蛋白质二硫键异构酶(PDI)是一种主要存在于内质网中的多功能蛋白,能够氧化、还原和酶催化新生肽链的二硫键形成,帮助新生肽链折叠成正确的结构,以及抑制内质网中的无结构蛋白聚集。PDI的晶体结构已于近年获得,但是PDI在溶液中的动力学信息以及对PDI如何识别不同底物的分子机制仍不清楚。本论文第三章尝试利用19 F NMR的方法揭示PDI在溶液中结构域运动以及PDI对不同底物的识别机制。结果显示还原态PDI和氧化态PDI在溶液中的结构柔性存在明显差异。还原态PDI在溶液中存在两种构象交换,并且温度的改变会引起两种构象比例的变化。氧化态PDI在溶液中的结构则相对刚性。同时多肽底物和还原态PDI结合时,会对构象变化产生影响。但是不同底物结合对PDI构象变化的影响不一样,说明不同底物和PDI可能存在不同的结合模式。PDI在霍乱毒素致病过程中同样发挥着重要作用,但是具体作用机制一直不明确,本文第四章通过NMR方法研究了PDI去折叠CTA的作用过程。我们发现只有还原态PDI能够去折叠CTA,氧化态PDI和CTA之间虽然也存在弱相互作用,但是没有去折叠CTA的功能；同时结构上更类似于氧化态PDI打开状态的突变体PDI C-S,即使在使用过量还原剂将CTA的二硫键还原的情况下,依然不能使CTA完全去折叠,说明半胱氨酸对PDI的结构及其去折叠CTA的功能影响很大,紧凑且柔性大的结构是PDI去折叠CTA的关键。PDI作为细胞内质网中重要的分子伴侣,与许多由无结构蛋白聚集引起的疾病相关。天然无结构蛋白α-synuclein在患者脑部的路易小体纤维化聚集,被认为是引起帕金森症的主要原因,体外实验证明,PDI能够抑制α-synuclein的聚集,但其具体的分子机制还不清楚,研究PDI抑制α-synuclein聚集的具体机制对于帕金森症的治疗可能有所帮助。本论文第五章利用核磁共振方法研究了α-synuclein与PDI的相互作用,发现α-synuclein与PDI的主要结合位点位于α-synuclein的N端；然而将PDI所有的6个半胱氨酸突变成丝氨酸后,α-synuclein通过C末端与突变体PDI C-S结合；荧光实验结果表明突变体PDI C-S对α-synuclein纤维化聚集的抑制作用减弱,说明PDI抑制α-synuclein的纤维化聚集主要是通过与α-synuclein的N端残基结合来实现的。本论文利用NMR在探测蛋白质的动力学信息和相互作用信息方面的优势,研究了PDI在溶液状态下的构象变化,以及PDI与帕金森症、霍乱两种病症的关键蛋白的相互作用。