扁桃酸消旋酶（mandelate racemase，MR）(EC5.1.2.2)能在Mg2+辅助下催亿1，1-质子转移反应，使扁桃酸等手性化合物的一个单体转化为另一个单体。它在生物转化法产苯乙酮酸和手性化合物动态动力学拆分中都具有广阔的应用性。本文首先从恶臭假单胞菌中提取了扁桃酸消旋酶的基因，并利用分子生物学手段完成了包含扁桃酸消旋酶基因的重组质粒的构建。在诱导表达和纯化后测定了其比活为32.3U/mg。　　 在得到野生型扁桃酸消旋酶克隆的基础上，以其重组质粒为模版，利用改良后的一步法PCR定点突变策略成功构建了突变体V22R，并对它进行了诱导表达、纯化以及酶活的测定。结果表明，突变体比活为7.8U/mg，是野生型的24.1％。从分子层面对该突变体活性下降进行了机理性解释，认为其主要原因不是突变后第22位氨基酸侧链空间位阻的改变，而是：1）突变后极性基团的引入降低了口袋结构的疏水性，减弱了它与底物苯环的巯水作用力，从而影响酶与底物的正常结合；2)第22位氮基酸处于苯环附近，靠近带有部分正电荷的α碳原子而远离带负电荷的氧原子。突变后氨酸上的正电荷可能对底物产生静电排斥作用，从而不利于酶与底物的正常结合。　　 为了证实这一结论，利用了分子动力学模拟对酶与底物的米氏复合物进行分析，结果表明第22位氨基酸侧链与底物的静电势从0.036kJ/mol升高到了0.124kJ/mol。这说明氨基酸侧链极性的改变引起了侧链与底物分子之间的静电排斥作用。因而静电排斥作用也是导致突变体活性下降的原因之一。同时，突变后系统势能增加了283kJ/mol，进一步证实了第22位氨基酸侧链极性和带电性质的改变导致酶与底物结合状态的势能增大，从而引起活性大幅下降。从而说明了该位点侧链基团与R型底物间的静电作用对酶的催化活性有重要影响，为进一步合理地设计扁桃酸消旋酶的正向突变体提供了理论支持。　　 最后，本文为了建立扁桃酸消旋酶催化活性的预测模型，提出了一种能避免分子动力学方法在计算过渡态自由能中的误差的方法，获得了较为准确的预测结果，拓展了分子动力学模拟在的预测ΔG*中的应用。对三个能量组，系统总势能组、局部势能组和相互作用能组的考察表明，所研究的能量对象数值太大会产生较高的绝对误差，而若涵盖的原子对象不够充分，则不能完全反映出ΔG*的改变。而相互作用能组则克服了另外两组的这些缺点，不论在趋势或是单个对象的预测上都比另外两组表现出了明显的优势。尽管本研究所提出的方法在理论上无法对突变在催化位点的突变体的ΔG*与催化效率进行预测，但是仍然是提高扁桃酸消旋酶活性的理性设计的一个有力工具，既为该领域的研究提供了理论基础和方法参考，也为其他酶的理性设计与改造提供了较有意义的参考。