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随着全基因测序技术的高速发展，被发现并共享的基因组序列数据不断扩增，而得益于此，挖掘得到的酮还原酶数量也与日俱增。酮还原酶所表现出来的底物特异性及高选择性等特点使之在有机合成领域展现出了巨大的应用潜力。酮还原酶能够催化羰基类化合物（醛或酮）还原生成相应的醇类产物，该过程在有机合成领域是十分重要及必要的。并且在还原过程中往往会引入手性分子，在制备各类高附加值的化合物如药物、农药、手性配体以及一些天然产物的过程中有着重要的应用，因此受到了研究者们的广泛关注。而目前大部分酮还原酶的工业化应用受限于低稳定性、低产物得率等因素。因此，挖掘具有工业化应用潜力的酮还原酶并构建相应的催化平台是促进酮还原酶投入工业应用的关键。 本论文基于公开的基因数据库从Saccharomyces cerevisiae CGMCC2.1、Candidamacedoniensis CICC1765、Lodderomyces elongisporus CGMCC2.1589、Lactobacillus kefirDSM20587和Thermoanaerobacter brockii ATCC53556中克隆到了10个酮还原酶基因，并成功地在大肠杆菌中异源表达。结合实验室保藏的酮还原酶酶库，以多种潜手性酮为底物，我们筛选得到了3个性质优良的酮还原酶，以此为基础建立了三种新型、有效的生物法合成光学纯手性醇的途径。主要内容如下: 一、(S)-N-Boc-3-羟基哌啶((S)-NBHP)是癌症靶向药物依鲁替尼的关键手性中间体，具有重大的应用潜力。来源于Saccharomyces cerevisiae的酮还原酶YDR541C能够高活性、高立体选择性地催化潜手性底物N-Boc-哌啶酮(NBPO)生成光学纯的(S)-NBHP。经镍柱亲和纯化后，该酶的酶学性质研究表明，最适温度为45℃，最适反应pH为8.0，且该酶底物谱范围较广，对NBPO有着最高的催化活力，为17.5 U/mg。由于反应中产物抑制的限制，在单水相反应中该酶最高只能催化300mM底物不对称还原。因此，我们引入了辛酸乙酯与水的两相反应体系去解除该限制。通过采用响应面优化法进一步优化该两相反应体系，最终确定最适反应条件为:辛酸乙酯的体积比50％，YDR541C菌体投量62 g/L，GDH菌体投量63g/L，反应温度35℃，反应pH8.0，反应搅拌速度200rpm，辅酶NADP+投量0.15 mM。在此条件下，我们最终实现了高达1.2M(240g/L)浓度NBPO的不对称还原。而该过程在不额外添加辅酶的情况下也可以顺利进行，己实现百克级规模生产，产物ee值为99.5％。 二、(R)-N-Boc-3-羟基哌啶((R)-NBHP）作为一种天然产物中的重要骨架结构，可用于高血压治疗药物贝尼地平等畅销药物手性中间体的生产。来源于Candidamacedoniensis的酮还原酶YGL039W能够高效地应用于光学纯(R)-NBHP的生物法生产。酶学性质研究表明，该酶最适反应温度为35℃，最适pH为7.0，有着十分优秀的温度稳定性和pH稳定性。同时发现2mM的金属离子Mn2+能够增强其催化活力，增幅为10％。在以NBPO为底物时，YGL039W的催化活力可以达到5.1 U/mg。经反应优化，由该酶介导的潜手性底物NBPO不对称还原反应可以实现高达2M浓度底物的完全转化，ee值在99％以上，反应TTN达到了20，000，具有强大的应用潜力。 三、(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯((S)-CHBE)是合成羟甲基戊二酰基CoA还原酶抑制剂的关键手性中间体，该类药物在治疗高血压、降低胆固醇等领域有着十分重要的地位，比如药物立普妥。4-氯乙酰乙酸乙酯(COBE)的不对称还原是合成(S)-CHBE的一条切实有效的途径。将来源于Synechocystis sp.的酮还原酶SrCR和来源于B.subtilus的GDH在大肠杆菌中进行共表达，构建高效的辅酶再生循环体系。以共表达菌 E coli/pET28a-SrCR-GDH的冻干菌体作为催化剂，能够高效不对称还原COBE，生产(S)-CHBE。但由于产物抑制，最高只能催化400 mM底物转化。通过引入吸附树脂构建原位产物移除系统，极大程度地提高了底物转化浓度，最终成功实现了高达3M浓度的COBE不对称还原，产物得率达到98.2％，光学纯(S)-CHBE的ee值达到99.4％。