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谷氨酸脱竣酶(Glutamate decarboxylase,GAD)能催化L-谷氨酸(或L-谷氨酸盐)生成γ—氨基丁酸,是微生物发酵法产γ-氨基丁酸的关键酶。γ-氨基丁酸在食品药品等领域具有很高的工业应用价值。但是目前微生物来源的谷氨酸脱羧酶一般只在酸性范围内具有活性,当pH值偏中性时则酶活力显著降低,谷氨酸脱羧酶的这一特性为工业生产带来很大的问题。因此提高谷氨酸脱羧酶的偏中性条件下的活性对于提高其工业应用价值非常重要。本文中谷氨酸脱竣酶(BmGad)来源自于及megaterium CICC 10055菌株,经克隆至表达载体pET21b,并通过DNA测序知Bmgad基因含1404个碱基,表达载体经诱导表达和蛋白纯化后,经检测分子量大小约为53 kDa。将重组酶BmGad进行亲和纯化后进行酶学性质的研究,发现重组酶的最适温度为50℃,在30℃的时候稳定性较好;最适pH为5,在偏中性环境中比较稳定;2 mM的金属离子Zn2+、Fe3+、Fe2+、Cu2+会对酶活有不同程度的抑制作用,但没有金属离子可以明显的促进酶活;辅酶PLP在一定浓度范围内对酶活影响很大;在50℃ pH 7的条件下测定动力学常数得特征常数Km值为8.1 mM,Vm为149.3 U/mg。与现在已经研究报道的谷氨酸脱羧酶相比,BmGad在pH 5-6.5范围内有更高的酶催化活性。为了提高重组酶BmGad在偏中性条件下的催化活性,本文选择了七个突变位点对BmGad进行了基因工程改造。研究结果表明突变体BmGadGlu294Arg和BmGadHis467Ala在pH 5-6.5的范围内酶活相对于野生型均有一定程度的提高,在50°C pH 7的条件下分别测定它们的动力学常数得Vm值分别为210.8±6.9U/mg和179.8±4.1 U/mg。本文在优化了目的蛋白诱导表达条件后,对重组菌E.coli BL21(pET21b-Bmgad)进行了全细胞转化实验,来验证重组酶的转化能力。目的蛋白的最佳诱导表达条件为在菌体转接培养2 h后加入0.4 mM的IPTG在25℃条件下诱导培养,诱导时间为6 h。以分批补料的的形式,在37℃pH 7的条件下进行全细胞转化,转化12 h后,L-谷氨酸的总投入量为500 g/L,最终生成γ-氨基丁酸347.9 g/L,摩尔转化率为99.4%。