水体富营养化加剧致使蓝藻水华频繁暴发,产生的次生代谢产物——微囊藻毒素（microcystins,MCs）对水生态系统与公众健康构成严重威胁。微生物作为生物群落中的分解者,在MCs的自然降解中具有重要驱动作用。通过DNA文库筛选与基因异源表达,在MCs降解菌中鉴定出编码功能水解酶的mlr基因簇（mlrABCD）。其中,MlrA（亦称microcystinase）负责催化起始反应,将环状MCs水解为低毒性线性产物。前期研究从滇池底泥筛选获得1株Sphingopyxis sp.USTB-05菌,该菌能遵循mlr机制对多种MCs进行降解。然而,野生菌生理系统中酶系较为复杂,缺少对MlrA酶学性质、活化机理、结构特征与底物水解机制的相关认识,严重制约了相应菌体或酶制剂在水体修复中的应用。因此,针对以上问题,本研究采用基因工程技术将USTB-05菌的mlrA基因克隆至大肠杆菌,重组表达MlrA后研究了其酶学性质;然后,在分析了该酶同源性、序列性质及系统发育关系的基础上,利用计算结构生物学模拟了MlrA的三维分子结构;最后,将MlrA与MC-LR进行分子对接,提出了该酶的底物水解机理,并通过定点突变对活性位点的功能性进行了验证。研究主要结果如下:（1）将Sphingopyxis sp.USTB-05菌mlrA基因构建到含有His标签的pET-21a（+）载体,并转入大肠杆菌BL21（DE3）中,经0.3 mmol/L IPTG诱导表达后发现重组酶的分子量约为25 kDa。MlrA为中性蛋白酶,pH值为7.4时酶活力最高,最适温度为40℃,在pH值为6.2～8.6或20～40℃条件下具有较高稳定性。MlrA不与金属离子配位结合,K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺等对其没有激活作用,Cu²⁺和Zn²⁺使酶完全失活;该酶的活性受EDTA影响,并在高浓度菲啰啉类化合物作用下发生非特异性解折叠。此外,MlrA的催化活性中心不含有重要的二硫键及巯基侧链。（2）MlrA属于CPBP膜内蛋白酶家族,具有高度保守的Abi功能结构域。基因挖掘显示MCs降解菌在与产毒蓝藻进行物种对抗的环境压力下,经基因转移获得Abi基因,并将MCs识别为类细菌素形成自免疫。生物信息学分析表明,MlrA为热稳定性高、疏水性强的碱性蛋白,并具有复杂的基因流动性,可通过水平基因转移向不同分类地位的细菌传递遗传信息。MlrA具有N端信号肽序列,将其引导定位在细菌细胞质膜。其分子结构主要由8个跨膜α-螺旋（TM1～8）组成,N末端和C末端指向细胞质,Abi（TM4～7）结构域通过不对称反平行排列形成向周质空间开放的锥形底物反应空腔,使溶剂与底物可进入酶分子内部的活性位点。（3）MlrA关键催化残基为Glu172、His205、His260和Asn264,其分子结构中不含结合Zn²⁺,EDTA对底物结合位点具有竞争作用。因此,MlrA不是金属酶。对MC-LR的水解机制主要为E172和H205桥接水分子形成酸—碱—亲核催化三联体,通过碱催化作用将水分子脱去质子并激活,以降低亲核残基的pK_a对Adda-Arg肽键进行攻击。其次,H260与N264构成氧阴离子穴,提供氢键使电荷聚集在过渡态氧阴离子上,以稳定产生的四面体氧阴离子中间体。最后,H205或E172催化Adda-Arg肽键中的胺离去基团发生质子化,使中间体崩解并将环状MC-LR裂解。