来源于氧化葡萄糖酸杆菌Gluconobacter oxydans的一种新型醛酮还原酶Gox0644具有广泛的底物特异性，对2，3-二酮、α-酮醛、α-酮酯、2，5-二酮-D-葡萄糖酸及脂肪醛和芳香醛表现较高的还原活性，特别是选择性还原α-酮羰基化合物所生成的手性的S-羟基酮是多种药物合成的关键前体，而还原2，5-二酮-D-葡萄糖酸所生成的2-酮-L-古龙酸则是维生素C合成的中间体。根据醛酮还原酶家族的系统分类学法则，Gox0644命名为AKR5C3。　　 为了深入了解AKR5C3的底物识别和催化机理，从而实现酶的理性改造以促进其在手性合成工业中的应用，本论文首次报道了AKR5C3的晶体结构，并对其活性中心等结构域及其底物的选择性展开研究。　　 本论文得到了AKR5C3、二元复合物AKR5C3-NADPH及三元复合物AKR5C3-NADPH-Substrate的晶体结构，对比醛酮还原酶家族中已鉴定的蛋白质晶体结构，AKR5C3具有醛酮还原酶典型的(α/β)8桶状结构，但不存在醛酮还原酶家族典型的Loop结构，Loop结构一般与底物的识别和结合密切相关。结合点突变和活性检测实验，确定了保守的四联体Asp53、Tyr58、Lys79和His112组成酶的催化中心，负责底物的催化。Asp53和Lys234与辅酶NADPH的结合密切相关。Trp191和Arg192为酶与底物结合部位的关键氨基酸。　　 本论文通过点突变的设计、蛋白质晶体结构和酶学动力学参数的分析，重点探讨了53位Asp在催化反应中的作用机制，D53A突变形式促进了酶与辅酶的结合，导致结合的NADPH的位置偏移，从而对底物结合口袋产生影响；而且对辅酶亲和力的显著增强也促进了催化反应的效率。本研究还发现，位于底物结合部位的192位的Arg，与底物的识别相关，将其突变为Gly，可促进酶与底物的结合，特别是对疏水性强的醛类物质的识别。在研究关键氨基酸位点与酶功能的关系的同时，本论文所发现的这两种正向突变形式(D53A和R192G)对酶的活性改造提供了重要的理论依据。