药物在人体肝脏内能够被不同亚型的细胞色素P450酶代谢产生多种药物代谢产物,这些酶促反应产物往往会改变母体药物的活性、稳定性、水溶性以及生物利用度,甚至导致不可预测的副作用或毒性。针对药物代谢产物进行严格的药理学、毒理学、药效学和药代动力学研究,已经成为现代药物开发过程中的必需环节。因此,药物代谢产物是药物研究中的重要化学标准品。然而,由于P450酶催化的氧化性反应具有高度的区域/立体选择性,利用传统化学合成的方法对这些酶催化产物进行制备,存在选择性差、工艺复杂、得率低、成本高以及环境不友好等缺点;而人类和哺乳动物来源的P450酶通常是膜蛋白,限制了其在异源宿主中的应用。基于上述原因,开发具有类人源P450酶功能的生物催化剂,成为解决这一问题的有效途径。细胞色素P450酶PikC是来源于委内瑞拉链霉菌（Streptomyces venezuelae）,参与苦霉素（pikromycin）生物合成的单加氧酶,能够在大肠杆菌（Escherichia coli）等异源宿主中高效表达。本研究受到PikC与其底物相互识别机制的启发,通过底物筛选、体外酶反应、产物鉴定、还原伴侣及电子供体研究、蛋白结构分析及催化机理推测等技术手段,将这一细菌来源的P450酶开发成为一种可用于制备药物代谢产物的高效生物催化剂,本论文的主要研究内容包括:1、基于PikC的催化机理,选择了 19种结构中含有N-二烷基基团的临床药物,与高活性突变体PikCD50N进行体外酶反应;研究结果发现,PikCD50N能够催化其中15种药物的代谢反应并产生多种药物代谢产物;通过多种谱学方法对产物结构进行了鉴定,并与人体P450酶的代谢产物进行比较,发现PikCD50N与人体肝脏P450酶具有高度相似的产物谱。2、以“PikCD50N-氯丙嗪”代谢反应为模型,探究了不同还原伴侣和电子供体对产物分布的影响,特别是发现低成本的过氧化氢能够高效支撑PikCD50N的代谢反应;通过放大反应和产物制备,验证了 PikCD50N作为生物催化剂制备药物代谢产物的可行性;通过分子对接实验,发现底物氯丙嗪能够以多种构象结合于P450蛋白的催化口袋,从而导致了产物的多样性;通过催化口袋比较发现,PikCD50N与参与药物代谢的主要人体P450酶亚型CYP3A4具有较为相似的口袋形状,初步解释了二者之间相似的代谢产物谱。综上所述,本论文首次发现来源于链霉菌生物合成途径中的P450酶PikCD50N具有类人源P450酶催化功能,并且PikCD50N催化药物代谢反应具有可塑性强、成本低、催化效率高、底物范围广等优点,具备在药物工业中实际应用的潜力。本研究也为今后PikC及其它生物合成P450酶新功能的开发提供了有益借鉴。