β-内酰胺类抗生素被广泛用于治疗细菌的感染。然而，细菌抗药性已成为临床上的一个主要问题，尤其是近年来超级细菌的出现更构成了人类健康的重大威胁。超级细菌是一类对多种抗生素都具有抗药性的细菌，2009年，科学家发现了一类携带有新型耐药基因NDM-1的多抗性细菌。NDM-1基因编码一种金属-β-内酰胺酶，可以分解包括碳青霉烯类在内几乎所有的β-内酰胺类抗生素药物。NDM-1基因存在于细菌可移动遗传元件质粒上，可以在病原菌间广泛传播。从2009年首次鉴定至今，关于NDM-1蛋白自由状态下与氨苄青霉素、甲氧西林等抗生素复合物的晶体结构研究取得了进展，但在临床上广泛使用的头孢菌素类抗生素被NDM-1水解的分子机理还未揭示。为清晰的阐释NDM-1水解头孢类抗生素的结构基础及机制，在本课题中，我们选择了头孢氨苄(cephalexin)、头孢呋辛(cefuroxime)与头孢克肟(cefixime)作为研究对象，它们分别代表了一至三代头孢类抗生素。首先利用核磁共振分析了两种代表性头孢类抗生素头孢呋辛与头孢克肟被NDM-1水解产物的结构特征，这两种头孢类抗生素在被NDM-1水解时都出现了双键转移现象，由此我们推测抗生素的水解过程中曾经历过一个碳负离子中间状态，而这个中间状态的转化很可能就是整个反应的限速步骤。之后并成功测定了NDM-1与头孢呋辛和头孢氨苄复合物的高分辨率晶体结构，分辨率分别为1.3埃和2.0埃。NDM-1与头孢类抗生素的复合物晶体结构清晰的展现了两种抗生素底物被分解成头孢菌素类产物中间体的状态，这样，我们的实验结果就为碳负离子过渡态的存在提供了最为直接的证据，从而也颠覆了在此之前学术界普遍认为的氮负离子过渡态假说，这些研究结果完整地描述出NDM-1分解头孢类抗生素的分子机制和反应过程，对产物中间体的化学本质及反应限速步骤的认识为合理的设计抑制剂提供了充分的理论依据。　　本论文的第二项工作:正常细胞在其生活周期内受到多种环境压力甚至有害刺激时，为维持细胞内环境的蛋白自稳平衡，细胞内热休克反应被激发，标志性事件是细胞内热休克蛋白(Heat Shock Protein，HSP)的表达水平迅速上升。而HSP基因的表达主要受热休克转录因子(Heat Shock Factor, HSF)调控。哺乳动物基因组共编码4种HSF(1-4)，属同一家族，在进化上高度保守，其中HSF1与HSF2普遍存在于多种组织中，受到较多关注。真核细胞HSF的激活是一个多层次调控的复杂过程，HSF分子活化时需要经历由单体到三体的转化，其中最为重要的一步是HSF基因N-端DNA结合结构域(DNA-binding domain，DBD)识别并结合HSP基因启动子区中的热休克元件(heat shock element，HSE)。典型的HSE至少含有三个这样的保守序列（5-nGAAn-3），以回文方式重复出现。HSE包含两个组合方式head-to-head(HtH)和tail-to-tail(TtT)。我们用分子置换法解析了hHSF1-DBD，hHSF2-DBD，hHSF1-DBD-HtH复合物，hHSF2-DBD-HtH复合物，hHSF2-DBD-TtT复合物结构，分辨率分别为1.7，1.32，2.0，1.75，1.5埃。HSF-DBD为典型的helix-turn-helix蛋白，由4个β折叠片和4个α螺旋组成。通过hHSF1-DBD-HtH，hHSF2-DBD-HtH，hHSF2-DBD-TtT结构比较发现，在复合物结构中DBDs的结合构象主要由HSE的取向决定而不是DBDs本身。DBDs与HSE发生相互作用主要是通过α3螺旋嵌入dsDNA的大沟，二者的相互作用主要有两种作用力维持:氢键和范德华力。α3螺旋中的一个高保守精氨酸残基（HSF1结构中的Arg71，HSF1结构中的Arg63）直接与GAA重复序列中的G（鸟嘌呤碱基）相互作用。DBD的结合位点主要依赖于nGAAn重复序列中G（鸟嘌呤碱基）的位置，当DBD结合不同取向的HSEs时，这就导致了HSF单体结合位置的多样性。在三个复合物结构中，DBDs之间几乎不存在相互作用，尤其是当HSF结合head-to-head HSEs。