本论文主要包括两部分的工作。第一部分是棕色固氮菌的细菌铁蛋白的晶体学研究。铁是大多数生物体不可缺少的元素。作为铁的存储蛋白，铁蛋白和细菌铁蛋白是生物体有效利用铁元素的关键蛋白质。但其存储铁的机制仍然不清楚，直到最近才揭示其发生铁氧化的双核铁部位的本质。在获得棕色固氮菌的细菌铁蛋白(AzotobactervinelandiiBacterioferritin，AvBF)这一蛋白质晶体的情况下，本论文开展了晶体学研究，并对铁的存储机制作了深入的探讨。 AvBF晶体属于R3空间群。应用分子置换法测定了这一由24个单体构成的蛋白质的晶体结构。该结构内含空洞外呈球状，具有432点群对称性。本论文发现AvBF晶体结构具有两个重要特点。 第一个是，AvBF的铁氧化酶双核铁中心显示了新的结构特点：(1)两个铁离子占有率的明显差异；(2)在占有率低的铁离子附近的两个残基His130和Glu47的协同构象变化。这些结构特点提示His130和Glu47的协同运动是铁氧化酶中心的铁离子氧化后进入AvBF分子内表面的初始成核位点的“门控机制”，这一观测结果支持了Carrondo的假说---铁氧化酶孔道是外源性铁离子进入AvBF分子内核的一条途径。由于铁氧化酶孔道入口残基Ile20，Leu93的疏水性，铁氧化酶孔道可能只在初始成核阶段为少量铁的迁移起到作用。 第二个重要的结构特点是四重轴通道中央结合着一个Ba2+离子，从而提示四重轴通道对铁离子具有传导性和选择性。而且因为四重通道具有潜在的多重离子占有特性，高通量的铁可能在AvBF的铁核形成阶段通过此通道进入到分子内部。 当初始成核阶段结束后，Fe3+“占据”AvBF分子内表面的初始成核位点以及AvBF独有的负电荷带(由Glu118，Glu121，Asp122，Glu125，Asp129和Asp132组成)；在三重通道形成一个方向由AvBF分子内部指向其外部的电场，带负电荷的磷酸根可以逆电场方向进入AvBF分子内部。因此，外源性磷酸根和亚铁离子可以分别通过三重通道、四重通道同时进入到AvBF的内部空腔，从而启动铁核形成阶段。 在去矿化(demineralization)阶段，血红素把外源性还原剂提供的电子传递给核铁，导致核铁以可溶的Fe2+形式释放出来。血红素传递电子的方式有两种：一种是快速传递机制，即在14A范围内电子被直接传递至核铁，导致大量的核铁被快速释放；二是电子经过Try45，途经芳香性堆积的残基His43/Trp133，再被传送至事先停泊在AvBF负电荷带上的少量核铁。相应地，核铁的释放分为两个阶段进行。被释放出的核铁经过“大通道”，在外源性的络合剂的协助下离开AvBF分子。 第二部分工作是福氏志贺氏菌若干基因的克隆、表达和蛋白质的初步晶体学研究。志贺氏细菌性痢疾每年导致一百多万人死亡。而福氏志贺氏菌比其他种属的志贺氏细菌的致死能力强。为此，开展福氏志贺氏菌的结构基因组学研究，可为开发潜在的药物提供结构信息，具有重大的现实意义。本论文挑取13条基因进行了克隆与表达筛选，获得了两种可溶性蛋白；并为这两种蛋白建立了包括Ni2+-NTA亲和层析、阴离子交换层析、凝胶过滤等技术手段在内的纯化工艺流程。对于其中的一种可溶性蛋白——尿卟啉原脱羧酶，开展了初步晶体学研究。尿卟啉原脱羧酶蛋白晶体属于C2221空间群，晶胞参数为a=68.43A；b=136.25A；c=77.87A，每个不对称单位含一个尿卟啉原脱羧酶分子。