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谷氨酸脱羧酶（glutamic acid decarboxylase,GAD;EC 4.1.1.15）是一种依赖磷酸吡哆醛（PLP）的II类氨基酸脱羧酶,催化底物L-谷氨酸（L-glutamate,L-Glu）脱羧生成γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid,GABA）并释放出CO2。GABA是一种天然存在的非蛋白质氨基酸,因其具有降血压、抗抑郁、抗惊厥、改善睡眠等多种重要的生理功能,在食品、医药、化工等领域具有广阔的应用前景。本论文以前期解析的短乳杆菌（Lactobacillus brevis）GAD晶体结构（PDB:5GP4）为受体蛋白,结合半柔性分子对接、丙氨酸扫描、半饱和突变等手段,对GAD活性中心及其附近的关键氨基酸位点进行了研究,主要结果如下:（1）利用Discovery studio 2018分析GAD的晶体结构（PDB:5GP4）,获取辅酶PLP在受体GAD结合位点处10?范围内的9个关键氨基酸位点:K279、H278、S276、I211、S126、S127、S321、A248及C168。结果显示,PLP与GAD活性中心的K279形成共价的Schiff碱结构,其吡啶环由C168及保守残基A248固定;其磷酸基团与H278和S127分别形成氢键,来维持PLP在GAD活性中心正确的空间构象。基于丙氨酸扫描、定点突变技术及酶学性质研究显示,仅C168A保留野生型酶活力的22%,其余8个突变体活力均降至5%以下。因此,GAD活性中心附近与PLP产生相互作用的关键氨基酸位点,有助于稳定PLP的磷酸基团和吡啶环,并将其锚定在活性位点内,从而对维持GAD的催化活性具有重要意义。（2）利用Discovery studio 2018于坐标X:Y:Z=74.276:33.382:-10.477及CHARMm力场下对底物L-Glu与GAD/PLP复合体进行半柔性分子对接,并对所取得的关键氨基酸位点进行丙氨酸扫描及酶学性质验证。结果显示,突变体T215A对L-Glu的Km值（39.447±2.652 mmol/L）和kcat/Km值(1.227（mmol/L）-1?S-1)分别是野生型的0.956倍（41.283±2.279）和1.587倍(0.773（mmol/L）-1?S-1),表明该位点由Thr突变为Ala后GAD催化活性明显提升。进一步对T215位点进行半饱和突变,结果显示突变体活力均低于5%或没有可检测的活性。结合半柔性分子对接结果可知,T215位点突变后GAD催化效率的提高以及与底物亲和力的增加是该位点空间位阻降低和疏水性增加共同作用的结果。（3）利用PyMOL（TM）1.7.0软件预测GAD的loop区域并分析该区域中各个氨基酸残基的温度因子（B-factor值）,确定GAD结构中具有高B-factor值的柔性loop区域（Y308-E312）,并通过分子生物学手段对其进行逐一删除,获得相应的突变体。酶学性质分析结果显示,突变体ΔY308del、ΔYL308del、ΔYLG308del、ΔYLGG308del和ΔYLGGE308del在过量底物L-Glu存在下均未检测到催化活性;而突变体ΔL309del、ΔLG309del、ΔLGG309del和ΔLGGE309del的酶活力均在野生型酶活的5%以下,说明柔性环长度的减少会降低GAD催化活性而不完全失活。分子间相互作用模拟结果显示,柔性loop区域（Y308-E312）中氨基酸残基的缺失会破坏GAD活性中心附近分子内的相互作用,降低loop区域具有高B-factor值柔性环结构的稳定性进而影响了其催化活性。本研究采用生物信息学和蛋白质工程手段相结合的策略,明确了GAD活性中心及其附近的loop区域关键氨基酸残基位点在催化过程中的作用,为提升其催化效率提供了理论基础。