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摘 要

L-核糖是一种重要的医药中间体，由 L-核糖合成的各种衍生物，被广泛应用于抗肿瘤领域和抗病毒领域，由此可见L-核糖具有重要的医学价值。L-核糖在自然界中并不存在，需要由其他物质合成或转化才能得到，因此它是极其稀有的单糖。L-核糖制备方法从早期的化学合成法逐渐发展为近几年新兴的生物转化法。目前国外主要是通过研究不同菌种来源，寻找活性更高的异构酶来制备L-核糖。国内对 L-核糖的需求量较大，但是在稀有单糖这方面的研究却很少，因此加强对L-核糖制备的基础探索是目前稀有糖制备领域的研究重点之一。

L-核糖是一种抗病毒剂的重要前体，因此迫切需要高生产水平。为此，开发了从Geobacillus thermodenitrificans 中利用固定化重组大肠杆菌细胞表达L-阿拉伯糖异构酶和变体6-磷酸甘露糖异构酶的方法。在pH7.5，60℃，含1mM Co² 时，固化细胞从300g/L的L-阿拉伯糖中生产99g/L的L-核糖要3h，其转化率为33%（W/W），生产率为33g/L/h。在填充床生物反应器中的固定化细胞在前12天以0.2h^-1的稀释速率，33%的生产率和5.0g/L/h的生产率生产平均100g/L的L-核糖，在生物反应器中运行的半衰期为28天。我们的研究是对L-核糖生产的长期运行和商业化成本效益可行性的第一次核查。固定化细胞在本研究中以L-阿拉伯糖为底物时表现出最高的转化率。

关键词：L-核糖 L-阿拉伯糖异构酶 固定化细胞

Abstract

L-Ribose is an important medicine intermediate,having significant medicinal value. All kinds of L-Ribose derivatives are widely applied in anti-tumor and anti-virus field. L-Ribose belongs to extremely rare monosaccharide nonexistent naturally,being synthesised or converted from other matters. The preparation method has carried out the transition to new biotransformation method recently from early chemical synthesis ways. Seeking more activitical isomerase from different strain sources is the trend of L-Ribose preparation abroad now. The research of rare sugar is relatively less,but the demand of L-Ribose is huge. So we need to strengthen basic exploration about L-Ribose preparation which is one point of rare sugar research at the present time.

L-Ribose is an important precursor for antiviral agents,and thus its high-level
production is urgently demanded. For this aim,immobilized recombinant Escherichia coli
cells expressing the L-arabinose isomerase and variant mannose-6-phosphate isomerase
genes from Geobacillus thermodenitrificans were developed. The immobilized cells produced 99 g/L L-ribose from 300 g/L L-arabinose in 3 h at pH 7.5 and 60 °C in the presence of
1 mM Co² ,with a conversion yield of 33 % (w/w) and a productivity of 33 g/L/h. The
immobilized cells in the packed-bed bioreactor at a dilution rate of 0.2 h⁻¹ produced an
average of 100 g/L L-ribose with a conversion yield of 33 % and a productivity of 5.0 g/L/h
for the first 12 days,and the operational half-life in the bioreactor was 28 days. Our study is
first verification for L-ribose production by long-term operation and feasible for costeffective commercialization.The immobilized cells in the present study also showed the
highest conversion yield among processes from L-arabinose as the substrate.

Key word: L-Ribose ;L-AI;The immobilized cells

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 L-核糖的理化性质 2

1.3 L-核糖的生理功能 2

1.4 L-核糖的医药应用 3

1.5 L-核糖的制备 3

1.5.1 化学合成法 3

1.5.2 生物合成法 4

1.5.3 以核糖醇为原料制备L-核糖 5

1.5.4 以 L-阿拉伯糖为原料制备 L-核糖 5

1.6 论文意义及内容 6

第二章 实验材料与方法 6

2.1 实验材料 6

2.1.1 菌株与质粒 7

2.1.2实验仪器与试剂 7

2.2实验方法 8

2.2.1培养和表达方法 8

2.2.2固定化方法 9

2.2.3反应条件测定 9

2.2.4分析方法 9

第三章 结果与讨论 10

3.1 细胞固定化的优化和效率 10

3.2 pH和温度对固定化细胞生产L-核糖的影响 11

3.3 固定化细胞的热稳定性 12

3.4 细胞及底物浓度对固定化细胞生产L-核糖的影响 14

3.5固定化细胞间歇生产L-核糖 15

第四章 结论与展望 17

4.1 结论 17

4.2 展望 17

参考文献 18

致 谢 20

第一章 文献综述

1.1 引言

L-核糖是一种与生物遗传有关的重要糖类，在生理上具有非常重要的作用，也是各种核苷酸辅酶和各种核糖核酸的组成糖。伴随着基因工程研究的深入，人们发现L-核糖是合成多种抗病毒药物的重要中间体，可合成具有抗病毒活性的核苷类化合物，在抗艾滋病、 抗病毒中间体方面显示强大的潜能，其本身对正常细胞的毒副作用也很小^[1-3]。L-核糖经还原、脱氧、水解等加工还可生成2-脱氧- L-核糖，该中间体与腺嘌呤等有机碱形成的核苷衍生物，在癌症、 乙肝、 丙肝等疾病的医治中也具有很大的应用前景。随着 L-核糖应用面的不断扩大，工业化生产需求扩大^[4]，L-核糖在全球的需求量逐年增加,而自然界中的核糖主要以D-核糖形态存在，L-核糖在自然界和生物体内并不存在，需要由其他物质合成或转化才能得到，因此L-核糖是极为昂贵的稀有糖类。L-核糖的巨大价值使人们对制备和开发适用于工业化生产 L-核糖的方法越来越感兴趣。

1.2 L-核糖的理化性质

L-核糖（英文名称：L-ribose）分子式C₅H₁₀O₅ 。L-核糖的结构式如图1-1所示。

图1-1 L-核糖结构式

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