L-氨基酸是非常重要的医药中间体,其合成方法受到广泛关注。来源于Pseudomonas dacunhae的L-天冬氨酸β-脱羧酶(ABDC)可以催化L-天冬氨酸发生β-脱羧反应生成L-丙氨酸并释放二氧化碳,目前该酶已用于L-丙氨酸的工业化生产。1963年,Wilson和Kornberg首次报道了来源于Achromobscter的L-天冬氨酸β-脱羧酶可以催化苏式和赤式-β-羟基-DL-天冬氨酸发生β-脱羧作用生成L-丝氨酸。由此受到启发,我们猜想ABDC是否能够催化其它天冬氨酸衍生物合成更多类型的L-氨基酸?因此,本文的研究目的首先是探索ABDC催化的底物谱范围,进一步地通过半理性设计对其进行分子改造,提高其合成L-高苯丙氨酸等L-氨基酸的能力。首先,我们对天然酶催化的底物谱进行探索,通过UPLC-MS鉴定发现天然酶可以催化3-位取代的天冬氨酸-β-羧基脱除反应。测定了酶对3-位取代天冬氨酸衍生物的比活力,发现天然酶更倾向于催化3-羟基-DL-天冬氨酸的β-脱羧,但其比活力仅为天然底物L-天冬氨酸的千分之一。其次,鉴于天然酶对非天然底物催化效率偏低的问题,我们以化学合成并拆分获得的大位阻3(R)-苄基-L-天冬氨酸为目标底物,采用半理性设计的方法对该酶进行分子改造。突变体T382G/R37A的比活力达到母本的15,400倍。该突变体对3(R,S)-甲基-DL-天冬氨酸的比活力是母本的3.2倍。推测其主要原因是,突变体的小位阻残基(G/A)为大位阻苄基取代的底物提供了足够的结合空间;这也与动力学参数的测定结果相一致。最后,我们利用上述突变体实现了 L-高苯丙氨酸的酶法制备,分析得率73%,分离得率50%。