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α-酮戊二酸（α-ketoglutaric acid,α-KG）是一种二元短链羧酸,也是连接碳-氮代谢的关键节点,是微生物体内多种化合物的重要前体,广泛应用于食品、医药、精细化工等领域。目前,α-KG的生产制备方法主要有化学合成法、微生物发酵法和酶催化转化法。其中,化学合成法使用大量有害试剂,严重污染环境且限制其在食品等行业的应用。微生物发酵法存在副产物过多,发酵周期长等弊端。酶催化转化法具有催化反应条件温和、转化率高、反应副产物少,产物易分离等优点,适合α-KG的生产。本研究利用异源表达来源于Proteus mirabilis的L-氨基酸脱氨酶基因（pm1）的E.coli BL21（DE3）重组菌株催化底物L-谷氨酸钠合成产物α-KG,并从分子改造、表达载体优化、摇瓶和罐上发酵及全细胞转化条件优化等方面提高L-氨基酸脱氨酶合成α-KG的效率。论文主要内容如下:（1）将异源表达来源于Proteus mirabilis的L-氨基酸脱氨酶基因pm1的重组大肠杆菌E.coli BL21（pET20b-pm1）进行摇瓶上的发酵和全细胞转化的条件优化。确定最佳发酵条件为:种子培养时间10 h,诱导温度20℃,诱导时间12 h,诱导剂IPTG浓度0.06 mM,诱导时刻为菌液OD600值为3.0时;最佳全细胞转化条件为:转化温度30℃,pH 6.0,细胞浓度为20 g·L-1,最终α-KG产量达到61.80 g·L-1,底物摩尔转化率为39.6%。（2）通过在线网站SWISS MODEL获得来自Proteus myxofaciens的L-氨基酸脱氨酶晶体模型,与PM1同源性达93.74%。同源建模及分子对接后,分析该模型的结构,对其关键位点周围氨基酸进行饱和突变。通过多轮筛选后,获得六株产量高于对照的突变体,分别为G206R、P272F、V276C、V283I、E340S、E340G,产量分别较对照提高12.5%、18.2%、14.8%、4.5%、27.6%、17.0%。随后进行多轮复合突变,突变体G206R/P272F/V276C/V283I/E340S产量最高,达100.96 g·L-1,底物摩尔转化率为64.7%。（3）验证分子改造后的最适转化条件。通过在摇瓶上进行最优复合突变体G206R/P272F/V276C/V283I/E340S的全细胞转化过程中的温度、pH和细胞量的优化。确定最适温度为30℃,最适pH为6.0,最适细胞量20 g·L-1。（4）对重组大肠菌株进行表达载体拷贝数优化。构建不同拷贝数表达载体pRSFDuet-1、pETDuet-1、pCDFDuet-1、pACYCDuet-1的重组质粒,发酵及全细胞转化对比产物α-KG生成量。结果显示含有pACYCDuet-1表达载体的重组菌株产量最高,为106.37 g·L-1,底物摩尔转化率为68.1%,且培养结束时菌浓为对照的2.25倍,更有利于下一步的全细胞转化。（5）3 L发酵罐上进行发酵和全细胞转化条件及底物添加方式优化。确定发酵过程中最佳搅拌转速为400 rpm,最佳通气量为3.0 sL·min-1。全细胞转化过程中最佳搅拌转速为600 rpm,最佳通气量为3 sL·min-1。底物分三次加入,总浓度150 g·L-1,最高产量达93.46 g·L-1,底物摩尔转化率为79.8%。