作为非甾体类抗炎药物中的一大类,2-芳基丙酸类药物（2-arylpropanoicacids,2-APA）在临床中广泛应用于抗炎、解热和镇痛。2-APA的结构中均包含苯丙酸结构,木质素作为自然界唯一可再生的有机碳资源--生物质的主要组分,包含丰富的苯丙烷结构,为2-APA的合成提供了可再生的基础结构。另外,2-APA的药理学功能和药效与其α-碳的立体构型相关。其中,抗炎作用主要来自于（S）-对映体,而（R）-对映体的功能则与芳基的种类和取代有关。生物催化剂因具有高立体和化学选择性,以及温和、环保的反应条件,常用于合成光学纯的2-APA。然而,当前开发的生物催化剂的性能尚不能满足工业需求,开发新的和高效的生物酶并用于合成光学纯的2-APA颇为重要。大量的酯酶在木质纤维素的降解过程中发挥解偶多糖和木质素的作用。本论文的第二章中利用不依赖于纯培养的宏基因组学技术和功能筛选方法,从富含酯酶的竹林土壤样品中成功筛选到一个新的2-芳基丙酸乙酯类化合物水解酶Est924。氨基酸序列分析显示其属于bHSL酯酶家族,与GeneBank数据库中的氨基酸序列具有中等同源性（25%-64%）。Est924在最适反应温度（55℃）和pH（8.34）条件下水解布洛芬乙酯、萘普生乙酯和酮洛芬乙酯等2-芳基丙酸乙酯类化合物,产生具有低对映异构体过量值（ee）的（R）-对映体。鉴于Est924的广谱底物特异性,论文的第三章中利用半理性设计技术对Est924进行分子改造。通过结构分析和分子对接,找到控制bHSL家族酯酶对映选择性的关键残基。随后对Est924的热点位置进行定点突变,得到了倾向于水解（S）-2-芳基丙酸乙酯的变体 M1（Est924A203W）和 M3（Est924I202F/A203W/G208F）。变体的酶学性质研究表明其最适反应温度和pH以及相应的稳定性未发生明显的变化。在动力学拆分方面,最优变体M3高对映选择性地合成了（S）-萘普生（91%ee）、（S）-布洛芬（85%ee）和（S）-酮布洛芬（87%ee）。虽然Est924的变体具有较高的（S）-对映选择性,但仅适用于拆分布洛芬乙酯、萘普生乙酯和酮布洛芬乙酯,其催化性能仍不能满足工业生产中对酶的广谱底物特异性和高选择性的要求。除了筛选新酶,对现有酶的改造是制备工业用酶的另一个有效手段。酯酶Est816可以水解多种2-芳基丙酸乙酯,但对映选择性也较低。论文的第四章中采用理性设计技术,在保留其初始底物范围和对映选择性的前提下,变体Est816-M1（Est816A216F/F142Y/K238N）的催化效率提高了 11倍。通过结构比较和分子对接,以Est816-M1为基础,利用体积依赖型的聚焦迭代突变（focused on rational iterative site-specific mutagenesis,FRISM）技术,获得两个立体选择性互补的变体 Est816-M3（Est816F28W/S118P/G119S/V190L/F142Y/A216F/K238N）和Est816-M4（Est816A216F/F142Y/A149L/K238N）。以 Est816-M3和Est816-M4为催化剂,合成了一系列具有高E值的2-APA。本研究为木质素的高值化转化以及制备结构多样的光学纯α-手性羧酸提供了潜在的工业生物催化剂,并为提高酯酶的催化效率和对映选择性提供了结构基础。