纤维素酶是降解纤维素成葡萄糖的一组酶的总称。微生物纤维素酶在转化不溶性纤维素成葡萄糖方面具有非常重要的意义,在工业生产过程中应用这些纤维素酶已经迅速成为研究的热点。本研究在中国竹鼠肺炎克雷伯杆菌（Klebsiella pneumoniae）中分离了一种纤维素酶,并命名为Cel10。本研究的目的是鉴定潜在的产纤维素酶基因,阐明Cel10的纤维素酶活性及结构功能。并在结构基础上,进行酶的设计和优化以得到更高活性的纤维素酶。1.底物特异性分析表明,Cel10能够水解羧甲基纤维素（CMC）和结晶形式的微晶纤维素（avicel）及木聚糖（xylan）,但不能水解对硝基苯酚-β-D-吡喃葡糖苷（p-NPG）,表明Cel10是一种内切葡聚糖酶。系统进化分析表明,Cel10属于糖苷水解酶8（GH-8）亚家族。该酶的最适反应pH为4.0,但是在pH4.0-9.0范围内都很稳定。其最适反应温度为50℃,并且在20～60℃范围内都很稳定。Cel10的活性可被 Mn2+和 Co2+激活,但是被 SDS,EDTA,DTT,Hg+,K+,Na+,Cd2+,Fe2+和 Pb2+抑制。2.为进一步了解Cel10的底物特异性,我们用分子置换方法解析了其三级结构,分辨率为1.76埃。Cel10整体结构不同于其它大部分GH-8亚家族的酶。虽然形成了类似膜醋酸菌纤维素酶CMCax典型的（α/α）6桶状结构,但是缺少了一个螺旋。与GH-8亚家族中性质研究最为清楚的热纤维梭菌纤维素酶CtCelA进行结构比较,发现底物识别位点-3（Trp369）在Cel10中完全不存在。该位点的缺失导致在纤维素低聚糖降解端形成一个更开阔的底物结合口袋。3.为了使纤维素酶在活性木质纤维素材料加工过程中更加有效,我们需要潜在的高活性和高稳定性纤维素酶。本研究中,我们对内切葡聚糖酶Cel10进行了定点突变和碳水化合物结合组件(（CBM）的生物工程设计。出于这个目的,我们将Cel10活性位点周围的氨基酸作为改造位点。但是结果表明,与野生型相比,两个相关的点突变并没有明显改变Cel10的酶活。结论:本文为GH8亚家族纤维素的生物合成研究奠定了基础,GH8亚家族纤维素酶的结构研究表明其活性位点至少有5个糖基结合位点,这也解释了为什么GH8亚家族裂解纤维素寡聚糖需要至少5个D-葡糖基。但是,结构比较发现Cel10与CtCelA的活性中心明显不同,CtCelA中五个芳香族残基中的Trp205和Tyr369通过堆积相互作用,在CtCelA对底物的识别中起关键作用,但是Cel10中对应的氨基酸残基却并不保守。人们认为,这些活性中心的氨基酸在酶的不同催化活性中扮演着重要的角色,希望未来的研究人员能更清楚地了解纤维素基酶的效率和有效性。