手性分子是很多药物的重要组成单元。在过去几年中,手性分子的合成受到了越来越多的关注,而化学法合成手性分子需要用到过渡金属催化剂和复杂的手性配体。化学合成不仅反应条件苛刻、所用的手性配体价格昂贵,而且会引起一系列的环境污染问题。因此,在温和条件下通过绿色方法合成手性分子仍然是目前化学研究的热点。本论文主要开展了以下几方面的研究。脂肪酸脱羧酶FAP(WT-FAP)是近年发现的一个光敏酶,可以在光激发下催化长链羧酸的脱羧反应。本论文基于对该酶催化机理的认识,认为利用FAP催化的选择性光脱羧反应可以实现手性酸拆分,这是一种新型的手性酸拆分思路。但是在2-羟基辛酸的动力学拆分模型反应中,我们发现WT-FAP的活性和立体选择性(ees=22%)都很低,无法实现高效拆分。为了解决这个问题,我们在分子动力学模拟的基础上,利用理性设计的方法对FAP进行了蛋白质工程改造,得到了最佳突变株G462Y。该突变株具有很高的转化率和选择性,可以获得ees>99%的R构型羧酸。该突变株也展示了很宽的底物谱,可以获得一系列高ee值的含羟基、氨基官能团的手性羧酸。与α-功能化羧酸的其他酶促合成方法相比,FAP催化的拆分方法不需要NADPH(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)循环或原料的预先酯化或酰胺化。南极假丝酵母脂肪酶B(Candida antarctic lipase B,CALB)是当前应用最广泛的一种脂肪酶。本论文将CALB的突变和小分子配体对CALB催化空腔的修饰相结合,在对CALB醇口袋和酸口袋的一些关键位点进行突变的基础上,用小分子配体与突变株的半胱氨酸残基结合,改变了酶活性中心附近的空间结构,来调控CALB对手性羧酸酯水解拆分的立体选择性,取得了较好的效果。例如,对于2-苯基丙酸酯水解的模型反应,突变株W104A/T42C的R构型立体选择性从eep=32%提高到了与小分子结合后的eep=50%。而具有反转的S构型选择性的突变株V190C/A281F(eep=14.1%),与小分子配体结合后其S构型立体选择性进一步提升到了eep=80%。在对一系列手性酯产物进行底物扩展研究,发现小分子配体修饰酸口袋突变株V190C/A281F后,会明显提高对较大体积的手性酯的S构型水解立体选择性。最后,论文进一步将“小分子配体修饰脂肪酶调控手性酸立体选择性”方法应用到了枯草杆菌脂肪酶(Bacillus subtilis lipase A,BSLA)中。我们首先将BSLA活性位点附近的一些对立体选择性有影响的氨基酸突变成了半胱氨酸,通过小分子配体修饰,改变酶的结构,达到调控底物的立体选择性的目标。在2-(对甲基)苯基丙酸对硝基苯酚酯水解反应中,BSLA-M78C与小分子配体结合,产物R构型立体选择性从eep=59.3%提升到了 eep=92.9%。在突变株BSLA-M137C上加小分子配体成功实现了对底物选择性的反转。