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L-阿拉伯糖异构酶(L-AI)不仅能够催化L-可拉伯糖成为L-核酮糖，也能异构D-半乳糖成为D-塔格糖，它是目前生物催化生产D-塔格糖最为有效的酶。然而对于工业化生产而言，不同来源的L-AI在酶学性质上都有不同的缺陷。Lactobacillusfermentum CGMCC2921来源的L-AI(LFAI)其与已知蛋白结构的Escherichia coli来源的L-AI(ECAI)序列同源性为44.7％。本论文以ECAI的晶体结构为模板，通过同源建模构建了能反映LFAI蛋白真实结构的三维结构模型，通过结构分析以及序列比对筛选出了处于关键位点的氨基酸残基，考察了关键位点氨基酸残基的改变对LFAI与底物亲合作用的影响，研究了关键位点氨基酸残基的改变对LFAI、ECAI以及Bacillus subtilis str.168来源的L-AI(BSAI)最适反应pH以及酸性条件下pH稳定性的影响，取得的主要研究成果如下: 1.以大肠杆菌来源的L-AI酶的晶体结构为模板，运用Discovery Studio、Modeler等分子模拟软件构建了LFAI的三维结构模型。构建的模型中最优化氨基酸所占比例为91.6％，合理氨基酸比例为98.2％，Profile-3D得分为189分，说明构建模型与其本身氨基酸序列的匹配度很高，能够反映LFAI酶的真实结构。对模型与底物进行分子对接模拟，筛选出了可能对LFAI催化作用有影响的氨基酸残基。 2.通过对构建模型结构的分析以及序列比对，筛选出了对LFAI与底物D-半乳糖亲和力有影响的关键位点的氨基酸残基Q16，M311，K423和Q438。当这些位点的氨基酸突变为丙氨酸时，突变体酶Km值降低，其中突变体M311A降至本体的51.6％，对D-半乳糖的转化率提高了18.7％。当K423位点的氨基酸残基分别突变为丙氨酸、天冬酰胺或精氨酸时，突变酶与底物的亲和力以及D-半乳糖的转化率随着423位点突变氨基酸侧链长度的增加而降低。运用计算机分子模拟技术分析表明，当M311位点氨基酸突变为丙氨酸以后，催化位点氨基酸残基与底物D-半乳糖之间的氢键作用增强，导致与底物亲和力增大，从而提高了酶活力。 3.对在大肠杆菌中异源表达的LFAI、BSAI以及ECAI进行改造，筛选出对这三种L-AI酶的最适反应pH都有影响的关键氨基酸残基位点269、270、299。LFAI突变体D269K/Q270K/Q299K的最适反应pH由6.5改变为6.0，ECAI突变体E269K/Q270K/Q299K的最适反应pH由8.0改变为6.5，BSAI突变体E268K/Q269K的最适反应pH由7.5改变为6.5。同时这三种L-AI酶的突变体在酸性条件下(pH6.0)的pH稳定性也分别提升48％，293％和83％。在pH6.0时LFAI、ECAI、BSAI突变体对各自底物的转化率都有提升，LFAI突变体D269K/Q270K/Q299K和ECAI突变体E269K/Q270K/Q299K对D-半乳糖到D-塔格糖的产率最高可达52％和40％，BSAI突变体E268K/Q269K对L-阿拉伯糖到L-核酮糖的转化率最高可达62％。HPLC分析发现在酸性条件下极少副产物的产生促进了突变体L-AI酶转化率的提升。