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左旋多巴（Levodopa,L-DOPA）主要用于治疗帕金森综合症。虽然左旋多巴化学合成工艺已经发展得十分成熟,但是反应需要铅、汞等重金属造成环境污染。生物法合成左旋多巴具有反应条件温和、绿色无污染、产品对映选择性专一等优势。目前,主流的生物法是以丙酮酸、邻苯二酚为底物的酪氨酸酚裂解酶法。随着丙酮酸发酵生产工艺的快速发展,采用丙酮酸发酵联产法合成左旋多巴,降低了生产成本。本论文主要从酪氨酸酚裂解酶表达优化与酶学性质改善、全细胞催化反应优化、辅因子再生系统构建以及反应动力学模型构建四个方面对酪氨酸酚裂解酶与全细胞催化反应体系进行研究。主要研究结果如下:（1）酪氨酸酚裂解酶表达条件优化及摇瓶水平的全细胞催化反应优化。将来自于柠檬酸杆菌（Citrobacter freundii）、欧文氏菌（Erwinia herbicola）、荚膜红细菌（Rhodobacter capsulatus）的酪氨酸酚裂解酶在大肠杆菌（Escherichia coli）中异源表达,其中来自于C.freundii的酪氨酸酚裂解酶酶活最高,优化其最佳表达条件、最佳全细胞催化反应条件。确定了底物丙酮酸钠与邻苯二酚的最佳初始浓度、最佳底物分批补料策略。（2）酪氨酸酚裂解酶的热稳定性改造。基于Discovery Studio软件对酪氨酸酚裂解酶的同源模型进行半理性设计,预测对酶热稳定性具有关键影响作用的氨基酸位点,其中关键氨基酸GLU313不仅位于活性中心附近而且与酶的N端臂之间存在α螺旋结构关联。突变体E313W和E313M的热稳定性得到明显提高,其全细胞催化反应的左旋多巴合成量分别为47.5 g/L、62.1 g/L,相对于原始菌株的分别提高了110.2%、174.8%。（3）融合功能性短肽表达酪氨酸酚裂解酶活性包涵体。原始的酪氨酸酚裂解酶包涵体几乎不具有酶活,通过在酶的羧基端融合功能性短肽,其中TPL-DLK6、TPL-ELP10、TPL-EAK16、TPL-18A和TPL-GFIL16的包涵体均表现出酶活。相比于原始酶,TPL-DKL6、TPL-EAK16、TPL-18A、TPL-GFIL16的半衰期得到延长、热稳定明显得到提高。经过全细胞催化反应,其中表达TPL-EAK16的菌株左旋多巴合成量最高,达到53.8 g/L。（4）构建辅因子5-磷酸吡哆醛代谢途径。引入枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）168中依赖5-磷酸核糖为前体的5-磷酸吡哆醛代谢途径,构建TPL-Pdx S/T共表达体系,强化5-磷酸吡哆醛代谢量。基于核糖开关thi M、thi C的RNA结构中存在5-磷酸吡哆醛的结合位点,通过核糖开关在翻译水平对胞内5-磷酸吡哆醛代谢水平进行调控,获得菌株BL21-TPLST-Ribo1、BL21-TPLST-Ribo2,其左旋多巴合成量分别是69.8 g/L、66.9 g/L。（5）发酵罐水平全细胞催化反应优化与左旋多巴合成动力学模型构建。通过优化底物连续流加策略,控制反应体系中丙酮酸钠、邻苯二酚在最佳浓度范围,左旋多巴合成量最高为75.3 g/L。通过底物-反应初速率的测定与双倒数处理,确定左旋多巴合成动力学中的关键常数,比如""#=4.52 g/L、%"#=20.18 g/L、%"&=39.79 g/L、V（）*=0.53 g/L/min。通过以光滑球拟酵母（Candida glabrata）4H2为发酵菌株进行葡萄糖流加发酵生产丙酮酸作为底物,两批次反应的左旋多巴合成速率实际值分别为0.233 g/L/min、0.251 g/L/min,模型计算的理论值分别为0.275 g/L/min、0.256 g/L/min。