核磁共振波谱(NMR)技术能测定溶液状态下的蛋白质结构,并且获得蛋白质的动力学信息,目前已成为结构生物学研究的重要手段。经过多年的发展,NMR技术在蛋白质结构解析方面已建立了较为完善的理论体系和实验方法。同时,硬件的开发也使NMR技术不断突破分子量瓶颈,向着更广阔的应用领域发展。本论文以核磁共振方法为主要手段,选择了与细胞膜融合和跨膜信号转导功能有重要关系的两个多肽为研究对象,通过对它们的结构研究,展示了NMR技术在解决重要生物问题上的应用能力。研究内容一：杆状病毒囊膜蛋白F蛋白融合肽的结构与膜融合机理的研究病毒浸染细胞是生命体致病的主要原因之一,而膜融合正是病毒入侵宿主细胞的必要途径。弄清膜融合机理,将为发现新靶标和研发新药物提供信息和线索,从而对一些病毒性疾病进行有效的防治。然而,目前膜融合机理尚不十分清楚。本论文以棉铃虫核多角体病毒F蛋白(HaF)融合肽为研究对象,通过用液体NMR技术解析和详细比较它的4个融合功能强弱不同的突变体(D11L、I2N、 N1G、G3L)和同源的野生型舞毒蛾核多角体病毒F蛋白(LD130)融合肽的结构,归纳了杆状病毒融合肽的结构与功能的关系；以及通过顺磁增宽实验测定各多肽与胶束的结合状态,揭示了融合肽插膜的部分机理。野生型杆状病毒HaF融合肽在类膜体系中呈规则的倒“V”(或回旋镖)形结构,具有代表性意义。而它的4个突变体结构均发生了不同的变化。在结构对比中发现,刚性转角和完整的两亲性表面对倒“V”(或回旋镖)形构象的融合活性意义重大。另一方面,以野生型LD130融合肽为代表的“直棒”形构象虽然也具有两亲性,但螺旋含量极高,无转角,结构的线性程度越高功能越强。该构象的发现揭示了融合肽结构的多样性,也为理解融合肽结构与功能的关系提供了新视角。结合顺磁增宽实验,我们推测杆状病毒融合肽结构可分为“融合区域”和“结构区域”两部分,而插膜是两部分协同作用的结果。这些研究结果从一定程度上揭示了膜融合机理的部分规律。研究内容二：酸性蝎毒肽ImKTx104的结构解析与动力学性质测定钾离子通道对细胞膜传递信号有重要作用,因而也与许多疾病息息相关。以KCNQ钾离子通道为例,其下属5个亚家族中,就有4个的突变能引起重大疾病。蝎毒肽是天然高效的离子通道调节剂,能特异性地对离子通道产生作用,有效治疗与该通道相关的疾病,它们的结构是新药设计的重要模板。遗憾的是,目前还有许多离子通道的特异性多肽类调节剂未被发现。最近,第一个作用于KCNQ1通道的蝎毒肽调节剂—-ImKTx104被发现,它是a-KTx亚家族新成员,但一级序列的同源性不高。本论文以液体NMR为主要手段,详细解析了ImKTx104的三级结构和动力学性质,发现其结构除一段310-螺旋外,其他部分均呈现无规卷曲状态。动力学实验和氢氘交换实验表明,该结构柔性不高。通过与同族蝎毒肽的结构比较发现,该结构在空间上保持了经血CS-a/p折叠的结构特性。因此,我们认为ImKTx104的蛋白折叠是一种“形变的CS-α/β折叠”,而保守的三对二硫键和"CXXXC---GXC---CXC"序列框架对维持结构框架的稳定性和这种折叠的特性起到了重要作用。该结构的发现拓展了我们对CS-α/β折叠的认识,也揭示了蝎毒肽的结构多样性,同时为研究KCNQ1通道与其调节剂的相互作用机制提供了信息,并为以该通道为靶标的药物开发提供了分子框架和设计思路。