本研究以精霉素、杀稻瘟菌素和米多霉素为研究材料，深入剖析这三者的生物合成途径，阐明精霉素生物合成途径中ArgM和ArgN催化的独特β-甲基精氨酸的机制，对杀稻瘟菌素和米多霉素生物合成途径中共有的一类SAM自由基酶BlsE和MilG进行了系统性的体外生化表征，结合BlsI的体外生化工作，提出了杀稻瘟菌素生物合成途径中一个新颖的脱羧—上羧机制。另外，对米多霉素中独有的氨基糖苷磷酸转移酶MilQ进行了体外生化表征，揭示其是一类连续催化米多霉素磷酸化继而引起脱水的新颖反应。这些新型酶促反应的发现和新颖酶催化机理的研究，不但丰富了酶学机制，而且为后期对核苷类抗生素进行代谢工程改造、组合生物学及合成生物学研究可以提供理论基础和操作依据。　　精霉素是一类抑制革兰氏阳性菌和真菌的水溶性核苷类抗生素。本研究利用胞苷葡萄糖醛酸合成酶基因milC/blsD及其同源基因设计兼并引物，从Streptomyces arginensis NRRL15941克隆到了精霉素的生物合成基因簇并成功的实现了在天蓝色链霉菌Streptomyces coelicolor A3(2)中的异源表达。对精霉素生物合成中独特的β-甲基精氨酸单元形成进行了体内串联蛋白异源表达和体外生化实验考察，结果揭示在整个β-甲基精氨酸形成过程中，ArgM作用了两次，分别将精氨酸催化生成α-酮基精氨酸和将β-甲基酮基精氨酸催化生成β-甲基精氨酸，其中在第二步的转氨过程中，天冬氨酸作为氨基供体提供了氨基来源。　　对杀稻瘟菌素和米多霉素生物合成途径中一类未知功能的SAM自由基酶BlsE和MilG进行了厌氧蛋白纯化和体外化学重构。通过生物信息学分析，基因敲除和生化表征发现BlsE和MilG均是一类SAM依赖的自由基酶，催化胞苷葡萄糖醛酸(CGA)糖苷C5位脱羧生成胞苷阿拉伯吡喃糖(CAP)。另外，对BlsE蛋白中的两个可能的[4Fe-4S]簇和MilG当中的一个[4Fe-4S]簇进行了紫外及电子顺磁共振(EPR)谱图表征。探索了体外用黄素氧还蛋白(Fpr)、黄素氧还蛋白还原酶(Fld)和NADPH模拟BlsE体内[4Fe-4S]簇的电子传递过程。蛋白点突变试验表明BlsE蛋白CXXXCXΦC(X代表除了半胱氨酸外的氨基酸，Φ是芳香族氨基酸)基序中的Cys31、Cys35和Cys38和MilG蛋白中的Cys25、Cys29和Cys32以及BlsE蛋白GGEP基序中的Gly73、Gly74、 Glu75、Pro76和MilG蛋白中的Gly67、Gly68、Glu69、Pro70对其活性是必需的，而M37位点对蛋白活性无太大关系。实验表明BlsE和MilG是一类典型的含有[4Fe-4S]簇的SAM自由基脱羧酶。　　对杀稻瘟菌素生物合成途径中的生物素羧化酶BlsI进行了体外表征和NaH13CO3示踪，揭示了其是一类利用无机碳酸盐或碳酸氢盐提供羧基来源，催化3-脱氧胞苷吡喃糖(PPNC)生成3-脱氧胞苷葡萄糖酸(PPNA)。综合BlsE和BlsI的实验结果，提出了杀稻瘟菌素生物合成途径中的脱羧—上羧机制，为后期通过组合生物学和代谢工程改造提供了理论依据。　　对米多霉素生物合成途径中独特的一个氨基糖苷磷酸转移酶MilQ考察时发现其并不只是传统意义上的氨基糖苷磷酸转移酶(APHs)，与大部分的APHs只有Brenners基序类似。体外实验表明其能将米多霉素精氨酸侧链α羟基连续的磷酸化脱水生成脱水米多霉素。同时，MilQ也能通过对四环素C6位羟基磷酸化脱水使之失活，但是却不能识别实验室和临床上使用的大部分抗生素。此外，对MilQ的酶动力学参数和底物选择性也进行了考察。这些结果丰富了氨基糖苷磷酸转移酶的酶学机制，同时也为揭示这类新颖的磷酸化脱水反应机制奠定了基础。