真核基因在大腸桿菌中的表達

關于真核基因在大腸桿菌中的表達第一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日真核基因的大腸桿菌表達體系大腸桿菌的表達載體克隆的真核基因在大腸桿菌細胞中的表達影響克隆基因在大腸桿菌中表達效率的因素第二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日大腸桿菌表達體系克隆基因正確表達的基本條件克隆基因表達活性的檢測第三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

1.對大腸桿菌的背景知識，特別是基因表達調控的分子機理有深刻的了解；

全基因組測序，共有4405個開放型閱讀框架

2.是一種安全的基因工程實驗體系，擁有各類適用的寄主菌株和不同類型的載體；

3.許多克隆的真核基因都可以在大腸桿菌細胞中實現(xiàn)有效、高水平的表達；

4.大腸桿菌培養(yǎng)方便、操作簡單、成本低廉，易用于批量生產。優(yōu)越性：大腸桿菌表達體系第四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日1.真核基因，在結構上同原核基因之間存在著很大的差別。

2.真核基因的轉錄信號同原核的不同。細菌的RNA聚合酶不能識別真核的啟動子；外源基因可能含有具大腸桿菌轉錄終止信號功能的核苷酸序列。

3.真核基因mRNA的分子結構同細菌的有所差異，影響真核基因mRNA穩(wěn)定性。大腸桿菌表達體系大腸桿菌中表達體系的不足第五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日4.許多真核基因的蛋白質產物，都要經過轉譯后的加工修飾（正確折疊和組裝），而大多數(shù)的這類修飾作用在細菌細胞中并不存在；5.細菌的蛋白酶，能夠識別外來的真核基因所表達的蛋白質分子，并把它們降解掉。大腸桿菌表達體系第六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

最基本條件：應該能夠進行正常的轉錄和轉譯，以及在正常情況下還與轉譯后加工及新生多肽在細胞中的分布有關。

重要條件：編碼的蛋白質產物應能維持正常的穩(wěn)定性。

克隆基因正確表達的基本條件第七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日具有核糖體結合位點；具有克隆基因的功能（強）啟動子；插入序列的正確取向?？寺』蛘_表達的基本條件第八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日1.微細胞檢測法；2.巨細胞檢測法；3.偶聯(lián)反應測定法?？寺』虮磉_活性的檢測第九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

這是一種適于檢測質?；虮磉_的體內檢測法。微細胞：指由某些細菌突變體菌株在其生長期間連續(xù)產生的一類微小的圓形的無核細胞。微細胞檢測法克隆基因表達活性的檢測第十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

通過蔗糖梯度離心將微細胞與正常細胞分開，含有質粒載體的微細胞是適于檢測重組子質粒所攜帶的外源基因表達狀況的理想體系?？寺』虮磉_活性的檢測第十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日Example:

ColE1的衍生質粒（缺失了106dal）,

在微細胞中不能合成出56103dal、42103dal、30103dal、28103dal四種多肽。其中3種多肽是大腸桿菌E1的降解產物。當一段含有EcoR1甲基化酶的DNA片斷插入到卡那霉素基因內部時，便能在微細胞中合成EcoR1甲基化酶和另外2種其它的多肽分子?？寺』虮磉_活性的檢測第十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日巨細胞檢測法

1.經紫外線照射的大腸桿菌recAuvrA細胞，DNA停止合成，而質粒載體則可以繼續(xù)合成，在紫外線照射后6小時，細胞內質粒DNA的數(shù)量增加了10倍左右，在紫外線照射后的幾個小時內，加入經放射性標記的氨基酸，此時合成的蛋白質絕大部分是質?；蛩幋a的?？寺』虮磉_活性的檢測第十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日2.將含有外源基因的λ噬菌體重組子，感染到事先經過紫外線嚴格照射的大腸桿菌細胞上。由于細胞經紫外線照射使DNA受到了損傷，自身基因的表達受到了嚴重的抑制。通過同λ噬菌體載體編碼的蛋白質種類作比較，就可以鑒定出克隆基因編碼的蛋白質產物?？寺』虮磉_活性的檢測第十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日偶聯(lián)反應測定法

使DNA模板在細菌無細胞體系中，進行轉錄－轉譯偶聯(lián)反應。經過改良的這種體系中，可以使克隆在細菌質粒或噬菌體基因組上的外源片斷進行體外表達，就可以比較容易的確定多肽片斷是由編碼模板上的哪個小片段指導合成的。

