsGNA1·GlcN6P复合体结构表明HsGNA1结合GlcN6P不需要AcCoA的结合提供结构基础，这意味着GNA1结合GlcN6P底物类似物也不需要先结合AcCoA。而已经发表的其他GNAT超家族蛋白则需要先结合AcCoA，再结合乙酰化受体底物。同时，HsGNA1突变体E156A结构和酶动力学的分析结果表明，GlcN6P结合位点的电荷分布对于HsGlcN6P的识别和结合非常重要。E156在增强GlcN6P氨基亲和攻击能力，以及维持底物结合位点的电荷分布方面都有重要作用。因为GNA1是抗菌药物靶标蛋白，我们的研究结果不仅拓宽了对此类酶底物结合性质的理解，也为发展新的酶抑制剂提供了新思路。
将HsGNAl·AcCoA和HsGNA1·GlcN6P两种复合物的结构叠合(merge)到一起(HsGNA1·AcCoA·GlcN6P)，第一次反映了酶和双底物结合的真实情况。HsGNA1与AcCoA、GlcN6形成大量氢键网络，从而将双底物牢牢固定在合适的位置上，为GlcN6P的-NH3+基直接亲核进攻AcCoA酰基碳提供了理想的距离和角度；在活性中心聚集了大量的酸性氨基酸残基，引起了GlcN6P的-NH3+基pKa值降低。当周围环境的pH值高于pKa值时，-NH3+基就直接去质子化。同时，氨基酸残基与GIcN6P的-NH3+基、AcCoA酰基之间的相互作用加速了亲核反应。我们的结构为阐明GNA1的直接亲核反应机制提供了最直接、最有力的证据；也在GNAT超家族中首次用双底物结构阐明了亲核反应细节，这对于研究整个超家族蛋白的酶反应机制有非常重要的意义。
另外，本论文中还对硒蛋白合成相关蛋白进行了初步研究。硒蛋白作为一类在生命活动中较为特殊的蛋白质，在维持生物体的正常生理方面发挥着重要作用，研究其合成调控机制具有重大意义。我们运用常规克隆的方法，将来自腾冲热泉菌和人类肝脏的14个硒蛋白合成相关基因的26个片段或者突变体克隆到不同表达载体中，在大肠杆菌中进行重组表达。得到了24个可溶蛋白，其中5个得到天然蛋白晶体或者复合物晶体，腾冲热泉菌特异延伸因子(SelB)全长蛋白晶体衍射到8A，解析了人类硒代磷酸合成酶1(SPS1)和ATP的复合物晶体结构。