原核表达操作步骤及注意事项

原核表达操作步骤及注意事项

时间： 2010-03-03 14:05:01 来源： 作者： 点击： 1046 次

将克隆化基因插入合适载体后导入大肠杆菌用于表达大量蛋白质的方法一般称为原核表达。这种方法在蛋 白纯化、定位及功能分析等方面都有应用。大肠杆菌用于表达重组蛋白有以下特点：

易于生长和控制；用于细菌培养的材料不及哺乳动物细胞系统的材料昂贵；有各种各样的大肠杆菌菌株及 与之匹配的具各种特性的质粒可供选择。但是，在大肠杆菌中表达的蛋白由于缺少修饰和糖基化、磷酸化 等翻译后加工，常形成包涵体而影响表达蛋白的生物学活性及构象。

表达载体在基因工程中具有十分重要的作用，原核表达载体通常为质粒，典型的表达载体应具有以下几种 元件：

（1）选择标志的编码序列；

（2）可控转录的启动子；

（3 ）转录调控序列 （转录终止子，核糖体结合位点 ）；

（4 ）一个多限制酶切位点接头；

（5）宿主体内自主复制的序列。

原核表达一般程序如下：

获得目的基因－准备表达载体－将目的基因插入表达载体中（测序验证）－转化表达宿主菌－诱导靶蛋白 的表达－表达蛋白的分析－扩增、纯化、进一步检测

一、试剂准备

1、 LB 培养基。

2、100mM IPTG （异丙基硫代-性D-半乳糖苷）：2.38g IPTG 溶于1OOml ddH20 中，0.22 z 滤膜抽滤， -20 C保存。

二、操作步骤

（一） 获得目的基因

1 、通过 PCR 方法：以含目的基因的克隆质粒为模板，按基因序列设计一对引物（在上游和下游引物分别 引入不同的酶切位点）， PCR 循环获得所需基因片段。

2、通过RT-PCR方法：用TRIzol法从细胞或组织中提取总 RNA，以mRNA为模板，逆转录形成 cDNA 第一链，以逆转录产物为模板进行 PCR 循环获得产物。

