生物体内存在着许多小基团转移/清除反应,如乙酰基转移反应、活性羰基化合物的清除过程等。这些反应对人体正常的新陈代谢起着重要作用,但其详细的反应机理尚不清楚。随着计算方法和计算机技术的飞速发展,计算化学在化学研究中已经占有越来越重要的地位。其中,密度泛函理论方法由于计算量适中,计算精度较高,已成功的应用在生物化学、药物化学以及材料科学等领域,成为计算化学领域中最重要的理论方法之一;而量子化学/分子力学（QM/MM）混合计算方法既可以兼顾计算的精确度,又可以计算原子数相对较多的体系,因此在处理酶反应体系方面得到了成功的应用。因此,本论文主要应用密度泛函理论的B3LYP方法和QM/MM方法对生物体内的一些小基团反应进行了研究。具体研究内容如下:第一章是概述,主要对生物体内进行的小基团反应,如乙酰基转移反应、活性羰基化合物的代谢以及N–乙酰–L–天冬氨酸的代谢进行概述,介绍了选题依据。本文主要的工作内容为研究上述反应的机理,并确定最终的反应途径。第二章概述了量子化学的理论基础以及几种量子化学计算的方法,如Hartree–Fock方法、密度泛函理论方法以及量子化学/分子力学（QM/MM）混合计算方法,并简要介绍其应用进展。第三章研究了硫醇枯草杆菌蛋白酶活性中心的半胱氨酸残基与底物乙酸乙酯的转乙酰基反应,并与甲醇分子辅助的乙酰基转移过程作了比较。计算结果表明,该反应有两种可能的反应路径:协同反应和分步反应。后者在竞争中占优势,是势能面上的最低能量反应通道。当甲醇分子辅助反应时,反应路径的优先次序并未发生改变,但活化势垒大大降低,降幅为38.1–85.9 kJ?mol-1。计算结果证实了实验得出的结论。第四章研究了吡哆胺清除1,4–二羰基化合物4–羰基戊醛的反应,并进一步研究了水分子辅助的该反应的机理。计算结果表明,该反应可通过两个连续的步骤最终完成。首先,通过竞争反应生成一个四氢吡咯类的化合物;随后,该四氢吡咯类化合物经过两条平行的脱水路径生成终产物——吡咯类化合物。另外,该反应还可能生成亚胺类的化合物,计算结果显示这是体系的一个副反应。最后,讨论了清除过程中取代基的空间位阻效应。当水分子辅助反应后,各过渡态和中间体的能量大大降低,反应更易进行。第五章研究了天冬氨酸酰基转移酶催化N–乙酰–L–天冬氨酸（NAA）水解的机理,并探讨了该酶抑制剂（NMPA）的作用机理。计算表明这两种物质的水解过程均存在协同反应和分步反应两条可能的反应路径,而分步反应路径是反应的主通道。天冬氨酸酰基转移酶催化NMPA水解所需的能量比NAA低的多,速率也更快。因此,一旦NMPA占据反应的活性位点,将有效地抑制NAA的正常水解。Zn离子和活性中心的残基（主要是Arg71和Arg168）与底物之间的相互作用对稳定反应体系、降低反应的活化能起着关键作用。