本发明专利技术涉及一种利用生物酶催化技术制备3α‑羟基‑7氧代‑5β‑胆烷酸的方法及其制备用7α‑类固醇脱氢酶。该方法以鹅去氧胆酸为底物，在NAD、乳酸脱氢酶、丙酮酸钠以及缓冲溶液存在的条件下，用7α‑类固醇脱氢酶催化鹅去氧胆酸制备3α‑羟基‑7氧代‑5β胆烷酸，其中7α‑类固醇脱氢酶来源于Brevundimonas naejangsanensis。该方法操作简单、反应条件温和易控、反应时间短、对底物的转化率高达99.8%以上，所获得的产品的含量在96.8%以上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分子生物学与生物
，特别涉及一种利用生物酶催化技术制备3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸的方法及其制备用7α-类固醇脱氢酶。
技术介绍
3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸又名7-酮石胆酸，是制备熊去氧胆酸的重要中间体。而熊去氧胆酸是名贵中药熊胆的主要有效成分，具有增加胆汁酸分泌、并使胆汁成分改变、降低胆汁中胆固醇及胆固醇脂等功效，主要用于治疗胆石疾病。众所周知，熊胆是一种非常稀缺的资源，原因在于其获取的传统途径主要是依赖于人工养殖活熊取胆的方法。目前，这种周期长、收率低且不人道的传统途径逐渐被人工合成方法所取代，而现知的人工合成熊去氧胆酸的方法中，3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸都是极为重要的中间体。目前3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸的工业化生产多采用化学法，但是存在操作条件苛刻、选择性低、污染环境、使用大量有机溶剂、存在有机溶剂残留、有毒有害等缺点。为了解决化学法存在的诸多缺点，人们另辟蹊径，寻找更好的生产途径。中国专利技术专利CN1912192B公开了一种采用电化学合成制备3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸的方法，但是此种方法依然需要使用有机溶剂，并且成本较高。中国专利技术专利申请CN105368828A公开了一种采用全细胞催化制备3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸的方法，但是此种方法需进行细胞发酵培养，存在反应时间长、操作繁琐、产物复杂等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸的新的制备方法，以解决上述
技术介绍
中提到的现有制备方法所存在的有机溶剂残留、条件苛刻、反应时间长、操作繁琐、成本较高、污染环境等缺点，本专利技术同时提供了该新制备方法适用的生物酶。为实现上述目的，专利技术人经过长期大量的实验摸索，在经历上百次的失败尝试之后，终于筛选出适用于细胞外生物催化制备3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸的生物酶，并在此序列基础上进行优化，获得了活性提高和去除底物抑制的突变体酶，从而开发出一种新的制备3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸的方法，其特征在于：以鹅去氧胆酸为底物，在NAD、乳酸脱氢酶、丙酮酸钠以及缓冲溶液存在的条件下，用7α-类固醇脱氢酶催化鹅去氧胆酸制备3α-羟基-7氧代-5β胆烷酸，所述7α-类固醇脱氢酶来源于Brevundimonasnaejangsanensis，所述乳酸脱氢酶的核苷酸序列如SEQIDNO：3所示，在整个催化反应体系中，所述底物的浓度为50～100mg/mL，所述NAD的浓度为0.01～0.25mg/mL，所述丙酮酸钠的浓度为10～30mg/mL。上述方法中所使用的两种酶的具体存在形式包括液态酶、固态酶以及各种固定化酶，可以是未经纯化的粗酶形式，也可以是经部分纯化或完全纯化的形式。优选地，控制所述催化过程在温度为25～35℃，pH值为7.5～8.5的条件下进行。优选地，所述缓冲溶液为50～100mM磷酸钾缓冲液。优选地，上述制备方法还包括如下提纯步骤：待所述催化过程反应结束后，调节pH值为1.0～2.0，搅拌20～30min，待冷却后再经过滤水洗干燥后即得3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸成品。更优选地，上述制备方法还包括如下精制步骤：将获得的3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸成品用8-15倍无水乙醇50-60℃水浴条件下搅拌回流0.5-1h，过滤，取滤液进行真空减压浓缩至1/4-1/5体积，再加入4-5倍纯水搅拌1h，过滤，将滤饼真空干燥过夜，即得3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸精制品。优选地，上述制备方法中所使用的7α-类固醇脱氢酶为如下（a）或（b）的蛋白质：（a）其氨基酸序列如SEQIDNO：2所示的蛋白质，（b）在（a）限定的氨基酸序列中经过取代、缺失或添加一个或几个氨基酸并且在NAD存在下以鹅去氧胆酸为底物具有比氨基酸序列如SEQIDNO：2所示的亲本高的7α-类固醇脱氢酶催化活性的由（a）衍生的蛋白质。更优选地，所述7α-类固醇脱氢酶与如SEQIDNO：2所示的氨基酸序列相比在选自至少一个下述位点处具有至少一个突变：第40位、第41位、第66位、第67位、第144位、第157位、第190位以及第192位。更优选地，所述7α-类固醇脱氢酶具有至少一个下述突变：D40K、L41R、D66K、V67R、S144A、Y157W、I190R以及T192A。本专利技术还提供了一种7α-类固醇脱氢酶，所述7α-类固醇脱氢酶来源于Brevundimonasnaejangsanensis，用于催化鹅去氧胆酸制备3α-羟基-7氧代-5β胆烷酸，所述7α-类固醇脱氢酶为如下（a）或（b）的蛋白质：（a）其氨基酸序列如SEQIDNO：2所示的蛋白质，（b）在（a）限定的氨基酸序列中经过取代、缺失或添加一个或几个氨基酸并且在NAD存在下以鹅去氧胆酸为底物具有比氨基酸序列如SEQIDNO：2所示的亲本高的7α-类固醇脱氢酶催化活性的由（a）衍生的蛋白质。