（二） 构建重组表达载体

1 、载体酶切：将表达质粒用限制性内切酶（同引物的酶切位点）进行双酶切，酶切产物行琼脂糖电泳后，

用胶回收 Kit 或冻融法回收载体大片段。

2、 PCR 产物双酶切后回收，在 T4DNA 连接酶作用下连接入载体。

（二）获得含重组表达质粒的表达菌种

1、 将连接产物转化大肠杆菌 DH5a，根据重组载体的标志（抗 Amp或蓝白斑）作筛选，挑取单斑，碱裂 解法小量抽提质粒，双酶切初步鉴定。

2、 测序验证目的基因的插入方向及阅读框架均正确，进入下步操作。否则应筛选更多克隆，重复亚克隆或 亚克隆至不同酶切位点。

3、 以此重组质粒DNA转化表达宿主菌的感受态细胞。

（四）诱导表达

1、 挑取含重组质粒的菌体单斑至 2ml LB （含Amp50卩g/ml ）中37 °C过夜培养。

2、 按1 : 50比例稀释过夜菌，一般将 1ml菌加入到含50mlLB培养基的300ml培养瓶中，37 C震荡培养 至 0D600 幻

0.4-1.0 （最好 0.6，大约需 3hr）。

3、 取部分液体作为未诱导的对照组， 余下的加入IPTG诱导剂至终浓度 0.4mM作为实验组，两组继续37 C 震荡培养3hr。

4、 分别取菌体 1ml，离心12000g X30s收获沉淀，用 100卩l 1%SDS重悬，混匀，70 C 10min。

5、 离心12000g X1min，取上清作为样品，可做 SDS-PAGE等分析。

三、注意事项

1、 选择表达载体时，要根据所表达蛋白的最终应用考虑。如为方便纯化，可选择融合表达；如为获得天然 蛋白，可选择非融合表达。

2、 融合表达时在选择外源 DNA同载体分子连接反应时，对转录和转译过程中密码结构的阅读不能发生干 扰。

女口何做原核表达（prokaryotic expression ）

2010-03-26 22:54:25来源：易生物实验 浏览次数：673网友评论0条

首先来一些大肠杆菌表达的基本概念：一个完整的表达系统通常包括配套的表达载体和表达菌株，如果是

特殊的诱导表达还包括诱导剂，如果是融合表达还包括纯化系统或者 Tag检测等等。选择表达系统通常要

根据实验目的来考虑，比如表达量高低，目标蛋白的活性，表达产物的纯化方法等等。主要归结在表达载

体的选择上。

关键词：原核原核表达 prokaryoticexpression

人们合成与生物相关的物质是从尿素开始的， 1828年，德国化学家维勒人工合成了存在于

生物体的这种有机物。在1960年我国科学家采用化学方法首次成功地合成了具有生物活性

的蛋白质一一胰岛素。随着内切酶的发现和基因工程技术的发展， 人们发现用各种不同的载

体在原核、真核系统中进行蛋白表达更为行之有效。 而这其中大肠杆菌表达系统发展得最为迅速、成熟。原核表达具有操作方便、 快捷，需时较短，表达量大， 适合工业化生产等优点。 虽然也有缺少糖基化和表达后加工等问题， 当有了其它多种表达系统后， 原核系统仍是我们 合成外源蛋白的首选。

在网上看到有人把原核表达技术分成四个等级： 初次尝试扫盲、 乱棍打枣入门、 系统优化中 级和自成一体高手， 觉得十分有意思。 但是根据笔者自己的经验以及耳闻目睹的一些经历告 诉我：做表达？那是谋事在人，成事在天。有时候你把克隆做出来了，双酶切鉴定没问题， 测序没问题，可是就是看不到表达带。原因当然可以分析，实验也是可以改进，但是窜改一 下戈尔泰的话： “成功的实验都是一样的，失败的实验各有各的不幸。 ”在实验遇到瓶颈的时 候要如何进行分析， 找到问题的症结是我们的实验关键所在。 在准备进行原核表达的时候需 要考虑的因素很多， 市面上可供选择的载体、 菌株也很多，要如何进行正确的选择，找到适 合自己的载体是十分重要的。 所以， 现在要对目前常用的一些载体进行介绍， 让我们对其相 关产品及其表达原理进行了解，以方便实验设计。

首先来一些大肠杆菌表达的基本概念：一个完整的表达系统通常包括配套的表达载体和表 达菌株，如果是特殊的诱导表达还包括诱导剂，如果是融合表达还包括纯化系统或者 Tag 检测等等。选择表达系统通常要根据实验目的来考虑，比如表达量高低，目标蛋白的活性， 表达产物的纯化方法等等。主要归结在表达载体的选择上。

表达载体：我们关心的质粒上的元件包括启动子，多克隆位点，终止密码，融合 Tag (如果

有的话)，复制子，筛选标记 /报告基因等。通常，载体很贵，我们可以通过实验室之间交 换得到免费的载体。 但是要小心， 辗转多个实验室和多个实验室成员之手的载体是否保持原 来的遗传背景？ MCS

是否还是原来那个 MCS ？是我们要特别注意的。

复制子： 通常表达载体都会选用高拷贝的复制子。 pSC101 类质粒是严谨方式复制，拷贝数 低， pCoE1 ，

pMBI(pUC) 类的复制子的拷贝数高达 500 以上，是表达载体常用的。通常情

况下质粒拷贝数和表达量是非线性的正相关， 当然也不是越多越好， 超过细胞的承受范围反 而会损害细胞的生长。如果碰巧需要 2 个质粒共转化，就要考虑复制元是否相容的问题。 筛选标记和报告基因： 氨苄青霉素抗性是最常见的筛选标记，卡那霉素或者是新霉素次之， 通常是另一个载体的筛选标记用。 四环素， 红霉素和氯霉素等已经日渐式微。 抗性基因的选 择要注意是否会对研究对象产生干扰， 比如代谢研究中要留意抗性基因编码的酶是否和代谢 物相互作用。在表达筛选中要注意的问题应该就是 LB 倒板前加 抗生素 的温度，温度过高容

