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鸟嘌呤核苷

发布日期:2018/10/24 14:04:31

背景及概述[1][3]

核甘是一类糖苷的总称。核苷是核酸和核苷酸的组成成分。核苷都是由D-核糖或D-Z-脱氧核糖与嘧啶碱或嘌呤碱缩合而成。核苷一般为无色结晶,不溶于普通有机溶剂,易溶于热水,熔点为160~240℃。由D-核糖生成的核苷称核糖核苷,参与RNA组成,由D-α-脱氧核糖生成的核苷称脱氧核糖核苷,参与DNA组成。

D-核糖与腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶或尿嘧啶缩合生成相应的腺嘌呤核糖核苷、鸟嘌呤核糖核苷、胞嘧啶核糖核苷、胸腺嘧啶核糖核苷和尿嘧啶核糖核苷,它们分别简称为腺苷(A)、鸟苷(G)、胞苷(C)、胸苷(T)和尿苷(U)。同样,D-2-脱氧核糖与腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶分别缩合可生成脱氧腺苷(aA)、脱氧鸟苷(aG)脱氧胞苷(aC)、和脱氧胸苷。

上述所有核苷都属于N-糖苷,其中的D-核糖和D-2-脱氧核糖都以β-呋喃糖形式存在,故它们对碱都很稳定;嘌呤类核苷易被酸水解,而嘧啶类核苷则不易,仅在浓酸长时间加热处理才水解。此外还有一些稀有核苷,如2′-O-甲基核糖核苷(Nm),包括2′-O-甲基核糖腺苷(Am)、2′-O-甲基核糖鸟苷(Gm)2′-O-甲基核糖胞苷(Cm)、2′-O-甲基核糖尿苷(Um)和2′-O-甲基核糖假尿苷等,是多种tRNA和真细胞mRNA的组成成分。

结构

应用[2]

鸟嘌呤核苷(Guanosine)是核苷的一种,是由鸟嘌呤与核糖(呋喃核糖)环组成,两者之间由β-N9-配糖键相连。鸟苷经过磷酸化之后可变成鸟苷单磷酸(GMP)、环鸟苷单磷酸(cGMP)、鸟苷双磷酸(GDP)或鸟苷三磷酸(GTP)。 若鸟苷与脱氧核糖相连,则会产生脱氧鸟苷。鸟嘌呤核苷是食品和医药产品的重要中间体。鸟嘌呤核苷的用途十分广泛,是食品和医药产品的重要中间体。

在医药工业领域,鸟嘌呤核苷主要是作为合成利巴韦林、阿昔洛韦等核苷类抗病毒药物的重要中间体,也是用于制造无环鸟嘌呤核苷(Acyclovir)、三氮唑核苷(ATC)、三磷酸鸟嘌呤核苷钠(GTP)、抗癌药物氟铁龙(5-氟脱氧尿苷)等药物的主要原料;在食品工业领域,鸟嘌呤核苷是作为呈味核苷酸鸟嘌呤核苷酸二钠的主要原料,与肌苷酸二钠混合简称I+G,添加到味精中即是第二代、第三代味精,具有十分广阔的市场。目前,鸟嘌呤核苷需求量以每年10%-20%的速度增加。

制备 [4]

鸟嘌呤核苷的生产方法有化学合成法、菌体自溶法、发酵法。由于化学合成法需要大量有机溶剂,存在原料来源及环境污染等问题在生产中极少使用;菌体自溶法由于其效率太低目前也基本不用;发酵法生产鸟嘌呤核苷由于其产率高、周期短、控制容易等优点,目前已经成为工业化生产鸟嘌呤核苷的重要方法。以枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)为发酵菌种制备核苷具有产量高、产物中副产物少、便于产物分离提取等优点,因而,枯草芽孢杆菌成为核苷发酵工业最重要的生产菌。

20世纪60年代日本就大规模开展了发酵法生产鸟嘌呤核苷研究,主要侧重于传统的诱变育种技术改变菌种特性,提高鸟嘌呤核苷产量,最高达20g/L,而且近几年对鸟嘌呤核苷发酵研究较少。而我国对鸟嘌呤系列的化合物的研究始于80年代,随着鸟嘌呤核苷市场需求激增,越来越多的科研机构对鸟嘌呤核苷发酵进行了全面深入的研究。

据调查显示,目前国内鸟嘌呤核苷发酵水平与世界先进水平有 很大差距。主要原因是育种技术落后,菌种产苷水平不高;发酵周期长、转化率及提取综合收率低。因此,开发高产鸟嘌呤核苷工程菌和高效生产工艺是十分必要的。

一种提高枯草芽孢杆菌发酵生产鸟嘌呤核苷产率的方法:

(1)摇瓶液体菌种培养:

①选用枯草芽孢菌GDGR-1006为保藏菌种;②将葡萄糖、磷酸氢二钾、硫酸镁、苹果酸、酵母粉、琼脂、水按比例配制成初级菌种培养基装入茄瓶;

③在步骤②所述的初级菌种培养基中接入保藏菌种,接种量为0.1%±0.02%,在温度37℃±0.5℃条件下,静置培养22h±2h后获得初级菌种;

④将所述的初级菌种放入摇瓶培养基中,接种量为0.1%±0.02%,在往复式摇床上培养,转速160±10转/分,温度37℃±0.5℃,时间周期12-14h,当菌种镜检及OD等各项指标达标后即获摇瓶液体菌种。

(2)高产率鸟苷发酵液制取:

①将葡萄糖液、磷酸氢二钾、硫酸镁、苹果酸、酵母粉、水按比例配制成二级菌种培养基,经121℃±1℃、15min±1min的蒸汽灭菌后泵入二级种子罐,降温至37℃±0.5℃后,接入步骤(1)④所述的摇瓶菌种,接种量为0.1%±0.02%,同时将经过0.25~0.3Mpa压缩、过滤后的无菌空气输入二级种子罐,此时通风比1∶0.2~0.4v/V.min,pH6~8,压力0.03~0.1MPa,培养10h~12h,经菌种镜检及OD等各项指标达标后即获得二级菌种;

②将葡萄糖液、磷酸氢二钾、硫酸镁、苹果酸、酵母粉、水按比例配制成发酵培养基,经121℃±1℃、15min±1min蒸汽灭菌后泵入发酵罐,降温至37℃±0.5℃后接入二级菌种,接种量为10%;同时按照上述步骤(2)①中保压无菌空气输入的条件下,将经120℃±1℃、8min±1min蒸汽灭菌后的葡萄糖液与苹果酸同时进行连续流加;此时通风比为1∶0.3~0.6v/V.min,pH 6~8,压力0.04MPa~0.1MPa,发酵50h~60h;当产苷达到45g/L±2g/L、转化率28%±2%时,即获得鸟嘌呤核苷发酵液。

主要参考资料

[1]  卫生学大辞典

[2] 蔡传康;王健;闫汝东.一种提高枯草芽孢杆菌发酵生产鸟嘌呤核苷产率的方法. CN201110063895.X ,申请日20110317

[3] 张科卫, 吴皓, 李伟. HPLC 同时测定半夏药材中次黄嘌呤核苷, 鸟嘌呤核苷的含量[J]. 药物分析杂志, 2005, 25(5): 487-489.

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