核酸是生物体的遗传物质,是生物体遗传变异的基础。核酸代谢包括核酸的合成代谢与分解代谢,如DNA复制、转录、DNA或RNA水解等过程。在核酸代谢过程中,一系列蛋白发挥作用,如DNA聚合酶、RNA聚合酶、核酸水解酶、转录因子、DNA解螺旋酶等。研究核酸代谢过程中的蛋白质能够揭示基因组稳定性的机理、加深认识核酸代谢过程中的作用机制并进一步调控核酸代谢过程。基于此,本文主要研究了LTTR（Lys R型转录调节因子）家族转录因子DarR及詹士甲烷球菌磷酸酯水解酶Rec J的结构和功能。LTTR构成了最大的原核转录调节子家族。LTTR家族转录因子通过调节各种基因的转录来控制细菌的不同细胞代谢过程,在细菌的代谢过程中起着至关重要的作用。DarR是来自于Vibrio fischeri的新型LTTR家族成员,它能够响应环境中的D-Asp而激活转录,并调节编码天门冬氨酸消旋酶rac D基因的过度表达。在本课题研究中,通过X射线晶体学首次获得了全长DarR以及全长DarR-DNA复合物的晶体结构。首先,根据全长DarR的电子密度图分析,DarR的效应物结合位点被2-吗啉乙磺酸一水合物（MES）所占据,MES在稳定螺旋（α8）和β链（β9）之间的loop构象方面发挥了类似效应物的作用;通过分子动力学模拟了全长的DarR不含MES的结构,验证了无MES的DarR结构在螺旋（α8）和β链（β9）之间的loop构象是不稳定的。其次,基于DarR与DNA和不与DNA结合的比较,我们提出了一种LTTR结合启动子DNA后的构象变化模式,即DNA与DarR结合后,螺旋（α5）变成loop,导致两个DBD二聚体成为近乎平行状态的四聚体模式。最后,我们获得了DarR突变体DarR-M202I的结构。在DarR-M202I中,DarR的202位甲硫氨酸被异亮氨酸取代,导致下游rac D基因的过度表达。通过比较DarR-MES和DarR-M202I的结构,我们发现DarR-MES在RD活性口袋的稳定性和DBD的偏转角度方面有类似的行为,这进一步印证了DarR-M202I模仿了效应物结合的状态并激活下游rac D基因的转录。该研究将有助于提高我们对LTTR家族转录因子响应外界信号分子的转录调控机制的认识。核酸酶参与水解核酸的反应,其中DHH磷酸酯酶超家族是水解磷酸单酯键与二酯键的一大类水解酶。Rec J核酸酶是DHH磷酸酯酶超家族发现最早的一类核酸酶,能够特异性降解单链核酸,只存在于古菌和细菌中,对古菌和细菌基因组的稳定性具有重要意义。其中古菌Rec J不仅能够参与核酸水解过程,还能够作为CDC45的同源物参与形成CMG（CDC45-MCM-GINS）复合物,发挥解螺旋酶作用。嗜热古菌Methanocaldococcus jannaschii能够编码5’-外切酶Mja Rec J1和3’-外切酶Mja Rec J2,然而,两个Mj Rec Js不显示与GINS的相互作用。在本项研究中,我们获得了Mj Rec J2与（d）NTP的复合物晶体结构,揭示了Mj Rec J2水解DNA或RNA的机理,并解释了Mj Rec J2不能与Mj GINS相互作用的结构基础。首先,根据Mj Rec J2与底物的晶体结构确认了参与底物结合以及参与金属离子结合的关键氨基酸,并通过突变体活性测定实验验证了晶体结构的合理性。此外,我们确认了Mj Rec J2二聚体的相互作用表面与Mj GINS的潜在相互作用表面重叠,该重叠阻止了Mj Rec J2-GINS复合物的形成。在暴露Mj Rec J2二聚体的相互作用表面后,Mj Rec J2与GINS的相互作用得到恢复。Mj Rec J2和二（脱氧）核苷酸的共晶体结构为解释其在ss DNA上的3’-水解机理提供了结构依据,而Mj Rec J2与GINS相互作用为古菌Rec J家族与GINS相互作用模式提供了新的模型。我们的研究结果为古生物Rec J/Cdc45蛋白的功能和多样性提供了新的认识,并为真核生物Cdc45的起源和进化提供了新的线索。