克隆基因表達活性的檢測第十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

優(yōu)點：

1.放射性標記參入到蛋白質的效率，比體內標記法高的多，而且這個系統(tǒng)十分敏感。經35S標記的多肽分子，通過聚丙烯酰胺凝膠電泳和放射自顯影若干小時后可被迅速檢出；

2.應用這個體系，其它原核生物的基因也能夠得到有效的表達。go第十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日大腸桿菌表達載體第十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日核糖體結合位點啟動子轉錄終止子復制起點組成部分第十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

最佳啟動子具備的條件第一必須是啟動子能夠克隆基因的蛋白質產物的表達量占細胞總蛋白的10%-30%以上

1.啟動子第十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第二這個啟動子應能呈現(xiàn)出一種低限的基礎轉錄水平，因為在表達毒性蛋白質或是有損于寄主細胞生長的蛋白質的情況下，使用高度抑制型的啟動子是一種極為重要的條件第三這種啟動子應是誘導型的，能通過簡單的方式使用廉價的誘導物而得以誘導。（IPTG）第二十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日乳糖啟動子Plac的可控性

野生型的Plac與其控制區(qū)Olac偶聯(lián)在一起，在沒有誘導物存在時，整個操縱子處于基底水平表達；誘導物可以使啟動子Plac介導的轉錄大幅提高PO基地水平轉錄阻遏蛋白乳糖異丙基β－D硫代半乳糖苷IPTG誘導高效轉錄PO第二十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日乳糖啟動子Plac的可控性野生型的Plac上游附近擁有代謝激活因子（CAP）結合區(qū)，cAMP激活CAP，CAP結合啟動子控制區(qū)，進而促進Plac介導的轉錄。葡萄糖代謝使cAP減少，也能阻遏Plac介導的轉錄。因此，基因工程中使用的乳糖啟動子均為抗葡萄糖代謝阻遏的突變型，即PlacUV5cAMPCAP高效轉錄Placo葡萄糖代謝cAMP濃度降低Placo基底水平轉錄PlacUV5o高效轉錄第二十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

啟動子封堵作用：由一個上游啟動子驅動的轉錄作用，當其通讀過下游啟動子時，便會使該啟動子的功能受到抑制，將這種由一個啟動子的功能活性抑制另一個啟動子轉錄的現(xiàn)象，叫做啟動子封堵作用。轉錄終止子還能增強mRNA分子的穩(wěn)定性，從而提高蛋白質產物的水平。2.轉錄終止子第二十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日強化轉錄終止的必要性：

外源基因在強啟動子的控制下表達，容易發(fā)生轉錄過頭現(xiàn)象，即RNA聚合酶滑過終止子結構繼續(xù)轉錄質粒上鄰近的DNA序列，形成長短不一的mRNA混合物過長轉錄物的產生在很大程度上會影響外源基因的表達，其原因如下：第二十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

轉錄產物越長，RNA聚合酶轉錄一分子mRNA所需的時間就相應增加，外源基因本身的轉錄效率下降；如果外源基因下游緊接有載體上的其它重要基因或DNA功能區(qū)域，如選擇性標記基因和復制子結構等，則RNA聚合酶在此處的轉錄可能干擾質粒的復制及其它生物功能，甚至導致重組質粒的不穩(wěn)定性；過長的mRNA往往會產生大量無用的蛋白質，增加工程菌無謂的能量消耗；更為嚴重的是，過長的轉錄物往往不能形成理想的二級結構，從而大大降低外源基因編碼產物的翻譯效率第二十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

目前外源基因表達質粒中常用的終止子是來自大腸桿菌rRNA操縱子上的rnT1T2以及T7噬菌體DNA上的Tφ。對于一些終止作用較弱的終止子，通?？梢圆捎枚垠w終止子串聯(lián)的特殊結構，以增強其轉錄終止作用終止子也可以通過特殊的探針質粒從細菌或噬菌體基因組DNA中克隆篩選強終止子的選擇與使用篩選Apr、Tcs的轉化子第二十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3.核糖體結合位點

外源基因在大腸桿菌細胞中的高效表達不僅取決于轉錄啟動的頻率，而且在很大程度上還與mRNA的翻譯起始效率密切相關。大腸桿菌細胞中結構不同的mRNA分子具有不同的翻譯效率，它們之間的差別有時可高達數(shù)百倍。mRNA翻譯的起始效率主要由其5‘端的結構序列所決定，稱為核糖體結合位點（RBS）第二十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日核糖體結合位點的結構大腸桿菌核糖體結合位點包括下列四個特征結構要素：

