利用密度泛函方法（PBE1PBE）研究了大肠杆菌中deformylase的反应机理和酶对离子的选择性,研究过程中采用了只包括酶活性中心的小模型从头计算方法,也利用双层ONIOM方法计算了包括整个酶体系和反应底物的现实模型。结算结果表明,整个脱甲酸基过程包括以下几步：金属离子活化的水分子亲核加成到酰氨键的羰基碳原子上形成碳四面体中间体、质子转移和C-N键的断裂。反应的第一步是决速步,经过金属五配位的过渡态。通过ONIOM方法计算得出反应的活化能分别是：23.0kcal/mol（络合Zn2+作为附酶）、15.0kcal/mol（络合Fe2+离子作为附酶）和14.9kcal/mol（络合Ni2+作为附酶）,这些计算结果和实验测得的酶活性非常吻合。我们的结果显示,不同的金属离子对于配位数的喜好有差异,这影响了金属配位的水分子的亲核能力、底物羰基碳的亲电能力和对五配位过渡态的稳定性。这些差异主要由具体的配体特征和金属离子本身的电子特征决定。通过统计分析晶体结构和理论计算,以锌离子作为辅酶的酰氨键水解酶主要有两种配位形式：3His+H2O和2HisAsp/Glu+H2O。所有这类酶都必需在Asp/Glu的帮助下才能活化与锌离子配位的水分子。由于锌离子的配体差异,其Lewis酸性也不同,当锌离子的配体是3His+H2O的时,额外氢键供体Tyr可以帮助活化反应底物的羰基以及稳定五配位过渡态时产生的负电荷,但是这个氢键供体并不是必需的；当锌离子的配体是2HisAsp/Glu+H2O时,由于其中一个配体带有负电荷,降低了锌离子的Lewis酸性,额外的氢键供体来帮助锌离子一起活化反应底物和稳定五配位过渡态是必不可少的,比如：Tyr, His, Arg。在络合了锌离子的deformylase中,离子的配体是2HisCys+H2O,在酶的活性中心没有任何较强的氢键供体来帮助活化底物以及稳定五配位的过渡态,所以以锌离子为辅酶的deformylase催化活性低。利用双层ONIOM方法,对来自B. subtilis的Imidazolonepropionase（HutI）催化水解4-imidazolone-5-propionase（IPA）的内酰氨键生成产物N-formimino-L-glutamic acid的反应机理进行了研究。整个催化水解反应经过以下几步：在活性中心水分子的帮助下,质子从锌离子络合的水分子传递到Glu252的侧链羧基上,Glu252中性的羧基侧链与底物IPA的羰基氧形成氢键,从而提高了羰基碳的亲电性,同时与锌离子络合的水分子在质子转移后形成具有更强亲核能力的羟基。这两种因素同时作用,第一步亲核加成反应生成碳四面体中间体的反应活化能只有3.0kcal/mol左右。在His272的帮助下,与锌离子配位的羟基上的质子传递到碳四面体中间体的N3上,这一步是整个反应的决速步,势垒大概是17.8kcal/mol。这和实验测定的酶的催化反应速率是一致的。然后C4-N3键自发断裂形成最后产物,由于产物具有更大的极性,对于最后产物的释放起着很重要的作用。这个催化机理对于理解HutI的催化功能有着指导性的帮助,同时也对理解amidohydrolase家族中其它酶的催化机理有着指导性的意义。利用双层ONIOM（PBE1PBE:Amber）方法研究了ADA催化脱氨的反应机理,这个脱氨反应包括四步：与锌离子配位的水分子上的质子转移到Glu217的侧链羧基上、锌离子配位的羟基亲核加成到腺苷的C6上,形成碳四面体中间体、在His238的侧链咪唑基的帮助下,质子转移到氨上,C6-N键断裂形成最后产物肌苷。第一步加成反应生成碳四面体中间体的过程是放热反应,这步反应很快；第二步在His238帮助下的质子经过一个二维反应势能面转移到N,His238介导的质子转移是反应的决速步,计算的活化能大概是15kcal/mol左右。我们提出ADA的催化机理和以前大家认同的有不一致的地方,但是我们提出的机理可以很好的解释以往实验中的看似冲突的地方,特别是对于ADA的KIE的结果的理解（J. Am. Chem. Soc.,2007,129,8008-8017）。为了更进一步的阐述我们新提出的反应机理的合理性,我们针对ADA有目的设计了一系列点突变,并且培养了关键ADA突变体的晶体结构（Y240E,Y240E/E217Q）。这些点突变的酶动力学结果以及晶体结构都不支持以前的反应机理,同时和我们新提出的机理是一致的。