木质纤维素是自然界中分布最广泛、含量最丰富的可再生资源。利用这种资源来生产燃料乙醇等替代石油来源的能源和化学品已经被认为是解决能源危机、环境污染等重大问题的有效途径，而限制这个过程的关键是将木质纤维素转化为可发酵糖的纤维素酶的效率。本论文通过以生物信息学为指导的人工定向进化和分子对接的方法对纤维素酶E4进行研究，期望通过生物信息学的指导，利用分子生物学点突变技术可以提高纤维素酶E4降解结晶状纤维素的效率，降低利用木质纤维素生产燃料乙醇的成本。要对纤维素酶E4进行研究首先需要获得酶的晶体结构，但目前为止，还未得到完整的纤维素酶E4的晶体结构，因此，需要通过同源建模的方法对其进行建模。本文以文献报道的两个氨基酸突变位点为研究切入点，通过目标序列模板搜索、比对、建模，构建了E4的三维结构模型，进行模型评价，优化，再评价的循环，最终得到了一个结构较为合理的同源模型。在得到优化后的模型之后进行纤维素酶E4与底物纤维素的分子对接研究，探讨底物与酶的结合中起重要作用的氨基酸位点，发现酶的氨基酸残基ASN470、THR471、GLU478、LYS480、GLN522、ARG557、GLN561在底物与酶的结合过程中起了主要的作用，而文献报道的两个氨基酸残基PHE476、TYR520均位于底物与酶结合口袋附近，推测文献中对这两个氨基酸突变后酶降解活性得到提高的原因是这两个氨基酸所含有的苯环的去除，消除了苯环造成的局部的空间位阻，形成更有利于酶与底物分子的结合以及底物分子向酶催化中心的传递作用的环境。基于这个推测，我们选择进一步将位于结合口袋部位的含有苯环的氨基酸进行选择性突变，通过生物信息学的分析研究，用以指导分子生物学突变实验。之后进行E4的两组点突变方案的建模，用生物信息学的方法先模拟出突变后的模型结构，优化评估后获得的模型再次通过分子对接的研究查看结合模式的变化情况。结果显示所构建的两组突变模型的结构在能量和空间上均符合要求，模型与纤维素链两组分子对接前后底物与酶的氢键结合网络没有发生剧烈变化，酶的氨基酸残基ASN470、THR471、GLN522、ARG557、GLN561突变前后都与纤维素分子发生结合作用，显示这五个氨基酸位点在结合过程中起了重要的作用。鉴于酶与底物纤维素链结合反应十分地复杂，在本研究中，对结合模式作了初步的研究，两组突变能否提高纤维素酶的降解结晶状纤维素的能力还需进一步的研究，我们实验室将在接下来的分子生物学突变实验中加以检验。