单加氧酶是一类可以催化在底物分子中插入一个氧原子的氧化酶。利用单加氧酶对有机化合物进行环氧化、羟基化在精细化学品的合成中具有重要应用价值，其优势在于温和的反应条件、良好的选择性以及简化的反应步骤。其中有代表性的单加氧酶包括细胞色素P450单加氧酶、苯乙烯单加氧酶等。本课题主要涉及两个部分:(1)细胞色素P450单加氧酶的挖掘、鉴定及全细胞催化体系的建立;(2)苯乙烯单加氧酶与羰基还原酶耦联的级联反应合成光学纯烯丙型环氧醇。　　第一部分:细胞色素P450单加氧酶(简称P450，CYP)在自然界中分布广泛，普遍存在于生物体中，可以催化多种化学法难以实现的氧化反应。为了进一步开发新酶，基于对已报道的P450功能及特点的研究，选择了CYP108A1(P450terp)作为P450新酶数据库挖掘的探针。在对筛选得到的P450单加氧酶进行异源表达、鉴定后，得到了五个P450新酶，依次为:CYP108A2，CYP108N1，CYP108N5，CYP108N6，CYP108N7。P450在催化过程中，需要额外的电子传递系统将电子由还原型辅酶(NADH，NADPH)传递到P450的催化中心。鉴于纯酶组成的体外(in vitro)反应体系稳定性较差，蛋白纯化复杂，构建了多酶共表达的全细胞催化体系，并针对P450反应的特点调整了蛋白的表达水平，借此优化了电子传递蛋白与P450的相对比例，实现了电子的高效传递。此外，基于相同的多组分共表达体系，又对三组外源电子传递系统进行了电子传递耦联效率分析，进一步优化了电子传递效率。　　基于全细胞催化体系，对五个筛选得到的P450单加氧酶进行了底物谱分析和催化能力比较。与探针CYP108A1类似，五个P450单加氧酶都可以催化苯乙烯衍生物的环氧化和乙基苯衍生物的羟基化，但选择性一般。丽在对硫醚衍生物的氧化能力比较中，CYP108N7表现出优异的选择性和转化能力。此外，CYP108N7还能够催化醚类的脱烷基反应，是一种多功能的生物催化剂。　　第二部分:苯乙烯单加氧酶(Styrene monooxygenases，SMO)可以选择性地催化苯乙烯衍生物的环氧化反应。在本课题中，SMO与两个羰基还原酶(ChKRED05，PFADH)共表达于大肠杆菌BL21细胞，构成一个级联反应体系。该反应体系可以由苄基烯丙醇出发，经过SMO选择性的环氧化反应生成两个构型的环氧醇，再由PFADH和ChKRED05两个选择性相反的羰基还原酶经过动态动力学拆分，最终只生成单一构型（S-）的环氧丙醇。该反应体系延续了先前本课题组已报道的反应构建思路，但通过更换两个羰基还原酶，合成了构型互补的光学纯环氧丙醇，也拓展并验证了该级联反应体系的通用性。