易导致 抗生素 失效。 今天耐青霉素的超级细菌泛滥， 不知道是否有我们实验人员的功劳呢？ 大家 “随便倒掉 ”已经获得氨苄抗性的大肠杆菌之前有没有经过煮沸或者消毒等处理呢？从 以前的一针 50 万单位到现在 100 多万个单位，青霉素剂量似乎越来越大了。

对于做表达来说， 如果不是要研究启动子的强弱， 通常比较少关心或者用到报告基因吧。 绿 色荧光蛋白是最常用的报告基因了（注意选择适用原核表达版本的 GFP ），其他还有半乳

糖苷酶啊，荧光素酶啊等等。一些融合表达 Tag 也有报告基因的功能。 启动子、终止子和核糖体结合位点

启动子： 启动子的强弱是对表达量有决定性影响的因素之一。 从转录模式上看有组成型表达 和诱导调控型表达。 lac 和 Tac ， PL 和 PR，T7 是最常用的启动子。

组成型表达： 表达载体的启动子为组成型启动子， 也就是一直努力不停表达目的蛋白的启动 子，如 pMAL

系统。持续性表达通常表达量比较高，成本低，但是不适合表达一些对宿主 细菌生长有害的蛋白。 因为过量或者有害的表达产物会影响细菌的生长， 反过来影响表达量 的积累。

诱导调控型表达： 表达载体采用诱导型启动子， 只有在诱导剂存在的条件下才能表达目的产 物。这种方法有助于避免菌体生长前期高表达对菌体生长的影响， 又可减少菌体 蛋白酶 对目 标产物的降解。

特别适合解决有毒蛋白的表达。 另外也有启动子是组成型的， 但是启动子所 依赖的转录酶是诱导表达的，也属于诱导表达系统。

融合表达 ：表达载体的多克隆位点上有一段融合表达标签 （Tag ），表达产物为融合蛋白 （有 分N端或者C端融合表达），方便后继的纯化步骤或者检测。对于特别小的分子建议用较

大的Tag （如GST ）以获得稳定表达；而一般的基因多选择小 Tag以减少对目的蛋白的影

响。His-Tag是最广泛采用的Tag。

分泌表达：在起始密码和目的基因之间加入信号肽， 可以引导目的蛋白穿越细胞膜， 避免表

达产物在细胞内的过度累积而影响细胞生长， 或者形成包含体，而且表达产物是可溶的活性

状态不需要复性。通常这种分泌只是分泌到细胞膜和细胞壁之间的周质空间。

可溶性表达：大肠杆菌表达效率很高，特别是强启动子，目的蛋白来不及折叠而形成不溶

的包含体颗粒，包含体容易纯化但是复性效率不高。 分泌表达可以得到可溶的产物， 也有部

分融合Tag有助于提高产物的可溶性，比如 Thio， pMAL系统。

转录终止子对外源基因在大肠杆菌中的高效表达有重要作用 一一控制转录的RNA长度提

高稳定性，避免质粒上异常表达导致质粒稳定性下降。 放在启动子上游的转录终止子还可以

防止其他启动子的通读，降低本底。转录终止子有两类， Rho因子作用下使转录终止 mRN

A和根据模版上的对称序列形成发夹结构而终止 mRNA。常见的是rrnB rRNA操纵子的T1

T2串连转录终止子。

核糖体结合位点：启动子下游从转录起始位点开始延伸的一段碱基序列，其中能与 rRNAI

6S亚基3'端互补的SD序列对形成翻译起始复合物是必需的，多数载体启动子下游都有 S

D序列，也有些载体没有，适合自带 SD序列的基因表达，要留意。

表达菌株：我们往往最容易忽视的一点。不同的表达载体对应有不同的表达菌株，一些特

别设计的菌株更有助于解决一些表达难题， 这一点生物通会有专门的介绍。 同样的，交换获

得的免费菌株，要小心其遗传背景是否已经发生改变？当心。

注：以上各种特性是可以相互组合的，不是排他的！

首先来一些大肠杆菌表达的基本概念：一个完整的表达系统通常包括配套的表达载体和表达菌株，如果是

特殊的诱导表达还包括诱导剂，如果是融合表达还包括纯化系统或者 Tag检测等等。选择表达系统通常要