第一部分:　　自然界中的醌主要以毒性化合物形式存在，它在细胞内聚集会产生一系列毒性效应。醌脱氢酶/氧化还原酶会保护细胞免受醌的损害。这些酶会将醌还原成氢醌，而后者会与葡萄糖醛酸或硫酸盐等化合物偶联并被排出，从而起到解毒作用。NADPH依赖的醌氧化还原酶（Quinone oxidoreductase，QORs，EC1.6.5.5）属于中链脱氢酶超家族(MDR)中不含金属离子的一类还原酶。QORs最早是在豚鼠和骆驼的眼睛晶状体中发现的，所以称之为ζ-crystallins。起初认为，ζ-crystallin是催化单电子反应，以NADPH为辅基，将醌还原成生成半醌中间体。最近的研究认为，它也是催化双电子反应，直接将醌还原成氢醌。随着研究的深入，在很多物种中都发现了ζ-crystallin-like的QORs。到目前为止，大肠杆菌QOR、细菌性斑点性病菌DC3000 QOR和人源ζ-crystallin的结构已经被解析。一个不对称单位中含有两个分子，每个分子由催化结构域和辅酶结合结构域组成。虽然ζ-crystallin-like QOR的生化活性和三维结构已经被报道，但是其底物结合位点和催化机制并不清楚。　　酿酒酵母中的ζ-crystallin-like QOR被称为Zta1，它存在于细胞质和细胞核中。研究表明，Zta1与哺乳动物ζ-crystallins一样均以邻位醌作为最适底物。我们解析了酿酒酵母醌氧化还原酶Zta1-apo(2.00(A))和结合NADPH(1.59(A))的晶体结构。Zta1形成稳定的同源二聚体，每个单体均由催化结构域和辅酶结合结构域组成，辅酶NADPH结合在两个结构域之间的沟槽中。结构比较发现，NADPH的结合促使Zta1的三维结构发生了明显的诱导契合效应(induce fit)，即蛋白的两个结构域相互靠近，使得NADPH结合更紧密;同时促进了位于结构域之间沟槽一端的底物结合口袋的形成。通过计算机模拟、定点突变和酶活动力学等方法，我们确认了Zta1的底物结合位点和关键活性残基，为阐释醌氧化还原酶QORs的底物特异性提供了结构学基础。另外，通过进化上的多重序列比对和酶活分析，我们还发现位于底物结合口袋入口处的一个残基从低等生物的Arg突变为脊椎动物的Gly会引起醌氧化还原酶活性的提高。　　第二部分:　　细胞中许多蛋白在成熟和发挥生理作用时，需要形成二硫键来帮助其折叠并维持结构的完整性。在真核细胞中二硫键的正确配对发生在两个地方，分别是内质网(ER)和线粒体的膜间隙(IMS)。IMS中有专一的二硫键传递体系，通过引入二硫键帮助富含半胱氨酸的底物蛋白正确折叠。这类底物蛋白是由核编码，并在胞质中翻译合成，包括Tims蛋白和铜离子转运蛋白Cox17等等。新合成而未完全折叠的底物蛋白会通过线粒体外膜上的易位酶进入IMS，然后与Mia40蛋白相互识别并形成分子间二硫键。Mia40蛋白具有一个保守的CPC-CX9C-CX9C基序，并通过CPC活性位点与底物蛋白形成分子间二硫键。通过二硫键交换，使底物蛋白获得一对二硫键，而Mia40的活性中心变为还原态，并与底物蛋白分离。接着，Mia40会被巯基氧化酶Erv1重新氧化/激活。最后，Erv1会将电子传递给细胞色素c或者氧。所以说，Mia40和Erv1是二硫键传递体系的关键组分。　　Erv1是FAD依赖的巯基氧化酶(EC1.8.3.2)，它最早是作为呼吸与生长必需因子(Essential for the respiration and viability)在酵母中被鉴定出来。后来，在植物，动物以及某些双链DNA病毒中发现了Erv1的同源蛋白。其中，哺乳动物中Erv1又称作ALR，即肝再生生长因子(augmenters of liver regeneration)Erv1/ALR家族的蛋白含有一个保守的核心结构域，并包含保守的CXXC基序（称为:core-氧化还原中心），该基序靠近FAD，是巯基氧化反应的活性位点。迄今为止，人和小鼠的ALR、拟南芥Erv1以及酿酒酵母Erv2的核心结构域三维结构已经被解析。它们都形成头对尾的二聚体，每个亚基中包含5个α-螺旋。其中四个螺旋构成一束，另外一个螺旋则垂直附着在该螺旋束上。除了保守的核心结构域，Erv1/ALR蛋白（病毒Erv1除外）还有一个位于N端或C端的柔性区域。其中，酵母和哺乳动物Erv1/ALR的N端的柔性区域中含有另一个保守的CXXC基序。遗传学研究发现，N端的CXXC基序是酵母Erv1在细胞内发挥生理功能所必需的。事实上，Erv1就是通过其N端的柔性区与Mia40结合，并通过N端的CXXC与Mia40形成分子间二硫键。N端的CXXC基序能介导电子从Mia40传到Erv1的C端核心结构域(C-terminal coredomain，CTD)，所以，它被称为“shuttle-氧化还原中心”。　　为了阐释该电子/二硫键传递的结构基础，我们解析了酿酒酵母Erv1的核心结构域CTD(2.0(A))和全长突变体(Erv1m，3.0(A))的晶体结构。CTD以二体形式存在，每个亚基都包含四个螺旋排列成的一个螺旋束，以及一个额外的螺旋。Erv1m结构使我们首次看到N端柔性区的三维结构，它包括一个shuttle-结构域(N-terminal shuttle domain，NTD)，和一个连接CTD和NTD的柔性linker组成。我们还捕捉到了电子从NTD传递到CTD的中间态。结构比较发现，一个亚基的NTD靠近另一个亚基的CTD上时，CTD的四螺旋束会发生明显的构象变化，为NTD上shuttle-氧化还原中心的靠近提供一个合适的平台。计算机模拟和多重序列对比显示，NTD的兼性α螺旋是识别Mia40的关键。最终，基于解析的一对晶体结构和计算机模拟的结果，我们提出了电子从Mia40，NTD，到核心结构域传递过程的结构模型。