本發(fā)明涉及羥基類固醇脫氫酶,具體涉及一種新的7β-羥基類固醇脫氫酶基因y1-b-1。
背景技術(shù):
羰基的不對稱還原一直是化學(xué)反應(yīng)研究的熱點之一。雖然目前化學(xué)方法已經(jīng)取得了一定的成果,但是化學(xué)方法往往存在催化劑種類和數(shù)目有限、立體選擇性不高、輔助試劑昂貴且不易回收等缺點。而酶促反應(yīng)不僅具有高效性、化學(xué)選擇性、區(qū)域選擇性還具有高度的立體選擇性。羥基類固醇脫氫酶(hydroxysteroiddehydrogenase,hsdh)介導(dǎo)的酶促反應(yīng)具有相對嚴(yán)格的立體選擇性和“不”嚴(yán)格的底物特異性。例如,早在二十世紀(jì)八十年代初科學(xué)家就已經(jīng)開始嘗試?yán)梦⑸锂a(chǎn)生的7α-、7β-hsdh聯(lián)合差向異構(gòu)轉(zhuǎn)化鵝去氧膽酸(chenodeoxycholicacid,cdca)合成熊去氧膽酸(ursodesoxycholicacid,udca)。而游離酶還可以催化結(jié)合態(tài)膽汁酸——?;蛆Z去氧膽酸(taurochenodeoxycholicacid,tcdca)轉(zhuǎn)化為?;切苋パ跄懰?tauroursodeoxycholicacid,tudca)。
hsdh的底物不僅僅局限在甾體類化合物,文獻(xiàn)報道hsdh還可以催化烷基取代單環(huán)酮類、二環(huán)酮類等物質(zhì)的羰基不對稱還原。hsdh所具有的優(yōu)秀催化品質(zhì)決定了其在生物轉(zhuǎn)化領(lǐng)域具有較大應(yīng)用潛力。近年來,科研人員逐漸認(rèn)識到了7α-、7β-hsdh在生物轉(zhuǎn)化領(lǐng)域所具有的巨大應(yīng)用潛力。目前,genbank中登記的功能已經(jīng)確認(rèn)的7α-hsdh共有5個,它們分別來自于bacteroidesfragilis、clostridiumscindens、clostridiumsordellii、clostridiumabsonum和escherichiacoli;來自clostridiumabsonum和collinsellaaerofaciens的7β-hsdh基因也已經(jīng)成功被克隆。
酶的活性和熱穩(wěn)定性是決定能否投入工業(yè)生產(chǎn)的重要參數(shù),現(xiàn)有的羥基類固醇脫氫酶的活性和穩(wěn)定性還不能同時滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求,因此,需要進(jìn)一步尋找和開發(fā)新的適用于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的羥基類固醇脫氫酶。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明提供一種新的7β-羥基類固醇脫氫酶基因,該基因編碼的7β-羥基類固醇脫氫酶與現(xiàn)有的撒丁島梭菌7β-hsdh相比,在37℃條件下具有更好的熱穩(wěn)定性,具有很大的工業(yè)應(yīng)用前景。
本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)方案如下:
一種7β-羥基類固醇脫氫酶,其特征在于,其氨基酸序列如seqidno.1所示。
編碼所述7β-羥基類固醇脫氫酶的基因。
所述基因的核苷酸序列如seqidno.2所示。
一種表達(dá)盒,其特征在于,包含任一所述基因。
一種載體,其特征在于,包含任一所述基因或所述表達(dá)盒。
一種重組細(xì)胞,其特征在于,包含任一所述基因或所述表達(dá)盒或所述載體。
制備所述7β-羥基類固醇脫氫酶的方法,其特征在于,在能夠成功誘導(dǎo)蛋白表達(dá)的條件下培養(yǎng)所述重組細(xì)胞并分離得到7β-羥基類固醇脫氫酶。
一種催化劑,其特征在于,其有效成分包含所述7β-羥基類固醇脫氫酶。
所述催化劑還包括與所述7β-羥基類固醇脫氫酶同時使用時能夠提高酶催化效率或增加酶穩(wěn)定性的其它試劑。
一種實現(xiàn)化學(xué)物質(zhì)的羰基不對稱還原的方法,其特征在于,使用所述7β-羥基類固醇脫氫酶或所述催化劑與反應(yīng)底物在15-37℃、ph6.0-11.0條件下進(jìn)行催化反應(yīng)。
