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手性胺是一类重要的药物中间体，广泛存在于天然产物和药物分子中。环状手性胺兼具氮原子的生物活性和杂环化合物的特性，因此环状手性胺的合成在工业上具有重要的价值。酶法催化亚胺的不对称还原制备手性胺，因具有理论得率高、环境友好、原子经济性好等优点，近年来受到学术界和工业界的广泛关注。本论文通过基因组数据挖掘的方法，筛选获得了三个新颖的亚胺还原酶，并成功地用于高效催化3H-吲哚和二氢异喹啉等环状亚胺的不对称还原;同时利用蛋白质工程技术，对酶的结构进行改造，提高了酶的催化性能。主要研究内容如下: 第一部分，亚胺还原酶的基因挖掘。以来源于Streptomyces sp.GF3587和Streptomyces sp.GF3546的R-选择性的亚胺还原酶(RIR)和S-选择性的亚胺还原酶(SIR)的氨基酸序列为探针，从NCBI数据库中挖掘潜在的目标基因进行分子克隆，并导入大肠杆菌BL21(DE3)中进行异源表达，成功获得了15个可溶表达的蛋白。分别以2-甲基-1-吡咯啉、6-甲基-2，3，4，5-四氢吡啶、2，3，3-三甲基-3H-吲哚和1-甲基-3，4-二氢异喹啉四个化合物作为模式底物对这15个候选酶进行筛选，最终从Paenibacillus lactis中筛选获得了两个性能优良的亚胺还原酶(PlSIR和PlRIR)，从Stackebrandtia nassauensis中获得了一个性能优良的亚胺还原酶SnIR，这三个酶被选择用于后续的研究。 第二部分，亚胺还原酶的酶学性质表征。对前期筛选得到的这三个性能较好的亚胺还原酶PlSIR、PlRIR和SnIR进行了纯化，获得的纯酶用于其性能表征。结果显示:PlSIR、PlRIR和SnIR的最适温度分别为40、50和50℃;最适pH分别为6.0、6.0和8.0;三者均具有较好的热稳定性，30℃下半衰期分别为347、165和64h;未发现对这三个酶有激活作用的金属离子。动力学研究，这三个酶对底物均具有较高的亲和力和催化效率，Km分别为0.48、0.26和0.056mM，催化效率kcat/Km分别为23.4、1.58和54.0s-1mM-1。 第三部分，3H-吲哚类亚胺的酶促不对称还原。研究发现:PlSIR和PlRIR对一系列的3H-吲哚和3H-吲哚碘盐都具有一定的活性，且它们对3H-吲哚碘盐的活性都明显高于对应的3H-吲哚。PlSIR能高效催化还原一系列3H-吲哚和3H-吲哚碘盐，产生高光学纯度的S型产物，分离得率高达87％,ee值高达＞99％。而PlRIR催化还原3H-吲哚和3H-吲哚碘盐生成R型的仲胺和S型的叔胺，产物的ee值可达66～98％。 第四部分，四氢异喹啉衍生物的酶促合成。SnIR对一系列二氢异喹啉衍生物具有还原活力，但随着底物位阻的增大，活力逐渐降低。另外，SnIR受到多个底物的抑制，而随着底物空间位阻的增大，抑制程度也相对减弱。在实际反应中，经过简单的助溶剂浓度优化，高达100mM(15g/L)的1-甲基-3，4-二氢异喹啉在4h内无需分批补料即可实现完全转化。实现了一系列二氢异喹啉衍生物的不对称还原，包括位阻较大且具有药用价值的底物1-苯基-3，4-二氢异喹啉，表明SnIR具备催化还原大位阻环状亚胺的能力。 第五部分，SnIR酶的分子改造。针对SnIR对大位阻二氢异喹啉活性较低的问题，我们对其进行了单点饱和突变、随机突变和组合突变，获得了一些有益突变体。其中突变体M4(T123I/G228T/Q215R)的对1-甲基-3，4-二氢异喹啉的催化效率kcat/Km相比于母本提高了3.3倍。在产物1-甲基-1，2，3，4-四氢异喹啉的制备反应中，突变体M4的时空得率高达268gL-1d-1，相比于母本提高了4.2倍。此外，筛选得到了一些三突变体，对多个大位阻二氢异喹啉的比活力提升了4～56倍。构建了一个小型突变体工具箱，实现了7个大位阻四氢异喹啉的高对映选择性合成，产物的ee值高达98％～＞99％。