位于翻譯起始密碼子上游的6-8個核苷酸序列5’UAAGGAGG3’，即Shine-Dalgarno（SD）序列，它通過識別大腸桿菌核糖體小亞基中的16SrRNA3’端區(qū)域3’AUUCCUCC5’并與之專一性結合，將mRNA定位于核糖體上，從而啟動翻譯；翻譯起始密碼子，大腸桿菌絕大部分基因以AUG作為閱讀框架的起始位點，但有些基因也使用GUG或UUG作為翻譯起始密碼子；

SD序列與翻譯起始密碼子之間的距離及堿基組成；基因編碼區(qū)5’端若干密碼子的堿基序列第二十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日4.轉譯增強子顯著的增加異源基因在大腸桿菌中的表達效率。5.轉譯終止子

mRNA轉譯終止必須存在終止密碼子。大腸桿菌格外偏愛使用終止子UAA，尤其是在其后加上U形成UAAU四聯(lián)核苷酸的情況下，轉譯終止的效率便會得到進一步的增強。第二十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日選用一種適當?shù)暮怂醿惹忻?，消化切割大腸桿菌的染色體DNA，接著將切割產生的DNA限制片斷群體，同一種無啟動子的質粒載體重組，按實驗設計要求使克隆的片斷恰好插入在緊鄰報告基因的上游位置隨后把此重組混合物轉化給大腸桿菌寄主細胞，構成質粒載體基因文庫，并檢測報告基因的表達活性。功能啟動子的分離：1.一般程序：第三十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

報告基因（reportergene）：

特指那些編碼產物可以被快速測定的功能核苷酸編碼單元（半乳糖苷酶基因、堿性磷酸酶基因、螢光素酶基因、半乳糖激酶基因以及氯霉素乙酰轉移酶基因等）。追蹤某種特定的DNA結構（重組質粒）是否已經導入寄主細胞、抑或是器官和組織；也可用來同任何一種目的啟動子連接，因此其表達活性可作為檢測啟動子功能的依據(jù)第三十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日利用CAT基因進行功能啟動子的分離和活性測定2.無啟動子的CAT質粒載體EcoliDNA構建Ecoli基因文庫細胞裂解物、14C標記得氯霉素乙酰輔酶A薄層層析放射自顯影CAT活性的檢測：氯霉素乙酰轉移酶可以催化氯霉素（2-或3-）發(fā)生乙?；饔?。第三十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3.使用tetr作報告基因分離功能啟動子

1.首先在大腸桿菌質粒pBR316（含有一個tet基因、Hind位點）上的tet的啟動子序列中插入一個EcoR1的酶切位點（pBRH3B,pBRH1），使之失活。

2.將純化的細菌染色體DNA片斷，克隆在pBRH3B或pBRH1的EcoR1限制性位點上；轉化給對tet敏感的大腸桿菌寄主細胞。第三十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第三十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日4.使用galK（半乳糖激酶基因）作報告基因分離功能啟動子

能夠檢測啟動子活性強弱的新型質粒載體系統(tǒng)。來源于pBR322第三十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日轉譯終止密碼子無啟動子的galK第三十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日原理：半乳糖激酶能夠從ATP分子上轉移一個磷酸集團給半乳糖分子，從而催化半乳糖發(fā)生磷酸化作用，形成半乳糖-1-磷酸。用同位素標記ATP，測定從ATP轉移到半乳糖去的32P的放射性強度，可推算報告基因（galK）表達的半乳糖激酶的產量。第三十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第三十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日分離功能的啟動子：將大腸桿菌基因組的酶切片斷，克隆在pOK1質粒載體的MCS區(qū)的單克隆位點上；將體外連接的DNA重組分子，轉化給具GalE＋、GalK－的大腸桿菌寄主細胞，避免內源半乳糖激酶的干擾；將它們涂布在麥氏培養(yǎng)基（含有PH值指示劑的中性紅和結晶紫，檢測碳水化合物）上，篩選轉化子（重組子產生紅色的菌落）。第三十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

采用鳥槍法戰(zhàn)略，將合適大小的DNA片段克隆到啟動子探針質粒pKO1上受體細胞染色體DNA上的galE、galT與質粒上報告基因galk的表達產物聯(lián)合作用，可將培養(yǎng)基中的半乳糖酵解成紅色素物質轉化galE+、galT+、galK-的大腸桿菌受體菌株含有外源啟動子活性的重組克隆啟動子的篩選第四十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日pOK1質粒載體分離功能啟動子的因素

