非天然脂肪族氨基酸是重要的医药中间体。L-环丙基甘氨酸是治疗糖尿病、抗病毒药物,蛋白酶抑制剂等的手性源,3-甲基正亮氨酸可作为合成除草剂类农药的关键中间体。目前,L-环丙基甘氨酸,3-甲基正亮氨酸主要是由化学法合成,包括催化还原法、光学拆分等,需要钯、镍等重金属催化剂,成本高,步骤多较为繁琐,且产品得率低,对环境污染大。现有生物合成法多采用NADH等辅酶还原体系,但利用效率低,成本高,不适宜大规模生产。本论文立足构建高效、绿色的非天然脂肪族氨基酸生物催化合成方法,利用转氨酶制备L-环丙基甘氨酸,3-甲基正亮氨酸,采用酶联用体系、定向进化优化方法提高转化率。本研究成功构建了大肠杆菌来源的支链氨基转氨酶、缬氨酸丙酮酸转氨酶重组菌,并分别以环丙基乙酮酸钠、3-甲基己酮酸钠为底物进行酶学性质检测:其中支链氨基转氨酶催化的最适p H为8.0,温度为40℃,底物摩尔比1:1.2,最适底物浓度是50 m M,转化率为23%;缬氨酸丙酮酸转氨酶最适氨基供体为L-丙氨酸,p H为8.0,温度为37℃,底物摩尔比1:1.5,最适底物浓度是75 m M,转化率为28%。将两者分别进行了如下优化:在支链氨基转氨酶催化反应组分中加入天冬氨酸转氨酶,L-天冬氨酸构成联用体系,经过组分浓度优化,基于最佳反应条件:50 m M环丙基乙酮酸钠、60m M L-天冬氨酸、10 m M L-谷氨酸,转化率从23%提升至82.3%,ee%＞99%。对于缬氨酸丙酮酸转氨酶的优化,利用连续易错PCR,通过3轮易错PCR筛选,得到正向突变株V3,转化率提高至野生型的2.75倍,产生4个突变位点:E232K,H370R,L243Q,E200A。基于这4个位点,进行了4轮迭代饱和突变,经过筛选,得到突变体VPATE200M,H370R,L243T,E232K,其转化率达到88%,4个位点的氨基酸组合为:E200M,H370R,L243T,E232K,是野生型VPAT的3.14倍。该突变体酶的的温度稳定性要优于野生型VPAT。本论文立足转氨酶催化合成非天然脂肪族氨基酸,为优化生物酶催化开拓系列合成平台提供了一定的理论意义和指导。