目前，羰基还原酶催化的手性醇生物法制备途径因其出色的区域选择性和立体选择性而受到了越来越多的关注。羰基还原酶广泛存在于哺乳动物、植物、酵母和细菌内，在众多代谢途径中起到了至关重要的作用。而其在催化工业中的一个重要的角色就是用于催化制备众多光学纯手性药物中间体。目前羰基还原酶的工业应用受限于羰基还原酶较低的稳定性和高昂的辅酶成本。绝大多数羰基还原酶无法胜任生产过程中对于催化剂操作稳定性以及其他特殊性能的要求。所以挖掘新的羰基还原酶并且构建羰基还原酶库成为羰基还原酶走向工业应用的关键。同时，构建高效的辅酶再生系统，从而有效降低生产过程中的辅酶成本也是羰基还原酶工业化的重要途径。近年来广泛应用的双酶共表达全细胞催化剂能够实现高效辅酶再生，但同时也存在着缺陷。如何平衡同一宿主细胞中主反应用酶和辅酶再生用酶的表达成为了一个难以解决的问题。同时，由于其不可重复使用以及对底物产物的耐受性低，这一策略的应用一直受到制约。　　本研究聚焦于羰基还原酶催化的手性醇制备途径在实际应用过程中可能遇到的限制因素。通过挖掘新的羰基还原酶、提出新的辅酶再生策略同时研究该策略原理、验证该策略的可行性，期望推动手性醇生物法制备途径的应用进程。　　第一部分研究内容中，借助于最新的基因挖掘技术，完成了三个全新的来源于Lodderomyces elongisporus LH703的醛酮还原酶(LEAKR48，LEAKR49，LEAKR50)在大肠杆菌中的异源表达、纯化、序列比对和酶学性质解析。三个醛酮还原酶的氨基酸序列同源度分别小于40％，其中两个醛酮还原酶（LEAKR48和LEAKR49）分别归属于两个尚未命名的新的醛酮还原酶家族。而LEAKR50则来源于AKR3醛酮还原酶家族。三个醛酮还原酶在最适反应条件、稳定性和底物特异性上都具有较大差异，同时这些差异在序列比对中也得到了相应体现，有理由相信这一部分研究内容可以为后续的醛酮还原酶定向进化提供理论依据。不仅如此，LEAKR50表现了针对底物4-氯乙酰乙酸乙酯高达98％的光学选择性，这也从一个侧面验证了羰基还原酶挖掘的意义。　　在第二部分研究内容中，提出了利用交联酶聚集体集成辅酶再生系统的策略、阐明了该策略原理并完成了该策略的可行性验证。酮还原酶(KRED40)和葡萄糖脱氢酶(GDH1)通过交联酶聚集体制备方法集成在了一起，实现了手性醇生物法制备过程中辅酶的有效供给。依据这一辅酶再生策略制备的催化剂不仅具有制备过程简单、快速和廉价的优势，同时还展现了pH和热稳定性、底物耐受性、重复使用性和长时间操作稳定性。经过一系列参数优化，依据该策略制备的复合交联酶聚集体在初始0.1 mM辅酶的驱动下，于17 h的反应过程中获得了12，000的辅酶总转换数。不仅如此，该策略的普遍适用性还在不同的酮还原酶、底物和反应体系中得到了进一步验证。通过在交联过程中包埋四氧化三铁磁性纳米颗粒，复合交联酶聚集体还可以被赋予磁性，并实现其在磁场作用下的快速回收。磁性纳米颗粒的加入还增强了催化剂的长时间操作稳定性，在双相体系催化实验中其达到相近辅酶转化水平所消耗的时间相比于普通复合交联酶聚集体缩短了60分钟。辅酶供给系统集成化所带来的实际应用性给予了后续实验启发。　　在第三部分研究内容中，延续辅酶供给系统集成化的思路，借助表达载体pIND4，在光合细菌R.sphaeroides中实现了酮还原酶KRED42的异源表达。利用宿主菌内源光合辅酶系统对KRED42催化的还原反应进行辅酶供给。所构建的表达菌株R.sphaeroidesJPA1336-pIND4-42经过一系列制备和反应条件优化，在水/正己烷双相体系中催化70mM底物间氯苯乙酮，获得30％的最终转化率，e.e.值大于98％。在光控催化实验中，避光条件使该菌株的催化活性完全丧失，而重新光照又能使其再次获得稳定的催化活性，证实了对这一策略原理的预想。这一研究内容的目的在于，能够让基于此策略构建的表达系统兼容具有特殊性能的羰基还原酶，从而获得可控的催化性能，同时真正实现辅酶供给的集成化。这一设想还有待后续实验的完善和验证。