大腸桿菌蛋白表達原理
誘導原理：Lac 阻遏物是一種具有 4 個相同亞基的四級結構蛋白，都有一個與誘導劑結合的位點。在沒有乳糖存在時，lac 操縱子（元）處于阻遏狀態，Lac 阻遏物能與操縱基因 O 結合，阻礙 RNA 聚合酶與 P 序列結合，抑制轉錄起動。而當有誘導劑與阻遏蛋白結合后，其蛋白構象就發生變化，導致阻遏物從操縱基因 O 上解離下來，RNA 聚合酶不再受阻礙，發生轉錄。

大腸桿菌表達系統步驟
不包括基因構建等上游操作和蛋白純化部分。基因構建參考密碼子優化，蛋白純化參考蛋白純化專題。以下內容主      要包括蛋白表達鑒定：
1、表達鑒定第一天的任務，常用抗性選擇根據感受態細胞選擇

       ●拿到質粒，離心（3000r/min；2min）

       ●在質粒中加入 TE（使質粒最終加入到 110μL 感受態細胞中的量為 80-100ng，據此確定加入 TE 的量

       ●一般為（1μg 質粒加 20μLTE；2μg 質粒加 50μLTE；5μg 質粒加 100μL TE）

       ●將質粒與 TE 混勻，加入 2μL 混液于感受態細胞中

       ●將感受態細胞放入冰箱（4℃）中，30min

       ●取出后立即放入水浴鍋中（42℃），熱激 90s，

       ●再次放入冰箱（4℃）中，3min

       ●拿出后取 200μL 的 LB 液體培養基加入到已轉入質粒的感受態細胞中

       ●放入搖床（37℃； 195r） 中， 30nim 至 60min； （最佳 45min）

       ●取出離心（3000r/min；2min）

       ●去掉 200μL 的上清，留 100μL 左右上清懸浮沉淀，吸取 50μL 懸液涂平板，（先將對應抗性的平板放入培養箱（37℃）中預熱 20min）

       ●把平板放入培養箱（37℃），過夜（12h 至 16h）

2、表達鑒定第二天的任務，注意 Pcold 的表達溫度

       ●每個平板挑取單菌落至 4 支對應抗性的 LB（4ml）試管中，編號為“0”“1”“2”“3”
       ●將試管放入搖床（37℃；195r） 中，（單抗 3h 左右；雙抗 4 左右；剛開始用可見分光光度計測 OD 值； 熟練后可目測（背光下，以試管中的槍頭為例，剛剛看不見槍頭即可）），測 OD 值（0.6 至 0.8）
       ●從“0”號管中取 700μL 懸液加入到 100μL（C=80%）的保種甘油中，震勻，放入冰箱（-20℃）凍存
       ●在每組菌的“1”“2”“3”號試管中分別加入 2μL 的 IPTG（終濃度 0.5mM 最適）
       ●視不同的載體選擇適合的表達環境（PET/PGEX：15℃表達過夜；25℃表達 6h；37℃表達 3h 至 4h（4 支試管，“0”“1”號試管 15℃表達過夜；“2”“3”試管 37℃表達 3h 至 4h）。Pcold：全部 15℃表達過夜）
 

3、表達鑒定第三天，全菌的表達鑒定分析，注意控制溶質的量及溶液黏度

       ●從每組 4 支的試管中均取 500μL 菌液加入到 1.5ml 離心管中，（若 OD 值不一樣，值小的可多取）離心

（6000r/min），5min， 去上清，留沉淀（沉淀少的，可再取菌液離心，盡量使沉淀量接近）

       ●在每個離心管中加入 500μL 的 DDH2O，懸浮沉淀，離心（6000r/min），5min， 去上清，留沉淀

       ●在每支離心管中加入 45μL 的 1×PBS 和 45μL 的 2×Loading Buffer 懸浮沉淀（當溶質適量且均一的情況下，加入量不變；當溶質多且粘稠時，應使加入量增大，為降低粘度也可減少上液量）

