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α-苯丙酮酸（PPA）是一种多功能有机酸,广泛应用于制药、食品、化学工业。传统的化学制备法环境污染严重,微生物发酵法产量低。对于生物转化法,一般采用D-氨基酸氧化酶（D-AAO）催化D-苯丙氨酸合成PPA,反应过程中生成毒性副产物过氧化氢。来自Proteus.sp的L-氨基酸脱氨酶（L-AADs）可特异性催化L-苯丙氨酸（PLA）氧化脱氨基合成PPA,不生成过氧化氢且PLA比D-苯丙氨酸价格便宜。本论文中,在Escherichia coli BL21（DE3）中异源表达了来自Proteus mirabilis KCTC 2566的膜结合L-氨基酸脱氨酶（L-AAD）,构建的重组菌株生长态和静止态两阶段全细胞转化PLA合成PPA。主要结果如下:（1）在E.coli BL21（DE3）中过量表达来自Proteus mirabilis KCTC 2566的L-AAD,对诱导条件进行了优化,提高了L-AAD表达量。对L-AAD纯化步骤（去垢剂种类、是否超高速离心、缓冲液成分）进行了优化,最终L-AAD纯化了52倍,整体得率13%,比酶活0.94±0.01μmol PPA·min-1·mg蛋白-1。然后利用纯酶L-AAD一步法转化PLA合成PPA,并对转化条件进行了优化。最优纯酶转化条件(0.2 mg·m L-1 L-AAD,3.0g·L-1 PLA,5 mmol·L-1 FAD,p H 7.4,35°C)下,转化2.5 h,PPA产量为2.6±0.1g·L-1,转化率为86.7%,合成效率为1.0 g·L-1·h-1。（2）通过两阶段全细胞转化（生长态细胞转化和静止态细胞转化）,利用重组E.coli转化PLA合成PPA。首先,对摇瓶生长态细胞转化条件进行了优化(PLA浓度10g·L-1,温度35°C),并建立了两阶段温度控制策略（即前12 h,20°C低温诱导,然后向系统中添加PLA,并提高温度至35°C,直到反应结束）,转化16 h,PPA产量为7.2±0.4 g·L-1,PLA转化率为72.0%。然后对静止态细胞转化条件进行了优化(4 g·L-1PLA,1.2 g·L-1细胞催化剂,p H 7.4,40°C),转化6 h,PPA产量为3.3±0.2 g·L-1,PLA转化率为82.5%。分别从PPA产量、底物转化率、合成效率、稳定性、是否需要外加辅酶、可重复使用性这些方面,比较了酶转化和全细胞转化。（3）对3 L罐上两阶段全细胞转化条件进行了优化。生长态细胞转化最优PLA浓度为30 g·L-1,反应6 h,达到最大PPA产量21.5±1.3 g·L-1,底物转化率71.7%。然后对静止态细胞转化条件进行了优化(搅拌转速500 rpm,通气量1.5 vvm,PLA浓度15 g·L-1),3 h内底物转化率100%。结合影响罐上静止态细胞转化过程的三个主要因素（细胞失活、底物抑制、产物抑制）,构建了静止态细胞转化的动力学模型。经过验证,模型能够较精确地预测实验结果。（4）针对全细胞催化剂的副反应及L-AAD活性低的问题,结合PPA降解途径改造和L-AAD分子改造,提高了全细胞催化能力和PPA产量。首先,敲除了三种催化PPA降解的氨基酸转氨酶,静止态细胞转化PPA产量从3.3±0.2 g·L-1提高到3.9±0.1g·L-1,底物转化率达到97.5%。然后通过易错PCR结合定点饱和突变提高全细胞催化性能。三点突变体D165K/F263M/L336M有最高的静止态细胞转化PPA产量10.0±0.4g·L-1,底物转化率为100%,是野生型的3倍。改造菌株摇瓶生长态和静止态细胞转化PPA产量分别为19.8±2.3 g·L-1和10.0±0.2 g·L-1;3 L罐上生长态和静止态细胞转化PPA产量分别为45.1±2.1 g·L-1和30.0±1.2 g·L-1。（5）通过代谢改造加强E.coli FAD合成和再生系统提高全细胞活性。首先,向培养基中额外添加FAD,PPA产量提高,证明辅酶浓度是L-AAD催化的限制性步骤。然后过量表达和微调FAD合成途径关键基因（rib H、rib C、rib F）,提高转化初始胞内FAD浓度,静止态细胞转化PPA产量提高了90%(19.4±1.1 g·L-1)。然后构建了FADH2/FAD再生系统,表达了甲酸脱氢酶和NADH氧化酶,加强了FADH2/FAD再生速率。重组菌株摇瓶生长态和静止态细胞转化PPA产量分别为57.1±2.3 g·L-1和34.4±1.1 g·L-1;3 L罐上生长态和静止态细胞转化PPA产量分别为75.3±4.3 g·L-1和58.4±3.2 g·L-1。