中文摘要：

对细胞色素P450 BM-3和谷氨酸脱羧酶进行了定向进化，获得了多个催化性质及酶活调控性质发生改变的突变酶。由于谷氨酸脱羧酶（以下简称GAD）在细胞中具有更重要和普遍的生理功能，故对其进行了重点研究。首先建立了一种基于显色反应对GAD进行高通量筛选的方法。然后通过同源建模对GAD的三维结构进行了预测和分析，并通过分析酶的结构和功能关系，提出了一个解释酶催化活力受pH调控的机理假说，并基于这一假说设计了酶的半理性改造方案，在高通量筛选方法的帮助下，成功地改变了酶活性受pH调控的性质。这不仅丰富了对GAD的结构－功能关系的认识，也为进一步研究与酶活力的pH调控性质相关的结构－功能关系提供了指导。此外，还采用分子动力学模拟方法对GAD上各氨基酸残基对GAD热稳定性的影响进行了分析，并通过分子设计方法，获得了两个热稳定性得到显著增强的GAD突变酶。对于所获得的这些突变酶进行了序列和结构分析，预测了突变酶的高级结构，分析了酶的结构－活性－活性调控三者间的关系，解读了酶的活性调节性质发生改变的机理，并在大肠杆菌中考察了酶活性调控性质改变对微生物代谢网络的影响。