原卟啉原氧化酶(protoporphyrinogen oxidase,PPO, EC1.3.3.4)是叶绿素和血红素共同合成途径中的最后一个酶。广泛存在于生物界中。可催化无色的原卟啉原Ⅸ氧化,失去六个质子生成褐色的光敏物质原卟啉Ⅸ。在生物体中,原卟啉原氧化酶活性的降低,会导致底物原卟啉原Ⅸ的积累,泄露到胞质中后,会自发氧化生成原卟啉Ⅸ,在光照的条件下,原卟啉Ⅸ激发产生高活性的氧自由基,破坏脂质、蛋白质等重要的生物大分子结构,最终导致细胞死亡。在人体中,原卟啉原氧化酶基因的突变会导致一种显性遗传病——混合型卟啉病。在植物中,原卟啉原氧化酶活性的抑制可使细胞致死,是新型除草剂的作用靶标。因此原卟啉原氧化酶在医学上和农学上都有重要的研究价值。通过大量实验,解析了1.9A高分辨率的人源原卟啉原氧化酶的晶体结构,并从以下几方面进行了分析研究：一、具体分析了人源原卟啉原氧化酶与辅酶FAD,抑制剂AF的相互作用；利用化学对接的方法拟合了原卟啉原氧化酶与底物的结合模式,并通过酶动力学研究验证了模型的合理性；二、通过结构学分析以及生化实验数据,首次证实hPPO在溶液中以单体形式存在,而非过去人们认为的二聚体；三、首次将全球范围内引起混合型卟啉病的44个点突变的突变体蛋白分别进行了体外克隆、表达、纯化及活性测定,并在高分辨率的结构上进行了致病机理的分析。血红素的合成途径涉及到8种酶,其中后7种酶的缺损都会导致不同类型的卟啉病,这些酶中除了原卟啉原氧化酶外,结构都得到了解析。本论文对原卟啉原氧化酶结构的解析,完善了血红素合成途径中酶结构学的研究,不仅能为血红素的分子合成机制研究提供新思路,也为混合型卟啉病的预防与治疗提供新视角。