本文分别从结构性质和功能应用的角度对两种蛋白质进行了研究。内容主要分为两个部分：(1)念珠藻Npu DnaE intein的结构解析和剪接机理研究。已报道的所有分裂型intein的结构均是顺式结构,无法提供内含肽准确的信息。我们通过蛋白质共表达的方法制备了Npu DnaE intein的天然复合物,并且解析了第一个分裂型intein的蛋白质结构。根据结构分析和蛋白质突变体的功能研究,发现了NArgg50和cSer35两个氨基酸残基在Npu DnaE intein的反式剪接过程中所发挥的重要作用。(2)GFP36+ -dLBT融合蛋白在荧光和磁共振成像中的应用。我们利用蛋白质工程技术制备了GFP36+ -dLBT融合蛋白探针,同时鉴定了此探针在体外、细胞内和小鼠体内的荧光和磁共振成像效果。结果表明GFP36+ -dLBT融合蛋白不仅保留了两个成像模体的优良特性,还能够通过实体瘤的高通透性和滞留效应(enhanced permeability and retention effect, EPR)被动靶向肿瘤组织进行荧光和磁共振双成像。第一章是对蛋白质内含肽的简介和综述,介绍了蛋白质的结构和剪接机理。第一节主要包括蛋白质内含肽的发现、分布、命名和分类,第二节阐述了内含肽的一级到三级结构,第三节概括了三类内含肽的剪接机理,第四节总结了内含肽的应用。第二章是Npu DnaE intein的结构和剪接机理研究。我们设计了一个含有两个核糖体结合位点的蛋白质表达体系,成功地制备了具有天然的分裂结构的NpuDnaE intein复合物,解析了首个分裂型intein的蛋白质结构。通过蛋白质结构分析发现,除了已报道的静电相互作用外,我们发现疏水相互作用也是intein相互识别的主要驱动力之一。反式结构显示NArg50和CSer35位于剪接活性中心,能与催化活性氨基酸形成氢键从而促进蛋白质剪接。同时发现,Npu DnaE intein的最后一个氨基酸cAsn36具有独特的侧链构象,它在晶体结构中呈现出的两种空间取向能够分别与Nrgg50和CSer35形成氢键。体外的剪接实验证明,任何一个氨基酸的突变都会导致intein剪接活性的下降,而两个氨基酸的同时突变则会更大程度地抑制剪接速率。此外,NArg50还能和位于N端剪接活性位点的CAsp17形成氢键,从而影响第一步的N-S酰基转移过程。体外剪切实验证明NArg50突变会导致剪切副产物增多以及剪接效率的下降。综上所述,在Npu DnaE intein的剪接过程中,位于非保守区的NArg50不仅参与了Asn的环化过程,提高了反式剪接的速率；还有效地避免了N端剪切副反应的发生,保证了反式剪接的效率。第三章是生物成像的概述和研究进展介绍。第一节概括总结了几种常见的生物成像手段,并对各种方法的优缺点分别进行了比较。第二节介绍了荧光和磁共振双成像探针的研究进展。第四章是GFP36+ -dLBT融合蛋白的制备和功能研究。我们通过蛋白质重组和表达纯化技术制备了GFP36+ -dLBT融合蛋白。体外实验证明GFP36+ -dLBT融合蛋白既保持了GFP的荧光成像特性,又保持了dLBT的磁共振成像性质。同时,由于GFP36+表面带有很多正电荷,也赋予了GFP36+ -dLBT融合蛋白穿透细胞膜进入细胞的能力。小鼠的体内成像结果表明,GFP36+ -dLBT融合蛋白作为一个生物大分子,能够通过EPR效应被动靶向肿瘤组织,从而实现小鼠肿瘤特异性的荧光和磁共振双成像。因此,我们通过蛋白质工程技术简单高效制备荧光磁共振双成像探针的方法,为今后多功能成像探针的制备提供了新的思路。