       ●放入煮樣器（100℃） 25min

       ●取出后離心（6000r/min） 3min， 電泳檢測。

大腸桿菌表達系統

質粒載體：小型環狀 DNA，能自我復制。一個完整的質粒載體必須要有復制起點、啟動子、插入的目的基因、篩選標記以及終止子；此外對大腸桿菌表達載體的要求是：①操縱子以及相應的的調控序列，外源基因產物可能會對大腸桿菌有毒害作用；②SD 序列，即核糖體識別序列，一般 SD 序列與起始密碼子之間間隔 7-13bp 翻譯效率最高；③多克隆位點以便目的基因插入到適合位置。

目的基因：在大腸桿菌表達體系中要表達的基因即外源基因，包括原核基因和真核基因；原核基因可以在大腸桿菌中直接表達出來，但是真核基因韓有內含子不能，大腸桿菌不能對 mRNA 進行剪切，從而形成成熟的 mRNA，所以真核基因一般以 cDNA 的形式在大腸桿菌表達系統中表達。此外還需提供大腸桿菌能識別的且能轉錄翻譯真核基因的元件。

表達宿主菌：表達蛋白的生物體即大腸桿菌。表達宿主菌的選擇在大腸桿菌蛋白表達過程中是很重要的因素——多數人會直接選擇實驗室曾經用過的宿主菌，而不去追究原因。對于宿主菌的選擇主要根據宿主菌各自的特征及目的蛋白的特性，例如目的蛋白需要形成二硫鍵，可以選擇 Origami 2 系列，Origami 能顯著提高細胞質中二硫鍵形成幾率，促進蛋白可溶性及活性表達；目的蛋白含有較多稀有密碼子可用Rosetta 2 系列，補充大腸桿菌缺乏的七種（AUA，AGG，AGA，CUA，CCC，GGA 及 CGG）稀有密碼子對應的 tRNA，提高外源基因的表達水平。

大腸桿菌表達系統種類

T7 大腸桿菌表達系統
      以 T7 啟動子、T7RNA 聚合酶等 T7 噬箘體轉錄體系的元件為核心構建的表達系統。T7 RNA 聚合酶一種高活性的RNA 聚合酶，mRNA 的合成速度比大腸桿菌內的 RNA 聚合酶快 5 倍，并某些不能被大腸桿菌 RNA 聚合酶轉錄的序列也可以轉錄，所以 T7 RNA 聚合酶和 T7 噬箘體啟動子的存在的情況下，大腸桿菌本身的轉錄競爭不過 T7 噬箘體轉錄體系，最終受 T7 噬箘體啟動子控制基因的轉錄。

Lac 和 Tac 大腸桿菌表達系統
      它是以大腸桿菌 lac 操縱子調控機理為基礎設計、構建的大腸桿菌表達系統，具有多順反子結構，結構排列為：

啟動子（lacP）- 操縱基因（lacO） - 結構基因（lacZ-lacY-lacA）
      原理：在無誘導物的情況下，負調節因子 lacI 基因產物形成四聚體阻遏蛋白與啟動子下游的操縱基因緊密結合，阻止轉錄的起始。加入誘導劑后，IPTG 與 lacI 基因產物結合，使操縱基因解離出來，lac 操縱子的轉錄因此被激活。用 tac 啟動子構建的表達系統稱為 Tac 表達系統。

PL 和 PR 大腸桿菌表達系統
      以啟動子 PL、PR 為核心構建的表達系統。PL 和 PR 表達系統具有很強的啟動轉錄能力，誘導時不需要加入化學誘導劑，成本低廉，但在熱刺激過程中，大腸桿菌中的一些蛋白水解酶會被激活，降解所表達的外源蛋白；其次是在      大規模發酵培養菌體時，通過熱平衡交換方式提高溫度，需要較長的時間，這會降低誘導效果，從而對重組蛋白的表達量有影響。

此外還有其他表達系統，如 pH 調控型、營養調控型、糖原調控型等。

大腸桿菌表達系統比較

大腸桿菌與其他表達系統比較