优选地，所述7α-类固醇脱氢酶与如SEQIDNO：2所示的氨基酸序列相比在选自至少一个下述位点处具有至少一个突变：第40位、第41位、第66位、第67位、第144位、第157位、第190位以及第192位。优选地，所述7α-类固醇脱氢酶具有至少一个下述突变：D40K、L41R、D66K、V67R、S144A、Y157W、I190R以及T192A。有益效果：1、与现有的3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸的制备方法相比，本专利技术提供的方法具有操作简单、反应条件温和易控、反应时间短、不使用有机溶剂、无毒无污染且成本低廉的优点，经实践证明，本专利技术提供的方法的反应时长仅需4～12小时，其对底物的转化率高达99.8%以上，所获得的产品的含量在96.8%以上。2、本专利技术筛选出了适用于细胞外生物催化制备3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸的7α-类固醇脱氢酶基因，并在此序列基础上进行优化，获得了活性提高和去除底物抑制的突变体酶，这些突变体酶表现出高的选择性使得该方法不会形成副产物，这些突变体酶的高催化活性和高专一性使得3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸酶法大规模生产的成本更低，具有较高的工业应用价值。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明，以下实施例是对本专利技术的解释，本专利技术并不局限于以下实施例，实施例中未注明具体条件者，按常规条件或者制造商建议的条件进行。本专利技术提供的3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸的制备方法的具体实施过程如下：将鹅去氧胆酸悬浮于50～100mM磷酸钾缓冲液（pH8.0）中，用10M的NaOH调节pH到8.0，再加入终浓度为10～30mg/mL的丙酮酸钠并用10M的NaOH调节pH到8.0，加入7α-类固醇脱氢酶和乳酸脱氢酶，最后加入终浓度为0.01～0.25mg/mL的NAD，底物终浓度为50～100mg/mL，反应在温度25～35℃、200～400rpm和pH7.5～8.5进行，反应时间为4h～12h。每隔一定时间取反应液用流动相稀释50～100倍，微孔过滤后进样进行液相分析。液相检测使用PhenomenxGemini5μmNX-C18110A250×4.6mm为分析柱，流动相为乙腈:缓冲溶液（取磷酸二氢钠0.78g,溶解1L水中，用磷酸调pH值为3，即可）:甲醇=30:37:本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种3α‑羟基‑7氧代‑5β‑胆烷酸的制备方法，其特征在于：以鹅去氧胆酸为底物，在NAD、乳酸脱氢酶、丙酮酸钠以及缓冲溶液存在的条件下，用7α‑类固醇脱氢酶催化鹅去氧胆酸制备3α‑羟基‑7氧代‑5β胆烷酸，所述7α‑类固醇脱氢酶来源于Brevundimonas naejangsanensis，所述乳酸脱氢酶的核苷酸序列如SEQ ID NO：3所示，在整个催化反应体系中，所述底物的浓度为50～100mg/mL，所述NAD的浓度为0.01～0.25mg/mL，所述丙酮酸钠的浓度为10～30mg/mL。
【技术特征摘要】
1.一种3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸的制备方法，其特征在于：以鹅去氧胆酸为底物，在NAD、乳酸脱氢酶、丙酮酸钠以及缓冲溶液存在的条件下，用7α-类固醇脱氢酶催化鹅去氧胆酸制备3α-羟基-7氧代-5β胆烷酸，所述7α-类固醇脱氢酶来源于Brevundimonasnaejangsanensis，所述乳酸脱氢酶的核苷酸序列如SEQIDNO：3所示，在整个催化反应体系中，所述底物的浓度为50～100mg/mL，所述NAD的浓度为0.01～0.25mg/mL，所述丙酮酸钠的浓度为10～30mg/mL。2.根据权利要求1所述的3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸的制备方法，其特征在于：控制所述催化过程在温度为25～35℃，pH值为7.5～8.5的条件下进行。3.根据权利要求1所述的3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸的制备方法，其特征在于：所述缓冲溶液为50～100mM磷酸钾缓冲液。4.根据权利要求1所述的3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括如下提纯步骤：待所述催化过程反应结束后，调节pH值为1.0～2.0，搅拌20～30min，待冷却后再经过滤水洗干燥后即得3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸成品。5.根据权利要求1至4任一项所述的3α-羟基-7氧代-5β-胆烷酸的制备方法，其特征在于所述7α-类固醇脱氢酶为如下（a）或（b）的蛋白质：（a）其氨基酸序列如SEQIDNO：2所示的蛋白质，（b）在（a）限定的氨基酸序列中经过取代、缺失或添加一个或几个氨基酸并且在NAD存在下以鹅去氧胆酸为底物具有比氨基酸序列如SEQIDNO：2所示的亲本高的7α-类固醇脱氢酶催化活性的由（a）衍...
【专利技术属性】
技术研发人员：傅荣昭，刘立辉，刘滔滔，曹磊，
申请(专利权)人：眉山市新功生物科技有限公司，邦泰生物工程深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51
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