定向进化技术是应用不同的技术手段对基因进行人为改造，并且对符合人们意愿的RNA、蛋白或表达元件进行筛选的一门科学。在过去的几十年中，定向进化作为一种强大的技术平台强有力的托起了蛋白质改造这一伟大工程。随着现代分子生物学技术的应用以及高通量筛选技术的出现，它的作用日益突出。在本文的研究中，我们首先将定向进化技术应用到阿特拉津氯水解酶(AtzA)上。　　阿特拉津氯水解酶近几年已经引起了越来越多人们的关注，因为它能将有毒的阿特拉津转变为无毒的羟基阿特拉津。由于它自身的这种优势，所以可用来降解环境中有毒的阿特拉津。正是看中这种特质，本研究对阿特拉津氯水解酶进行了定向进化，以期望得到酶活力提高的突变子，从而为环境中阿特拉津的生物降解提供试验材料。但是，阿特拉津氯水解酶在大肠杆菌(E.coli)中以包涵体的形式存在，这大大限制了大肠杆菌在筛选体系中的作用。为了克服这种障碍，本研究利用一种基于雨生红球藻的高通量筛选方法，在随机突变文库中成功筛选到了8个活力提高的突变体，并对它们进行了酶比活力及动力学参数的测定。它们的比活力提高显著，是野生型的2.7到5.0倍，而且催化效率(kcat/Km)也提高至野生型的2.5至4.1倍。序列分析显示，酶活力提高最明显的两个突变体(10-7、21-1)为单氨基酸替换突变子，这表明其替换位点Val12或Leu395对酶功能的发挥有重要作用。共同拥有四个相同氨基酸替换的突变子(48-6、32-2、7-10)的获得也表明这四个氨基酸位点(M315、H399、N429、V466)也是十分重要的。通过对以6个同源蛋白为模板建立的三维模型的分析及配体位置及结合位点的预测，发现AtzA具有氨基水解酶家族典型的（β/α）8结构域及一个双β-sheet结构域。本研究确定了铁离子的空间位置及与之结合的五个氨基酸位点，指出与配体及底物结合的位点位于（β/α）8结构域中由8个β-strand组成的桶状核心内。此外，本研究通过分析突变位点的三维结构分布，认为临近（β/α）8结构域的β-sheet内的突变显著影响酶活性，这种影响可能是由于其整体结构稳定性的改变所致。　　利用大肠杆菌表达系统表达外源蛋白时，往往形成没有活性的包涵体，这一问题一直制约着生物制药产业的发展及重组蛋白的工业化生产，也为本实验阿特拉津氯水解酶进化子的筛选及酶活力的测定设置了障碍。为了了解包涵体形成的原因及其与蛋白质结构之间的关系，也为了对能够降解环境中阿特拉津的谷胱甘肽转移酶有更进一步的认识，本研究借助于蛋白晶体结构更为明晰的拟南芥Zeta类谷胱甘肽S-转移酶(AtGSTZ)进行包涵体形成的机理探索。利用易错PCR(EP-PCR)和DNA洗牌(DNAshuffling)相结合的定向进化方法对拟南芥Zeta类谷胱甘肽S-转移酶Ser73不溶突变子(S73F、S73L、S73K、S73R)进行改造，最终筛选到11个使包涵体消融的可溶突变子，并对其进行了酶比活力及动力学参数的测定。其中5个源自亲本S73R，3个源自亲本S73K，2个源自S73L，1个源自亲本S73F，这显示不同Ser73不溶突变子的恢复能力不同。溶解性恢复的突变均为点突变，未见缺失、重复等类型。多点替换突变子的溶解性高达80％，单点替换突变子的溶解性高达63％。突变体与野生型蛋白的表面结构及电荷对比分析显示，蛋白表面凹陷或裂缝的存在与否等结构上的变化以及整体表面电荷的改变是包涵体形成与消融的主要原因。此外，可溶突变子动力学分析显示，AtGSTZ的第164位点可能还与底物的结合有关，第140位或第160位可能还与酶的催化活力有关。