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L-岩藻酮糖和D-核酮糖都是稀少糖,在食品、农业和医药工业具有广泛的潜在应用价值。它们属于戊糖,戊糖包括醛戊糖和酮戊糖两大类。总共有八种醛戊糖和四种酮戊糖,除少数几种是天然存在的糖,其他大多数都是稀少糖,在自然界存在极少。稀少糖拥有很大的商业应用价值,尤其是在医药领域。由于在自然界中含量极少,且化学合成法难度较大,稀少糖的价格较高,且无法满足工业化生产的需求。通过生物酶法,将L-岩藻糖和D-阿拉伯糖分别转化为L-岩藻酮糖和D-核酮糖,是一种有效的生产方法,具有广阔的工业应用前景。L-岩藻糖异构酶（L-FI;E.C.5.3.1.25）和D-阿拉伯糖异构酶（D-AI;EC 5.3.1.3）属于同一家族蛋白酶,催化功能相似,且底物谱较广。两种酶具有相似的异构化机理,均可催化L-岩藻糖和D-阿拉伯糖。目前,由于缺乏合适的生物催化剂,通过生物法催化L-岩藻糖和D-阿拉伯糖生产L-岩藻酮糖和D-核酮糖还没有实现工业化。这也导致了这两种糖的产量低且生产成本高。戊糖“Izumoring”策略提供了一个完整的戊糖转化方法,通过使用不同种类的酶将各种戊糖联系起来。总体来说,利用L-FI和D-AI酶法生产L-岩藻糖和D-核酮糖是一种较为经济、简单的方法。首先,L-FI是一种醛酮糖异构酶,在稀有糖的生产中起着重要的作用。本课题克隆表达了来源于Caldanaerobius polysaccharolyticus的L-FI,通过镍柱亲和层析纯化获得分子量为65 kDa的蛋白,比酶活为108.23 U mg-1。酶的全分子量为214 kDa,表明其是一个三聚体蛋白。纯化的C.polysaccharolyustic L-FI（Capo-LfIase）在55℃、pH6.5,并添加1 mM Mn2+的条件下,酶活最高。解链温度（Tm）为80.3℃。Capo-LfIase对L-岩藻糖展现出最高的催化特性,米氏常数（Km）、转换数（kcat）和效催化率（kcat/Km）分别为94.2 mM、23854 min-1 和 253.3 min-1 mM-1。在 45、55、65、75 和 85℃ 下保温 20 h,Capo-LfIase仍能保留50%的相对酶活。利用同源模型描述了底物L-岩藻糖结合的9个假定的活性位点,结果表明:Met185、Tyr440、Trp499和Asn527属于金属结合位点,而Glu302、Glu337、Asp361、Ser393 和His528 则属于底物结合位点。以 80 g L-1 的 L-岩藻糖作为底物,L-岩藻酮糖的转化率达28.2%,且没有副产物产生。与其他酶法合成L-岩藻酮糖的报道相比,通过利用Capo-LfIase催化L-岩藻糖转化为L-岩藻酮糖的产量相对较高。其次,本论文鉴定了热稳定性的Thermanaeromonas toyohienss来源的D-AI,可以用于D-核酮糖和L-岩藻酮糖的生产。利用亲和层析纯化蛋白,T.toyohensis D-AI（Thto-DaIase）单亚基分子量为66 kDa,全分子量为310kDa,因此为同源四聚体。以D-阿拉伯糖和L-岩藻糖为底物,比酶活分别达到98.08和85.52 U mg-1。在最适pH和温度条件下（pH 9.0、75℃）,添加1 mM的Mn2+可以激活重组Thto-DaIase。在75℃条件下保温10h,对D-阿拉伯糖和L-岩藻糖的残余催化活性均保留50%以上。分别以D-阿拉伯糖和L-岩藻糖为底物,Thto-DaIase 的Km、kcat和kcat/Km分别为 111/81.24 mM、18466/10688 min-1和166/132 mM-1 min-1。以80 g L-1的D-阿拉伯糖和L-岩藻糖为底物,反应达到平衡时,D-核酮糖及L-岩藻酮糖的转化率分别为27%（21 g L-1）and 24.9%（19.9 g L-1）。最后,分别以自然来源和商业来源（Sigma-Aldrich）的岩藻糖为底物,通过重组Paenibacillus rhizosphaerae L-FI（Pa-LFI）催化生产L-岩藻糖。从裙带菜中通过水解岩藻多糖（FPs）提取岩藻多糖,然后用于酶法生产L-岩藻酮糖。FPs含有35.9%的岩藻糖和少量的其他单糖。对重组Pa-LFI进行分离纯化,纯化得到65 kDa的单条带,蛋白全分子量为 396 kDa,为六聚体。在pH 6.5、50℃以及添加1 mM Mn2+的条件下,酶活达到最高,比酶活为104.5 U mg-1。重组酶的Tm值为75℃,50℃的半衰期为12.6 h。Pa-LFI对醛糖（L-岩藻糖）的异构化活性更高,Km、kcat和kcat/Km分别为86.2 mM、32831 min-1和335 min-1 mM-1。以100 g L-1的FPs和商业岩藻糖为底物,当反应达到平衡时,L-岩藻糖到L-岩藻酮糖的转化率分别为6%（5.6 g L-1）和30%（30.2 g L-1）。Pa-LFI催化L-岩藻糖生产L-岩藻酮糖,是一种有效而且简便的生产方式,且没有副产物。