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叶绿素是光合生物体内的重要色素分子，负责吸收和传递光能。其生物合成起始于氨基乙酰丙酸(ALA)，整个合成过程由大约16步酶促反应组成，包括四吡咯合成的共同途径、叶绿素分支途径和叶绿素循环途径。叶绿素的合成与机体对其的需求是息息相关的，这说明叶绿素的生物合成存在一个严格的调控机制，包括转录调控和翻译后调控，其中翻译后调控是叶绿素合成调控的主要形式。通过分子遗传学、生物化学和X射线晶体学等手段，其中一些酶的结构和功能已被研究的较透彻，其催化与调控机制已被阐述的较清楚。尽管如此，还缺乏叶绿素分支大部分酶与调控蛋白的高分辨率晶体结构，无法从原子水平解释其催化和调控机制。为了解释叶绿素分支中相关酶与调控蛋白的催化与调控机制，本文主要以结构生物学结合生物化学的手段，研究了叶绿素分支前两步反应相关酶与调控蛋白的结构与功能。 叶绿素分支的第一个酶—镁螯合酶，由I、D和H三个亚基组成，平均分子量分别为40、70和140 kD。我们获得了集胞藻镁螯合酶H亚基—SyChlH的晶体，并通过单波长反常散射法(SAD)解析了其2.5(A)晶体结构，结构表明SyChlH由A、B和C三个结构域组成，在晶体的一个不对称单位中存在两个蛋白分子，它们之间存在一个不完美的二次轴，其中一个分子的A结构域与另外一个分子的C结构域之间存在氢键作用。通过体外共孵育并过分子筛层析的方式不能获得SyChlH-SyChlM复合物蛋白，表明它们之间的相互作用可能是瞬时作用。 Gun4能够通过与镁螯合酶H亚基(ChlH)相互作用并呈递底物分子原卟啉Ⅸ(ProtoⅨ)，促进镁螯合酶活性。通过蛋白与色素共结晶的方法。获得了镁螯合酶调控蛋白SyGun4的SyGun4-DⅨ和SyGun4-MgD复合物晶体（DⅨ和MgD分别为ProtoⅨ和MgP的类似物，水溶性较高），并通过分子置换法成功解析了它们1.5(A)和2.0(A)的晶体结构。观察结构发现，与已报到的apo-SyGun4相比，结构表面存在一个明显的卟啉结合口袋，口袋中含有对应的卟啉分子—DⅨ和MgD，结构比对发现口袋的形成主要是由于loopA6-A7和loopA2-A3的构象变化，两处构象变化共同打开一个完整的卟啉结合口袋。描述了结合口袋中的氨基酸残基，并通过等温量热滴定(ITC)实验鉴定了其中与卟啉相互作用的关键残基，另外还通过分子筛和ITC实验证明，只有结合底物的SyGun4才能与SyChlH相互作用，最后根据我们的结构和生化数据提出了SyGun4的底物呈递模型。 催化叶绿素分支第二步反应的酶为镁原卟啉Ⅸ甲基转移酶，主要催化镁原卟啉Ⅸ的C环C13丙酸基的甲酯化。通过原核表达与纯化手段分别纯化得到纯度较高的AtChlM和SyChlM蛋白，通过晶体筛选和优化获得了apo-SyChlM、SyChlM-SAM和SyChlM-SAH的晶体，并通过SAD法成功后解析了后两者1.6(A)和1.7(A)晶体结构，在此基础上使用计算机模拟的方法将底物分子MgP模拟到SyChlM的结构当中。根据晶体结构和底物模型，我们描述了SAM/SAH和MgP的结合口袋，结合定点突变、酶活测定和ITC等生物化学实验，找到了两个关键的催化氨基酸—His139和Tyr28，讨论了它们在催化过程中的作用，并根据结构数据提出了ChlM受氧化还原调控的可能机制，最后提出了SyChlM的催化机制。