由单亚基组成的II型NADH脱氢酶(简称为NDH2)是呼吸链上多亚基的复合物I(I型NADH脱氢酶,NDH-1,又称为NADH:辅酶Q氧化还原酶)的可替代蛋白,两者在线粒体电子传递链上参与催化电子从NADH传递到辅酶Q。酵母的NDH2(Ndi1)蛋白存在于线粒体基质膜内侧,对于维持线粒体NADH/NAD+的动态平衡至关重要;它还可以用于由复合物I缺陷引起的人类疾病的基因治疗中。此外,NDH2存在于低等生物中,尤其是在病原微生物中广泛存在,并且在人体内并无它的同源蛋白,因此,它是一种非常好的药物靶点。通过蛋白质体外表达、纯化和X-射线晶体学的研究,我们解析了世界上第一个NDH2蛋白——Ndi1的2.39埃高分辨晶体结构,以及Ndi1与辅酶Q(2.48埃)、N ADH(2.26埃)和N ADH-辅酶Q(2.52埃)的底物复合物结构;在所有的结构中,Ndi1都是同源二聚体。通过序列分析发现,NDH2蛋白家族存在一个保守的C端结构域,该结构域在介导蛋白质的二聚化、膜锚定以及底物的识别中发挥着重要作用;相关的生化和细胞生物学实验也证明了这一观点。通过解析Ndi1蛋白与底物结合的复合物结构,结合电子顺磁共振实验,我们对呼吸链上电子传递的机制有了更加深入的了解。由于NDH2蛋白存在于多种病原微生物中,是一个良好的药物靶点,我们还在体外摸索了7种其他物种NDH2的表达纯化条件,并对其进行了晶体学分析,以及分子化合物库的筛选,最终得到了一些有良好抑制作用的化合物分子,这些工作将对于针对致病微生物的药物开发和设计有很好的帮助。本文综合使用X-射线晶体衍射方法、生物化学、细胞生物学、药物化学、物理学等多种手段,全面系统的研究了最具有代表性的酵母Ndi1的蛋白结构、功能,以及其电子传递的可能机制。同时,对于多种病原微生物N DH2蛋白的研究,不仅加强了我们对N DH2家族结构的了解,也对后期抑制剂分子的筛选与优化,以及药物的设计提供理论依据。