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赖氨酸脱羧酶(LDC)能够催化L-赖氨酸脱羧生成1,5-戊二胺和二氧化碳,是生物戊二胺合成途径中的关键酶。其催化产物1,5-戊二胺(Cadaverine)是一种广泛存在于动物、植物和微生物中具有生物活性的含氮碱性有机化合物,工业上可用于合成高性能尼龙材料。挖掘具有高催化活性、高pH稳定性、热稳定性好的LDC对戊二胺工业化生产具有重要的意义。本课题利用数据库酶基因挖掘技术,获得24个不同来源的LDC候选酶,并克隆表达了来源于云E.coli的CadA和LdcC作为对照,进行酶学性质表征。通过优化诱导表达条件,筛选出10个能够稳定表达的LDCs,其中来源于Photobacterium arngustum、Aliivibrio salmonicida、Edwardsiella tarda的PaLdc、AsLdc 和 EtLdc 酶活性较高。纯化了 LDC,并测定了纯酶的酶学性质。发现CadA、LdcC、PaLdc、AsLdc和EtLdc的最适pH分别为5.5、7.5、6.5、7.5、7.0。随着pH升高至8.5的碱性条件时,AsLdc和EtLdc仍分别保持45.6%和42.5%的相对活性,而CadA、LdcC和PaLdc的相对活性分别降低至7%、26.8%和5.2%。在各自最适pH下CadA、LdcC、PaLdc、AsLdc和EtLdc的最适反应温度分别为50℃、55℃、60℃、50℃ 和 60℃。经 50℃ 孵育 12 小时后,CadA、LdcC、PaLdc、AsLdc 和 EtLdc 分别能够保持50.8%、0%、61.7%、75.2%和46.3%的相对活性,这表明LdcC具有热不稳定性。CadA、LdcC、PaLdc、AsLdc 和 EtLdc 对底物 L-赖氨酸的 Km 分别为 0.75 mM、1.24 mM、1.15 mM、0.94 mM、0.68 mM。通过测定不同浓度戊二胺对LDCs的抑制,发现4-6 mM的戊二胺即可抑制LDC约50%的酶活力。采用蛋白质活性电泳和动态光散射方法研究了在不同pH下LDC的多聚体状态。结果表明AsLdc和CadA在各自最适pH下十聚体的比例最大,因此推测十聚体形式很可能是AsLdc和CadA酶活力最高的聚合形式。研究说明pH可以调控LDC的多聚体状态,而多聚体状态则会影响LDC的酶活力。最后,对AsLdc和CadA在1 L发酵罐水平进行全细胞催化生产1,5-戊二胺,当控制催化反应pH为5.5,催化7小时后,AsLdc和CadA的催化效率相当。当控制催化反应pH为7.5,催化7小时后,AsLdc和CadA的底物转化率分别为100%和82.8%,戊二胺摩尔产率分别为96.9%和97.5%。研究结果表明AsLdc在偏碱的环境下具有更高的催化性能,可大大减少生产过程中的酸用量,有望为工业化生产1,5-戊二胺提供催化性能优越的新酶源。