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4-羟基异亮氨酸（4-hydroxyisoleucine,4-HIL）能够降低胰岛素抵抗作用,并且促进胰岛素分泌,是治疗II型糖尿病中一个颇有前景的潜在药物。L-异亮氨酸双加氧酶（L-isoleucine dioxygenase,IDO）能够催化L-异亮氨酸（L-isoleucine,Ile）生成4-HIL。实验室前期研究发现,IDO的稳定性及活性不高,并且在底物Ile浓度过高时IDO会受到一定程度的抑制,本论文对来源于韦氏芽孢杆菌（Bacillus weihenstephanensis）的IDO进行了分子改造研究,并利用突变体酶实现了在大肠杆菌（Escherichia coli）BL21（DE3）中全细胞转化合成4-HIL。主要结果如下。1.合成了来自B.weihenstephanensis的IDO编码基因（ido）,在大肠杆菌BL21（DE3）中经过表达、诱导及Ni柱纯化后,测定了其酶学性质。Ido的分子量约为29 kDa左右,并且以可溶性蛋白存在。该酶的最适pH为5.7,最适温度为30℃,在pH4.5-6.0之间以及温度20-40℃稳定性较好,以Ile为底物时,其Km和Vmax值分别为2.37 mmol/L和0.98μmol·mg-1·min-1。2.随后对ido进行定向进化,首先通过一轮易错PCR建立突变体文库,通过纸层析的初筛,从大约2000个突变体中,筛选获得了5株突变体。通过测定粗酶液的活力进行复筛,得到了两株正向突变体,即IdoN126H和IdoS47G/I191V。其中IdoN126H的活力是野生型Ido的2.8倍。3.接着对Ido进行定点突变,基于不同芽孢杆菌Ido的一级结构比对和底物动力学比较,确定了定点突变位点,最终用定点突变的方法获得了四株突变体。其中突变体IdoT130K性能最好,其粗酶液的活力相比于野生型提高了60%。4.为了结合各个突变位点的优势,对突变体IdoN126H进行定点突变,突变体IdoN126H/T130K的性能最好,其Km和Vmax值分别为1.51 mmol/L和1.50μmol·mg-1·min-1,比野生型Ido均有了一定的改进,是性能更优良的重组酶。5.最后分析了突变菌株在4-HIL合成中的作用,分别对表达野生ido和突变idoN126H/T130K的重组E.coli BL21（DE3）菌株进行全细胞转化,24 h后突变体表达菌株的4-HIL产量为66.50±0.99 mmol/L,Ile的摩尔转化率为66.5%,而野生型ido表达菌株的4-HIL产量仅为26.10±1.80 mmol/L,转化率为26.1%。经过全细胞转化条件的优化,突变体表达菌株和野生型Ido表达菌株的4-HIL产量分别提高到了79.15±0.50 mmol/L和46.49±6.19 mmol/L,因此突变酶IdoN126H/T130K有利于4-HIL的全细胞转化。