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D-甘露糖是D-葡萄糖C-2位的差向异构体,也是D-果糖的醛糖异构体。它具有益生元活性,可参与免疫调节,也可作为工业化生产功能性甜味剂甘露醇的原料。L-核糖是D-核糖的对应异构体,是一种稀有糖。作为一种重要的医药中间体,L-核糖可合成具有抗人类免疫缺陷病毒、巨细胞病毒和肝炎病毒活性的L-核苷类衍生物。近年来,D-甘露糖和L-核糖的生物合成受到了国内外学者的极大关注。D-来苏糖异构酶（D-Lyxose isomerase,EC 5.3.1.15）是一种醛糖-酮糖异构酶,可催化多种单糖之间的异构化反应,包括D-木酮糖和D-来苏糖,D-果糖和D-甘露糖以及L-核酮糖和L-核糖等。本课题主要研究了来源于嗜热细菌Peptococcus bacterium 1109的D-来苏糖异构酶,并分别构建了D-葡萄糖异构酶和该酶的共表达体系,实现从D-葡萄糖一步法生产D-甘露糖,以及L-阿拉伯糖异构酶和该酶的共表达体系,实现从L-阿拉伯糖一步法生产L-核糖,探索经济制备D-甘露糖和L-核糖的有效途径。来源于P.bacterium 1109的编码D-来苏糖异构酶基因片段的GenBank登录号为KLU40859.1,全长543 bp。克隆该片段,并将其连接至pET-22b（+）载体上构建重组质粒,导入E.coli BL21（DE3）中,加入IPTG诱导酶过量表达,使用镍离子亲和层析分离纯化目的蛋白,SDS-PAGE检测结果显示蛋白分子量约为21 kDa,与理论分子量结果相一致。凝胶排阻色谱结果显示蛋白全分子量约为42 kDa,推测重组酶为同源二聚体。P.bacterium 1109 D-来苏糖异构酶的最适pH为7.5,最适温度为70℃,Co2+可以显著提高其活力。该酶在70℃和75℃下比较稳定,最适底物为D-来苏糖,对D-果糖,D-甘露糖,L-核糖均有催化活性。以D-果糖为底物时,重组D-来苏糖异构酶的比酶活可达2.5±0.2 U/mg。以500 g/L的果糖为底物,在最适条件下反应8 h达到平衡,得到D-甘露糖96.0 g/L,平衡转化率19.2%。将来源于Acidothermus cellulolyticus的D-葡萄糖异构酶和P.bacterium 1109 D-来苏糖异构酶的编码基因分别连接至质粒pCDFDuet-1上,构建重组共表达质粒并导入E.coli BL21（DE3）,进行发酵培养。重组共表达细胞可利用D-葡萄糖生产D-果糖和D-甘露糖,体系的最适反应条件为pH 6.0和70℃,最适金属离子为Co2+,在60℃及以下具有较好的热稳定性。以500 g/L的D-葡萄糖为底物,可得到185.0 g/L的D-果糖和62.6 g/L的D-甘露糖。构建Alicyclobacillus hesperidum L-阿拉伯糖异构酶和P.bacterium 1109 D-来苏糖异构酶的共表达体系,研究重组共表达细胞利用L-阿拉伯糖产L-核酮糖和L-核糖的能力。该体系的最适反应条件为pH 6.5和65℃,最适金属离子为Co2+,50℃时具有一定的热稳定性。以500 g/L的L-阿拉伯糖为底物,可得到85.6 g/L的L-核酮糖和45.9 g/L的L-核糖。