辅酶Q（又称泛醌或者CoQ）是一种脂溶性的化合物,是生物体氧化呼吸链中最重要的电子载体之一,在电子传递过程中负责将烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）-CoQ还原酶复合体或者琥珀酸-CoQ还原酶复合体脱下的电子传递至细胞色素还原酶复合体上。此外,辅酶Q分子的还原酚形式也是机体重要的可循环脂质抗氧化剂,它能够保护膜磷脂层免受过氧化作用,以及防止线粒体DNA和膜蛋白免受自由基引起的氧化损伤。因此,CoQ10基于其抗氧化功能而成为人类营养学中一种非常重要的微量营养素。通常来说,细胞对辅酶Q的需求依赖于其内源性合成,这一合成路径在许多物种中是相当保守的,例如大肠杆菌和人类。真核生物中的辅酶Q合成路径主要是在酿酒酵母中被鉴定出来的。一般认为,在这一路径中共有COQ1-COQ9共9个基因的编码产物参与反应。该路径起始于芳环前体对羟基苯甲酸（para-hydroxybenzoic acid, PHB）和聚异戊二烯链的合成。然后,对PHB的修饰,包括O-甲基化反应、脱羧反应和C-甲基化反应等等依次发生,最终形成成熟的辅酶Q6分子。长久以来,PHB一直被认为辅酶Q6分子的唯一芳环前体,而研究发现对氨基苯甲酸（para-aminobenzoic acid, PABA）可以作为其竞争剂参与到辅酶Q6的合成路径中。除此之外,PABA也参与另一个重要的辅因子--叶酸的生物合成。辅酶Q分子几乎在所有的生物中内源性合成,而叶酸仅在真核微生物、植物以及大部分的原核生物中合成。PABA的生物合成路径已在几种细菌、真核微生物和植物中被鉴定出来。在大多数情况下,PABA的合成由分支酸（chorismate）起始,经两步反应合成：第一步,分支酸和谷氨酰胺合成4-氨基-4-脱氧分支酸（4-amino-4-deoxyisochorismate, ADC）;第二步,ADC转化生成PABA。例如,在酿酒酵母中,基因ABZ1/YNR033W编码ADC合酶,而基因ABZ2/YMR289w编码ADC裂合酶（EC4.1.3.38）。然而,对于PHB来说,目前人们并没有发现它在真核生物中是如何内源性合成的。因此,我们认为,酿酒酵母的辅酶Q6合成路径至少包含11个基因（ABZ1, ABZ2,以及COQ1-COQ9）的编码产物。（Ⅰ）本研究中,我们利用单波长反常散射的方法解析了酿酒酵母中Abz2与辅因子PLP复合物的1.9A分辨率的结构。这是真核生物中首个被解析的ADC裂合酶。PDB数据库中仅有4个原核生物的ADC裂合酶的结构,包括大肠杆菌PabC（EcPabC, PDB code:1ET0）,铜绿假单胞菌PabC（Pseudomonas aeruginosa PabC, PDB code:2Y4R）,嗜热菌PabC （Thermus thermophiles PabC, PDB code:2ZGI）和嗜肺军团菌PabC （Legionella pneumophila PabC,LpPabC, PDB code:3LUL）。这些蛋白在总体结构上均表现为二体,活性口袋有所区别。此外,还有一个来自慢生根瘤菌的未知功能蛋白Mesorhizobium loti, PDB code:3QQM),被认为可能是氨基酸氨基转移酶。然而,根据我们的总体结构和活性位点的比较分析,我们认为这更有可能是一个ADC裂合酶。Abz2的总体结构表现为单体（Pro23-Tyr374）,含有两个结构域：N端结构域（Domain Ⅰ, Pro23-Ser229）和C端结构域（Domain Ⅱ, Thr230-Tyr374）。在Domain Ⅰ中包含一个新颖的折叠类型,我们称为亚结构域（auxiliary subdomain）,此结构域在已解的原核生物同源蛋白PabC的结构中都是缺失的。我们通过进一步的结构分析,发现该亚结构域并不直接参与对于活性口袋的形成,DALI搜索也没有发现任何类似结构。因此,我们认为这个亚结构域可能和蛋白整体的稳定性和完整性有关。Abz2与已解结构的PabC的一级序列同源性非常低。大肠杆菌PabC的二聚体形式对活性口袋的形成非常关键,而Abz2的活性口袋位于N端和C端两个结构域之间的裂缝中,一分子PLP与关键催化残基Lys251形成了希夫碱的共价形式,深嵌于此裂缝中。我们通过HADDOCK软件模拟了Abz2与PLP-ADC反应中间体的结合状态,结果显示底物ADC分子处在一个由Arg182和Arg255组成的碱性钳状口袋中。接着我们做了一系列的定点突变实验和酶活测定来验证上述的分子模拟结果确实是可信的。基于以上的研究结果,我们根据前人提出的类似催化机理提出了Abz2催化循环的模型。再根据进一步的结构分析,我们认为认为可以将二体形式的PabC划分为一类,而Abz2则可以代表新的一类单体形式的ADC裂合酶。（Ⅱ）研究表明,Coq1-Coq9这9个蛋白分子很有可能是通过形成一个大的复合体附着在线粒体内膜来依次催化各反应的。而其中的Coq5因对其他组分的稳定作用而被认为是此复合体的核心组分。Coq5是一个S-腺苷-L-甲硫氨酸（S-adenosyl-methionine, SAM）依赖的甲基转移酶,在CoQ6合成路径中催化唯一的C-甲基化反应,将2-甲氧基-6-聚异戊二烯基-1,4-苯醌（DDMQH2）转化成2-甲氧基-5-甲基-6-聚异戊二烯基-1,4-苯醌（DMQH2）。我们解析了酿酒酵母Coq5的apo-form （Coq5-△N60-apo）和结合辅因子SAM （Coq5-△N60-SAM）两种形式的晶体结构,分辨率分别为2.2A和2.4A。Coq5-△N60-apo的总体结构是一个同二聚体,中心结构域含有一个混合的α/β折叠花样（a mixed α/β topology）,表现为经典的Rossmann-like fold,是一个典型的Class I SAM-MTase结构。除此中心结构域以外,Coq5-△N60-apo的结构中还含有两个小的结构花样。第一个是在N端多了一个α螺旋（α1）,很可能是作为活性口袋的一个盖子将活性口袋封闭。第二个是在β5和α8之间有一段insertion,由两条α螺旋（α6和α7）组成。在Coq5-△N60-apo结构中,这两个独特的折叠花样都与二聚体形成有关。Coq5-△N60-SAM的总体结构与Coq5-△N60-apo的结构相似,也是二聚体,且辅因子SAM的结合并未导致蛋白的构象发生非常明显变化。在得到的上述结构的基础上,我们分析了二聚体相互作用界面和辅因子SAM的结合位点。多序列比对结果显示,参与这两部分作用的氨基酸残基在不同物种中都是非常保守的。