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低分子量酪氨酸磷酸酶(LMW-PTPs)是酪氨酸磷酸酶(PTPs)家族中最古老且高度保守的一类酶。LMW-PTPs的分子量较小,大约为15～18kDa;它们广泛存在于各种各样的生物体中,并且在许多生命过程中起重要的作用。哺乳动物的LMW-PTPs具有80％以上的序列同源性(Indentity)。细菌中的LMW-PTPs与人的LMW-PTPs有大约30％的序列同源性。所有的LMW-PTPs的N端都包含由CX5R组成的PTP-loop。真核生物LMW-PTP已有比较详细的研究,而原核生物LMW-PTPs的生理功能仍不清楚。之前有研究表明革兰氏阴性菌的LMW-PTPs能够调控多糖荚膜的合成,而革兰氏阳性菌中的LMW-PTPs通常被认为与细菌对环境的耐受机制有一定的关系。 本论文的第一部分详细介绍了革兰氏阳性菌B.subtilis的YfkJ、YwlE,革兰氏阴性菌T.tengcongens的TtPTP以及革兰氏阳性菌S.mutans的SmPTP等4个细菌LMW-PTPs的结构分析以及酶学研究工作。本研究使用X射线晶体学的方法解析了上述4个LMW-PTPs晶体结构,包括高分辨率的天然蛋白结构和YwlE突变体结构,并且进行了LMW-PTPs对pNPP底物的酶活性实验。在YfkJ和YwlE突变体的结构中看到了一个磷酸分子结合在蛋白活性中心部位,而在YwlE野生型、TtPTP和SmPTP的活性部位则结合着不同的小分子。以上4个LMW-PTPs晶体结构显示出它们与人的LMW-PTP结构具有相似之处。但是这些结构在蛋白表面及活性中心电荷分布、活性中心周围疏水氨基酸残基位置及构象等方面显示出与己知结构的显著不同,这为研究人员设计特异性抑制剂提供了结构依据。基于对己知数据的分析结果并借助生物信息学方法,本研究设计了一系列酶学实验以寻找这些LMW-PTPs的体内真正底物。研究结果对阐明细菌LMW-PTPs的生物学功能提供了帮助。 快速鉴定和筛选可溶性目的蛋白对于结构生物学尤其是结构基因组学研究具有重要意义。本论文的第二部分详细介绍了以人的低分子量酪氨酸磷酸酶(HCPTP-B)作为报告蛋白,在大肠杆菌表达系统中建立的高通量蛋白可溶性鉴定方法。基于HCPTP-B可将无色底物pNPP水解生成黄pNP从而在405nm波长处有吸收的反应原理,我们随机选取了17个人源胞质蛋白及10个变形链球菌（S.mutans)胞质蛋白作为目标蛋白,分别融合在HCPTP-B的N端或C端,探讨了大肠杆菌表达系统中实现高通量蛋白可溶性鉴定的可能性。实验证明报告蛋白HCPTP-B的酶活反应结果能够正确反映目标蛋白的可溶性情况。本研究从N端融合有HCPTP-B的目标蛋白中选取了1个大肠杆菌表达系统中基本不可溶的人源蛋白,用外切酶对其C末端进行随机截切而得到不同长度的末端截切库,结合HCPTP-B可溶性鉴定系统,在完整细胞水平上筛选出了可溶性蛋白片段。本研究还同时使用HCPTP-B系统及传统SDS-PAGE两种方法,对随机选取的96个S.mutans蛋白进行了可溶性鉴定,对比结果显示两种方法的鉴定结果具有一致性。这预示了利用酶的定向进化技术并且高通量地筛选蛋白可溶性片段的可行性。