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环氧化合物分子内存在较大张力，容易与亲核试剂发生亲核加成或取代反应，得到有区域选择性的开环化合物，进而可以形成各种不同的目标产物。环氧化合物是一类用途极广的重要有机合成中间体，在医学、药学等领域起着十分重要的作用。目前的环氧化反应普遍通过涉及多步保护反应的化学催化才能实现，从而使生产过程步骤复杂、副产物多、收率低。而生物环氧化因反应条件温和、专一性高，有很大的潜力替代化学环氧化。本课题主要利用酶定向进化技术，以细胞色素P450BM-3139-3为基础，进行甾体类药物合成中间体（黄体酮）的C16,17位点和烯烃类（环己烯、苯乙烯）双键位的环氧化生物催化研究。首先，通过分子生物学的方法，改造了源自Bacillus Megaterium的细胞色素P450BM-3139-3单加氧酶，克隆了源自Saccharomyces cerevisiae Y01、Kluyveromyces lactis NRRL Y-1140和Pichia Pastoris GS115的角鲨烯环氧化酶(Squalene epoxidase, SE)及源自Rhodococcus rhodochrous4.1480的3-酮基甾醇羟化酶(3-Ketosteroid-9α-Hydroxylase, KshAB)，实现细胞色素P450BM-3139-3和3-酮基甾醇羟化酶在大肠杆菌(E. coli)中的表达，初步测定相关酶的酶活，实现表达的酶作为进行目标化合物环氧化反应的生物催化剂。其次，建立了一种基于三硝基苯酚(picric acid)适合于16,17-环氧甾醇、环氧烯烃化合物检测的高通量筛选方法Picric acid assay，此种方法可以在室温中进行，简单、灵敏、成本较低，适用范围较广，可用于96微孔板中环氧化合物的高通量筛选，提高了筛选效率，整个检测反应可在2个小时内完成。再者，采用易错PCR (ePCR)和基因重排(gene shuffling)的方法对来自B.Megaterium的细胞色素P450BM-3139-3的基因片段进行定向进化突变文库的构建，采用7-ethoxycoumarin deethylation assay和PA assay的方法分别对突变文库进行酶活初筛和环氧化能力复筛，挑选4株环氧化能力较高的菌株进行测序分析，并与亲本酶序列进行比对，探讨氨基酸位点改变与催化功能之间的关系。最后，以克隆得到的环氧酶和定向进化改造后的突变酶作为生物催化剂，选取黄体酮、胆固醇、顺丙烯磷酸(cPPA)、环己烯、苯乙烯为底物，利用全细胞转化及体外酶催化的方法，测定酶催化生物环氧化反应的性质和能力。初步实现了环己烯、苯乙烯双键位和黄体酮C16,17位环氧化生物催化。