本發(fā)明利用宏基因組測序技術(shù)從四川黑熊保護(hù)及孵育基地的一頭健康黑熊的糞便樣品中分離出一種新的7β-羥基類固醇脫氫酶基因,命名為7β-hsdhy1-b-1,其核苷酸序列如seqidno.2所示。該基因編碼一種新的7β-羥基類固醇脫氫酶,其氨基酸序列如seqidno.1所示,能夠催化熊去氧膽酸(udca)、牛磺熊去氧膽酸(tudca)的7位羥基的差向異構(gòu),使其生成鵝去氧膽酸(cdca)、?;蛆Z去氧膽酸(tcdca)的中間體7-酮石膽酸(7k-lca)、?;?-酮石膽酸(t7k-lca)。
本發(fā)明分離的7β-hsdhy1-b-1基因,其表達(dá)產(chǎn)物7β-hsdhy1-b-1酶蛋白,與現(xiàn)有的撒丁島梭菌clostridiumabsonum中的7β-羥基類固醇脫氫酶相比,催化底物udca或tudca的比活力大小相當(dāng),但具有更好的熱穩(wěn)定性,特別是在37℃下,本發(fā)明分離的7β-羥基類固醇脫氫酶在12小時后還具有40%的活性,而撒丁島梭菌的7β-羥基類固醇脫氫酶已經(jīng)全部失活。
本發(fā)明提供的載體,可以是克隆載體,包含7β-hsdhy1-b-1基因和質(zhì)粒復(fù)制所需的其它元件;也可以是表達(dá)載體,包含7β-hsdhy1-b-1基因以及能夠使蛋白成功表達(dá)的其它元件。
本發(fā)明提供的重組細(xì)胞,可以是包含克隆載體的重組細(xì)胞,例如e.colidh5α;也可以是包含表達(dá)載體的細(xì)胞,在適當(dāng)?shù)臈l件下培養(yǎng)細(xì)胞,例如,加入適量的iptg,16℃誘導(dǎo)7β-hsdhy1-b-1的表達(dá)。
本發(fā)明提供一種催化劑,其有效成分包括本發(fā)明的7β-hsdh。所述催化劑也可以與其它適合的催化劑同時使用,從而提高酶催化效率或者在同一反應(yīng)體系中先后進(jìn)行兩種催化反應(yīng)。
本發(fā)明的7β-hsdhy1-b-1,在15-37℃、ph6.0-11.0的反應(yīng)條件下能夠催化tudcac7β-羥基的羰基不對稱還原反應(yīng)。
附圖說明
圖1.本發(fā)明分離的7β-hsdh基因與撒丁島梭菌7β-hsdh基因的序列比對結(jié)果;
其中,1為現(xiàn)有的撒丁島梭菌7β-hsdh基因的核苷酸序列,2為本發(fā)明分離的7β-hsdh基因的核苷酸序列。
圖2.本發(fā)明分離的7β-hsdh基因的瓊脂糖凝膠電泳圖。
圖3.本發(fā)明7β-hsdhy1-b-1酶蛋白的sds-page電泳圖。
圖4.撒丁島梭菌7β-hsdh酶蛋白的sds-page電泳圖。
圖5.本發(fā)明7β-hsdhy1-b-1的酶穩(wěn)定性實驗結(jié)果;
其中,橫坐標(biāo)為測定時間,縱坐標(biāo)為相對酶活。
圖6.撒丁島梭菌7β-hsdh的酶穩(wěn)定性實驗結(jié)果;
其中,橫坐標(biāo)為測定時間,縱坐標(biāo)為相對酶活。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例進(jìn)一步描述本發(fā)明,需要聲明的是,下述實施例僅作為解釋和說明,不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
生物材料:
e.colidh5α,e.colibl21細(xì)胞為本實驗室保存,可商購獲得。
實驗試劑:
糞便dna基因組提取試劑盒,購買自德國qiagen公司,貨號:51604;
瓊脂糖凝膠回收試劑盒,購買自omega,貨號:d2500-01;
pcr一步定向克隆試劑盒,購買自左岸蛋白科技有限公司,貨號:nr001;
載體pgex-6p-1,購于上海生工公司;
質(zhì)粒提取試劑盒omegaplasmidminikiti,購買自omega公司,貨號:d6943;
lysisbuffer(裂解緩沖液),配制而得,10mmph7.3的pbs含有pmsf0.1mm、亮肽素leupeptin0.5mg/ml;
glutathionesepharose4b,購買自gehealthcare,貨號:10223836;
prescissionprotease,購買自genscript公司,貨號:z02799-100;
bca試劑盒,購買自beyotime公司,貨號:p0006;
tcdca,購買自百靈威科技公司,貨號:330776。
dna提取所使用的黑熊糞便,本實驗室有凍存。
以下實施例中未特別說明的生物化學(xué)試劑,均為本領(lǐng)域常規(guī)試劑,可根據(jù)本領(lǐng)域常規(guī)方法配制而得或商購獲得,規(guī)格為實驗室純級即可。
實施例1.新7β-hsdh基因的分離
1.基因的發(fā)現(xiàn)
