乳清酸核苷-5′-单磷酸盐脱羧酶（ODCase）催化乳清酸核苷-5’-单磷酸盐（OMP）脱羧生成尿苷-5’-单磷酸盐（UMP）是核酸生物合成的一个关键步骤,ODCase是目前已知催化效率较高的酶之一,它可以使自发脱羧反应的催化效率提高17个数量级还多。ODCase是一种蛋白质单成分酶,不包含任何的金属离子和辅基,且有结果显示其高效的催化能力只是来源于非共价作用。这一特性是脱羧酶所不常见的。这为我们更深入地理解酶的催化机理提供了一个理想的研究模型。1995年Wolfenden和Radzicka发现乳清酸核苷-5’-单磷酸盐脱羧酶是一种非常高效的脱羧酶,从此ODCase的催化机理成为人们关注的焦点。经过十几年的研究,ODCase的催化机理仍然没有公认的解释。以往的研究主要提出了:过渡态稳定化机理,基态去稳定化机理,C-5位置直接质子化机理,O-2（OMP的2’位氧原子）质子化机理,O-4（OMP的4’位氧原子）质子化的机理,亲电取代机理等几种重要的机理,这些机理大部分只单独研究了OMP的O-2、O-4、C-5等几个特殊的部位,没有综合地研究各部位的作用。而且以前的研究中虽然部分地考虑了水分子的作用,但没有重点和全面的去研究水分子的作用。本文在前人研究成果的基础上根据过渡态理论设计了各种模型,用密度泛函B3LYP方法计算了各模型的反应势垒和N-1位置的¹⁵N动力学同位素效应及C-6位置羧基碳原子的¹³C动力学同位素效应。结果显示反应势垒,¹⁵N动力学同位素效应和¹³C动力学同位素效应与实验值基本吻合,表明水分子在ODCase催化OMP生成UMP的过程中起重要作用。本文主要研究内容和取得的结果为:（一）采用混合泛函B3LYP的方法计算了质子化的水分子与OMP的O-2形成氢键对乳清酸核苷单磷酸盐脱羧酶（ODCase）催化作用的影响,得到OMP脱羧势垒为24.9kcal/mol。无水分子作用时势垒为39.6 kcal/mol,可看出水分子与O-2形成氢键后脱羧反应的势垒减小了。表明水分子在ODCase催化过程中起重要作用（二）用密度泛函B3LYP方法计算了OMP的O-2、O-4与水分子同时作用对OMP催化脱羧势垒的影响,并与O-2、O-4和水分子单独作用的情况相比较,同时考虑了过渡态稳定化机理,基态去稳定化机理。结果表明带正电荷的氨基酸残基通过水分子链的桥梁作用与底物OMP的O-2、O-4形成低势垒氢键,能够使OMP的脱羧势垒显著降低,也表明ODCase巨大的催化能力是ODCase的各催化因素协同作用的结果。（三）设计并优化了乳清酸核苷单磷酸盐催化脱羧的模型,计算了该模型的反应势垒、N-1位置的¹⁵N动力学同位素效应和C-6位置羧基碳原子的¹³C动力学同位素效应。结果显示¹⁵N动力学同位素效应和¹³C动力学同位素效应与实验值基本吻合,表明了水分子参与反应过程的可能性。