甲酸脱氢酶（Formate dehydrogenase,FDH,EC 1.2.1.2）在生物法转化氨基酸生产中常用于还原型辅酶NADH的循环再生,能够以甲酸盐和氧化型辅酶NAD+为底物转移氢的同时生成反应所需的还原力,并且副产物CO2容易被排出,对转化体系的p H影响小,因此被认为是合成光学活性化合物中NADH再生的最佳酶之一,广泛用于食品、制药和化学工业。但是,野生型甲酸脱氢酶普遍存在酶活性低、催化效率差的问题,且甲酸脱氢酶蛋白结构的较高柔性决定了野生型甲酸脱氢酶在生产所需的温度条件下容易变性失活,导致产品转化率低,影响产品的工业生产。通过分子生物学和生物信息学等方法提高野生型甲酸脱氢酶活力和热稳定性对于生物催化拆分DL-正缬氨酸等手性氨基酸的生产应用具有广泛的应用前景。L-正缬氨酸是一种内源性代谢物,可用于营养剂和药物的合成,例如,L-正缬氨酸作为关键中间体用于常见高血压治疗药物培哚普利的合成。培哚普利被认为是目前为止治疗高血压和心血管疾病的最有效、最安全和最广泛使用的药物之一,因为它对不含巯基的血管紧张素转换酶（ACE）有持久的抑制作用,用于治疗高血压和心力衰竭。在这项研究中,通过对甲酸脱氢酶（FDH）的蛋白质结构进行建模并利用生物学软件对甲酸脱氢酶蛋白模型进行突变点预测,根据预测结果进行分子修饰并从中筛选出正向突变株,进行进一步的热稳定性改造。将改造后的突变体甲酸脱氢酶应用于L-正缬氨酸转化体系,提高了L-正缬氨酸的合成效率,具体研究内容显示如下:（1）以博伊丁假丝酵母（Candida boidinii）来源的甲酸脱氢酶为模板,利用HOTSPOT WIZARD v3.1进行三维结构模拟预测,构建了多个单突变甲酸脱氢酶重组菌株,并从中筛选出P68G、Q197K两个突变体,以NAD+为辅底物进行酶活力检测,突变体P68G、Q197K相较于野生型甲酸脱氢酶活力分别提高了11.4%和33%。（2）在单点突变的基础上,通过在甲酸脱氢酶I239位引入半胱氨酸突变与C262构成二硫键以提高其热稳定性,虽然相较于单突变体酶活力有所损失,但最终获得一株热稳定性显著提高,比酶活较野生型提高31%的组合突变株Cb FDH Q197K/I239C,将其基因命名为Cbfdh2。（3）在实验室前期已构建可高效催化合成L-正缬氨酸质粒的基础上,构建重组质粒p ET28a-Rtdaao S-Bpcat-Cbfdh2-Bcldh导入E.coli BL21,得到重组表达菌株E.coli BL21/L-nor2,构建多酶级联体系。在300 m M底物浓度全细胞转化条件下,重组菌株E.coli BL21/L-nor2的L-正缬氨酸转化所需时间12 h相较于野生型甲酸脱氢酶所构建的E.coli BL21/L-nor,L-正缬氨酸转化所需时间16 h缩短4 h,其转化速率是E.coli BL21/L-nor的1.33倍。（4）E.coli BL21/L-nor2的连续分批转化测试全细胞体系的重复利用率达到5次,且在重复利用体系中均保持较好的转化效率。在5 L发酵罐放大实验中,连续转化生产L-正缬氨酸,转化率达到99.9%。