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稀少糖是在自然界中存在但含量极少的一类单糖及衍生物，作为一种功能性甜味剂，具有低热量、低吸收、抗龋齿、降血糖、改善肠道菌群等优点。阿洛酮糖（果糖的C-3差向异构体）和塔格糖（果糖的C-4差向异构体）是两种重要稀少糖。L-阿拉伯糖异构酶(L-AI)和D-阿洛酮糖3-差向异构酶(D-PE)是D-塔格糖和D-阿洛酮糖生物转化的关键酶，可分别催化D-半乳糖与D-塔格糖，D-果糖与D-阿洛酮糖之间的相互转化。 本课题组在前期工作中，克隆表达了来源于Anoxybacillusflavithermus的含有组氨酸标签的L-阿拉伯糖异构酶(AFAI)基因。为了对该酶蛋白进行更准确的表征，本研究表达了天然构象的不含有组氨酸标签的AFAI，并对其酶活性质进行详细测定。结果发现不含有组氨酸标签的AFAI的最适反应温度和pH分别为65℃、8.0-9.0，不具有金属依赖性但Mn2+可提高活性。含有和不含有组氨酸标签AFAI的性质的最大区别在于最适反应温度和可提高活性的金属离子，分别为95℃、Ni2+和65℃、Mn2+。分析其同源酶的晶体结构信息，发现L-AI为六聚体，且6个单体的C末端聚拢在六聚体的内部。根据性质比较，结合结构信息，猜测差异的原因可能是六个单体C末端的组氨酸标签相互靠近，并通过金属Ni2+络合在一起，从而大大提高了含有组氨酸标签的AFAI的耐热性。为了证实上述猜测，同时对L-AI的催化及嗜热机理进行研究，我们拟对AFAI进行晶体结构解析。在尝试了6种样品条件和768种养晶条件后，均没有晶体生长。通过SDS-PAGE和Western-Blot检测，发现导致结晶不成功的原因可能是蛋白聚集所导致的构象不均一以及目的蛋白被降解。 D-阿洛酮糖3-差向异构酶作为一类重要的稀少糖异构酶，也是本研究的重要研究对象。本研究中，通过同源序列比对，发现瘤胃菌Ruminococcussp.基因组中某一段开放阅读框(ORF)与根癌农杆菌D-PE基因的氨基酸序列具有50％以上的同源性。我们对来源于Ruminococcussp.的D-阿洛酮糖3-差向异构酶(RDPE)进行了克隆、异源表达和表征。实验表明，RDPE的最适反应温度为60℃，最适pH范围为7.5-8.0，没有金属依赖性但Mn2+可提高活性，Km值为216mM。此外，在催化机理的研究中，通过一套系统的筛选方法----同源建模定义底物结合中心，选择中心内的氨基酸残基;同源序列比对，选择结合中心位点中的完全保守位点和不完全保守的位点，从而分别得到了与其催化功能相关以及与其底物结合相关的关键位点。对筛选得到的位点进行定点突变研究，发现E34可能是D-PE行使催化功能的新的关键位点，通过影响催化氨基酸的解离状态来辅助完成催化功能。Y6既与底物结合相关又与催化活性相关;而A109则只与底物结合相关。