化学合成是获取均质蛋白质的重要手段。传统生物表达方法在获取某些特性蛋白,如毒素肽或者含有多对二硫键蛋白,翻译后修饰蛋白,膜蛋白以及基于天然活性的蛋白探针等等,仍然具有一定的局限性,这就为蛋白质的化学合成的发展提供了必要性。同时化学合成相较于生物表达具有三大优势:一是化学合成环境兼容性高,二是原子层面的精准控制,三是赋予蛋白功能型扩展。泛素作为一种新型的翻译后修饰蛋白,参与到细胞生命周期的各个方面。泛素化的发生主要是由E1激活酶、E2结合酶和E3连接酶相互协作完成的。由于泛素自身存在多个自泛素化位点(M1,K6,K11,K27,K29,K33,K48,K63),导致它能够形成不同类型和链长的多聚泛素链。链长和链型的不同导致泛素的结构产生差异,因此可以被不同的受体蛋白识别来行驶对应的功能。为阐明多聚泛素链调控的分子机制,一个关键性的需求是获得不同类型、性质均一、不同链长的多聚泛素链样品。基于此,本篇论文利用蛋白质化学合成的方式,获得了不同类型和链长的多聚泛素链,并以此开展了两方面工作。在第一部分的工作中,我们通过化学合成的手段获得了天然L-K27类型二泛素和三泛素。随后使用准外消旋结晶的方法:即通过非完全对应构象的D-型二泛素和三泛素进行辅助结晶,我们首次成功获得并解析了 K27类型二、三泛素的晶体结构。我们发现,K27类型泛素链的异肽键是包埋在泛素内部,这与其它七种类型泛素链是不同的,这也从侧面印证了 K27类型泛素链丰度较低的原因。此外,我们使用OTUD2去泛素酶对这两种泛素链进行了水解测试发现,三泛素的水解明显要比二泛素快,这暗示了不同链长的K27类型泛素可能与受体蛋白有不同的结合模式,该发现对我们研究K27类型泛素链功能和性质具有重要意义。在第二部分工作中,我们报道了一种单体/寡聚物准外消旋蛋白结晶的方法用于泛素链结构的研究。通过化学合成的D型单泛素分别与L型不同链型的二泛素、三泛素甚至四泛素进行共结晶时,我们惊讶的发现这个非完全外消旋结晶的方法能够更快,更好的辅助结晶。使用这种新型辅助结晶策略,我们首次获得了线性三、四泛素链以及K11/K63类型分叉三泛素的晶体结构。该辅助结晶策略拓展了准外消旋结晶的定义,并有望进一步应用到多结构域蛋白的结晶中。第三部分工作中,我们将重心转移到翻译后修饰组蛋白的合成。组蛋白H3是构成染色质核小体的基本结构单元,是基因表达的载体和调节者。而组蛋白H3的合成一直有着效率低下的缺陷。本章中,我们通过将丝氨酸-丝氨酸假二肽嵌入到组蛋白H3的片段合成中,显著改善了合成效率,并成功应用三片段合成策略制备了 1Omg级别的K9Me3-K1 8Ac组蛋白H3。圆二色谱实验显示,相较于同源重组的组蛋白H3,三甲基化和乙酰化改变了组蛋白H3结构。最后我们成功将双翻译后修饰组蛋白H3组装成为核小体。该部分我们发展了高效合成组蛋白H3的三片段连接策略,同时该策略可以为其它带有多种翻译后修饰组蛋白H3的合成提供一种有效工具。