使用滅菌處理的藥匙,采取了四川黑熊保護(hù)及孵育基地的一頭健康黑熊的糞便樣品,并干冰保存運回實驗室。使用qiagen糞便dna基因組提取試劑盒提取了該頭黑熊糞便的總dna,交由上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司進(jìn)行宏基因組測序。用現(xiàn)有的撒丁島梭菌7β-羥基類固醇脫氫酶(7β-hsdh)編碼基因序列(genebank號no.aet80684)與宏基因組測序數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)了一種新的7β-hsdh基因,命名為7β-hsdhy1-b-1,其核苷酸序列如seqidno.2所示。序列比對結(jié)果表明,這種新的7β-hsdh基因與現(xiàn)有的撒丁島梭菌7β-hsdh基因序列的一致性為56.40%(圖1)。
2.基因的分離
(1)引物設(shè)計:對測序獲得的7β-hsdhy1-b-1基因序列設(shè)計引物,得到的引物核苷酸序列如下:
y1-b-1-f:atgaatatgaatttaagagaaaaatatggag
y1-b-1-r:ttatttctcatagaaagaccccatatat
(2)pcr擴(kuò)增:以黑熊糞便的總dna為模板,采用步驟(1)獲得的引物,按照下列pcr體系和程序進(jìn)行擴(kuò)增。
pcr體系:
5xfastpfu緩沖液........................2μl
2.5mmdntps..........................2μl
y1-b-1-f(5μm)..........................2μl
y1-b-1-r(5μm)............................2μl
模板dna...........................20ng
fastpfu聚合酶.......................1μl
補ddh2o至...............................20μl
pcr程序:
a.94℃預(yù)變性3min,5個循環(huán);
b.94℃變性30sec,55℃退火30sec,72℃延伸1min,27個循環(huán);
c.72℃延伸10min。
(3)瓊脂糖凝膠電泳:使用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測pcr擴(kuò)增產(chǎn)物,結(jié)果如圖2所示,出現(xiàn)大小約為800bp的條帶。
(4)切膠回收:在紫外燈下切取目的條帶,使用omega瓊脂糖凝膠回收試劑盒,按照試劑盒說明書中的操作步驟回收目的基因片段。
實施例2.7β-hsdhy1-b-1基因的表達(dá)
1.載體構(gòu)建:
使用于左岸蛋白科技有限公司購買的pcr一步定向克隆試劑盒,按照試劑盒說明書中的操作步驟,將7β-hsdhy1-b-1基因的序列全長連接在載體pgex-6p-1上。
2.轉(zhuǎn)化e.colidh5α感受態(tài)細(xì)胞
1)感受態(tài)細(xì)胞e.colidh5α放置冰上融化。
2)將步驟1所得的連接體系加入融化的e.colidh5α感受態(tài)中,冰上30min。
3)42℃熱處理90s。
4)冰上靜置2min。
5)加入lb培養(yǎng)基600μl,搖床溫度37℃,搖床搖速150rpm,時間45min。
6)吸取200μl菌液,涂布于氨芐親霉素(amp+)抗性lb平板培養(yǎng)基上。
7)37℃過夜培養(yǎng)。
3.陽性克隆鑒定:
(1)挑選白色單菌落,接種于lb/amp+的液體培養(yǎng)基中,200rpm、37℃培養(yǎng)8小時,8000rpm離心5min獲取菌體。
(2)使用omegaplasmidminikiti質(zhì)粒提取試劑盒,按照說明書中的操作步驟提取質(zhì)粒。
(3)使用克隆引物y1-b-1-f和y1-b-1-r,按照實施例1步驟(2)中的pcr體系和程序進(jìn)行pcr驗證,確定基因片段成功插入pgex-6p-1載體中。
(4)將鑒定正確的重組質(zhì)粒送上海生工公司測序,將測序結(jié)果比對正確的重組質(zhì)粒pgex-6p-1/7β-hsdhy1-b-1作為表達(dá)載體。
4.7β-hsdhy1-b-1基因的表達(dá)
(1)質(zhì)粒轉(zhuǎn)化e.colibl21細(xì)胞
a.-80℃中取出e.colibl21感受態(tài)細(xì)胞冰上放置。
b.加入2μl表達(dá)載體pgex-6p-1/7β-hsdhy1-b-1,冰上放置30min。
c.42℃熱處理90s。
d.冰上放置2min。
