蛋白质在生命活动中无所不在,不仅生命的运动和机体的代谢等要依靠各种蛋白质来实现,甚至遗传信息的复制、转录和表达均要依赖蛋白质才能完成。蛋白质的功能取决于它的空间结构。尽管X-射线晶体衍射和核磁共振技术能获得蛋白质的空间结构信息,蛋白数据库中也存放了超过八万个蛋白质的结构数据,但简单快速的二级结构估算方法仍然是结构生物学家重要的技术手段。目前,估算蛋白质二级结构的方法主要是光谱分析方法,包括红外光谱、紫外光谱、荧光光谱、圆二色光谱等,它们各有特点。X-射线晶体衍射虽然能够提供完整的蛋白质晶体结构信息,但它要求高质量的单晶样品,且存在实验过程复杂、用时较长等缺点。核磁共振技术可以测定蛋白质在溶液中的构象,但一般限于研究分子量不超过20kD的较小的蛋白,而且对样品的需求量大、纯度要求高并且整个测定过程较慢。圆二色光谱法被广泛地用于溶液状态下蛋白质和多肽构象的研究,但是只限于很窄浓度范围内的蛋白质和多肽澄清溶液。紫外和荧光光谱只限于测定少数含有芳香族、杂环族或共轭环体系等发色团的蛋白质。傅立叶变换红外光谱(FTIR)技术是研究蛋白质二级结构的强有力手段,可以克服以上各个分析方法的不足之处,有较高的准确度和稳定性。上世纪八十年代起,红外光谱法对蛋白质二级结构的研究步入了定量阶段。FTIR技术国内外都有着广泛而深入的研究,然而在国内,由于实验条件的限制,水溶液中蛋白质红外的研究一直难以顺利开展。环磷酸腺苷受体蛋白(cAMP receptor protein, CRP)是原核生物中一个典型的转录调控蛋白。通过与受体分子cAMP结合,CRP发生构象变化,并与启动子DNA结合,激活RNA聚合酶,进而起始转录,CRP能够直接调控200多个启动子的转录起始。CRP是目前研究的最多的转录调控蛋白之一,由于在其他几个重要功能蛋白家族中发现了极为相似的cAMP结合中心和DNA结合中心,CRP现己成为变构研究中一个十分重要的模型。目前,CRP-cAMP复合物、CRP-cAMP-DNA复合物、CRP-cAMP-DNA-RNAP复合物晶体结构均已获得。对CRP进行的大量生物化学、生物物理、分子动力学模拟等研究结果均推测,CRP结合cAMP引起微小的构象变化而得到活化：首先引起直接作用点的局部扰动,之后扩展到整个分子,产生整体的构象变化。最近解出并发表了被认为是最后一个解释cAMP诱导CRP构象变化机理的重要结构一-apo-CFP,尽管对cAMP诱导CRP构象变化的机理的有了一些新的认识,但仍有诸多问题待解决。而任何CRP及其相关复合物结构精度的提高,对解释cAMP诱导CRP构象变化的机理都有着广泛的意义。本论文从蛋白质红外的方法学和CRP构象变化机理两个方面,开展研究工作,主要研究内容和取得的主要研究成果摘要如下：一、实验室新购进国内第一台蛋白质红外分析仪,用于水溶液中蛋白质结构分析,本文建立起适合国内实验条件的水溶液中蛋白质红外的干燥系统,用吹扫干燥空气克服空气中水蒸气干扰,可顺利进行水溶液中蛋白质红外实验。二、本论文以实验室现有实验仪器为基准,建立水溶液中蛋白质二级结构的傅里叶红外分析方法。对实验条件、制样方法、实验操作和数据处理进行规范,并将此方法应用于可溶性鸟苷酸环化酶血红素结构域蛋白的二级结构研究。此外将FTIR与圆二色谱法进行方法对比,相比之下,FTIR有着更高的准确度和稳定性。三、本论文中对CRP及其突变体进行了结晶尝试,首先生长较易获得的D138LCRP突变体的晶体,并用D138LCRP微晶诱导apo-CRP以及其他突变体的结晶,得到apo-CRP, L148R CRP以及D53H CI(?),并收集到D53H CRP突变体的晶体数据。四、鉴于CRP中结合cAMP袋状结构的广泛性,我们对其组成部分loop3和loop4在结构域之间及亚基之间信号传递中所起的作用进行了研究。依据CRP和其他依赖于cAMP的蛋白的氨基酸序列的差异,构建了两个变体：Mutl (loop4中E78、G79间插入KGSKM五个氨基酸残基)和Mut2(从Mutl loop3中删去E54-G56三个氨基酸残基),将野生态CRP和两个突变体蛋白Mutl、Mu(?)2分别用枯草杆菌蛋白酶和胰凝乳蛋白酶酶解,得到六个CRP核心片段,称作a-CRP(S-WTCRP, CH-WTCRP, S-iCRP, CH-iCRP, S-idCRP和CH-idCRP)。结构生物学、生物化学和光谱实验结果表明：loop3和loop4的变化,改变了结合cAMP的行为,说明结合cAMP产生的变构信号传递的过程,很可能是两个亚基整体的重排所引起。