e.復(fù)蘇,加入600μllb培養(yǎng)基,于37℃,150rpm搖床培養(yǎng)45min。
f.吸取200μl菌液,涂布于amp+lb平板培養(yǎng)基上。
g.37℃培養(yǎng)過夜。
(2)蛋白表達(dá)與純化
a.將菌種接種入無菌lb液體培養(yǎng)基中,氨芐青霉素終濃度為50μg/ml,37℃,180rpm搖床培養(yǎng)。
b.待菌液od600≈0.8時,加入終濃度為0.2mm的異丙基硫代半乳糖苷(iptg),16℃誘導(dǎo)過夜(12h)。8000rpm,5min收集菌體。
c.按1l培養(yǎng)體系加30mllysisbuffer的比例重懸菌體,超聲破菌至澄清。12000rpm離心20min。取上清。
d.將上清與glutathionesepharose4b結(jié)合,填料使用的比例為每升培養(yǎng)體系使用5ml填料,4℃結(jié)合2h。輕輕垂直顛倒混懸。
e.結(jié)合完畢后,500rpm,5min沉淀填料。填料用4℃預(yù)冷pbs沖洗3-5個柱體積,去除雜蛋白。
f.加入prescissionprotease酶切緩沖液,加入prescissionprotease酶。
g.4℃酶切過夜。酶切完畢后,將上清從層析柱中放出。
h.將所得樣品進(jìn)行sds-page,鑒定其分子量大小及純度,使用bca試劑盒測定純化蛋白的濃度。
結(jié)果如圖3所示,獲得的7β-hsdhy1-b-1酶蛋白純度很高,呈單一條帶。以相同的方法對撒丁島梭菌7β-hsdh進(jìn)行蛋白表達(dá),結(jié)果如圖4所示,也獲得了單一條帶的撒丁島梭菌7β-hsdh。
實施例3.7β-hsdhy1-b-1基因的功能鑒定
1.酶活測定
步驟:室溫條件下,向比色皿中加入158ul50mmtris-hcl(ph=8.0)溶液,20ul50mm的nadp+溶液,再向其中加入2ul實施例2步驟4獲得的7β-hsdhy1-b-1酶蛋白溶液,最后加入20ul50mm的udca或tudca的dmso溶液,充分吹打混勻?;靹蚝罅⒓粗糜诜止夤舛扔嬛姓{(diào)零。開始計時,每分鐘讀取一次340nm處光吸收的變化值。
與此同時,按照上述相同的方法測定撒丁島梭菌7β-hsdh的酶活。
結(jié)果表明,本發(fā)明分離得到的7β-hsdhy1-b-1基因的產(chǎn)物為7β-羥基類固醇脫氫酶,能夠催化熊去氧膽酸(udca)、?;切苋パ跄懰?tudca)的7位羥基的差向異構(gòu),使其生成鵝去氧膽酸(cdca)、?;蛆Z去氧膽酸(tcdca)的中間體7-酮石膽酸(7k-lca)、?;?-酮石膽酸(t7k-lca)。該酶對udca、tudca的比活力如表1所示。
表1.本發(fā)明7β-hsdhy1-b-1與撒丁島梭菌7β-hsdh的比活力比較
比活力(u/mg)定義:在上述反應(yīng)條件下,每毫克蛋白所含的酶活力單位數(shù)。
表1數(shù)據(jù)顯示,本發(fā)明7β-hsdhy1-b-1酶蛋白對udca、tudca的比活力與撒丁島梭菌7β-hsdh相當(dāng)。
2.酶穩(wěn)定性實驗:
按照下列步驟,同時測定本發(fā)明7β-hsdhy1-b-1酶蛋白和撒丁島梭菌7β-hsdh酶蛋白的穩(wěn)定性。
(1)將新制的酶液分為三份,分別置于4℃、25℃和37℃的干浴恒溫器中。
(2)每隔4個小時測定一次酶活,酶活測定方法同前。
(3)測定到48個小時的酶活后,實驗結(jié)束。以酶活最高值為100%,折算相對酶活。
結(jié)果表明,本發(fā)明7β-hsdhy1-b-1在37℃條件下的熱穩(wěn)定性明顯優(yōu)于撒丁島梭菌7β-hsdh,在12小時后本發(fā)明7β-hsdhy1-b-1還具有40%的活性,而撒丁島梭菌的7β-hsdh已經(jīng)全部失活。
sequencelisting
<110>重慶大學(xué)
<120>新的7β-羥基類固醇脫氫酶基因y1-b-1
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<223>本發(fā)明7β-羥基類固醇脫氫酶y1-b-1的氨基酸序列
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glnthrlysgluleuaspmetglyphemetsertyrvalalacysphe
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<223>本發(fā)明7β-羥基類固醇脫氫酶基因y1-b-1的核苷酸序列
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