1.選用的報告基因galK的編碼產物半乳糖激酶，是一種易于快速定量檢測的蛋白質（鑒定啟動子表達活性的強弱）；

2.應用麥氏培養(yǎng)基的顯色反應特性，篩選能夠利用半乳糖的轉化子（分離功能啟動子）。

3.采用半乳糖激酶缺陷型的大腸桿菌寄主菌株（GalE+GalT+GalK－）作轉化受體；第四十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日5.啟動子的構建Ptac=3Ptrp=11Plac第四十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

1.Lac啟動子的表達載體

2.Trp啟動子的表達載體

3.PL啟動子的表達載體常用的大腸桿菌表達載體第四十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第四十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

理論上，凡是具有包括控制區(qū)段在內的lac操縱子的質粒，都基本上具備了用作克隆基因表達載體的條件。這類表達載體的最突出的特點是，含有一條足夠大的編碼β-半乳糖苷酶的lacZ基因片斷。因此，每當有一個克隆的外源DNA片斷插入到這個啟動子之后，人保持著lacZ基因固有的讀碼結構時，這個重組質粒就會合成出一種由外源克隆基因編碼的多肽和β-半乳糖苷酶組成的融合蛋白質。第四十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日1.經過Hae切割的203bp的酶切片斷上具有Lac操縱子的控制區(qū)，包括阻遏物作用區(qū)、CAP作用區(qū)以及RNA聚合酶作用區(qū)、β-半乳糖苷酶的頭8個密碼子。有一些對阻遏物作用不敏感的啟動子，也被用來制備表達載體2.95bp的Alu片斷：不完整的CAP結合序列3.L8突變的203bp區(qū)段，在CAP結合序列里發(fā)生了G-A的轉換4.在uv5突變，使lac啟動子開始的轉錄顯得更有效。（RNA聚合酶結合區(qū)T-A顛換,相鄰堿基G-A的轉換）第四十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日質粒的構建：將含有l(wèi)ac啟動子的Hae酶切片斷，經平末端連接，克隆到經EcoR1切割并對其粘性末端進行填補修復的pBR322質粒上。第四十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日增加2個堿基對第四十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第四十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日2.Trp啟動子的表達載體這種表達載體的優(yōu)點是，它所合成的蛋白質產量高于lac啟動子表達載體系統(tǒng)，并且是誘導型的。第五十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日構建：

1.大腸桿菌染色體DNA的5.4kbHind片斷，含有trp啟動子、操縱單元、前導序列、弱化子、trpE基因、trpD基因的部分序列。

2.將此片斷，克隆到pBR322質粒的Hind位點，構建成了ptrpED3表達載體（含有兩個Hind位點）。

3.Hind部分酶切消化，將靠近EcoR1位點的一個Hind位點，經核酸外切酶和S1核酸酶處理，消除掉構建新的質粒載體ptrpED5-1.

第五十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第五十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

使用Hind接頭，將ptrpED5-1質粒的Hinf1片斷克隆到了pBR322質粒的Hind位點上，形成重組質粒pWT111（含有trp調節(jié)序列和trpE基因的頭7個密碼子）。第五十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第五十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日Trp啟動子表達載體已用來生產了α-干擾素和γ-干擾素三啟動子串聯(lián)單元表達效率高于單啟動子單元第五十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3.PL啟動子的表達載體是一種最廣泛使用大腸桿菌表達載體的啟動子之一。

第五十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日λ噬菌體的阻遏物－操作系統(tǒng)第五十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日cI基因存在一個溫度敏感突變等位基因。

42度時，阻遏蛋白失活；

28-30度時，PL啟動子完全被阻遏蛋白抑制通過改變溫度來控制PL啟動子的開閉第五十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日pPLc24表達載體：用來表達天然的蛋白質和融合的蛋白質。這個質粒表達載體含有MS2-聚合酶基因開始的98個密碼子，不具有轉譯起始密碼子的外源片斷也能實現(xiàn)表達。在MS2-聚合酶基因下游，存在BamH和Hind單切點。EcoR單切點靠近λPL啟動子，處于轉譯起始密碼子之前。第五十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第六十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日pPLa2311表達載體可以控制具有轉譯起始區(qū)的外源片斷插入基因的表達。這種啟動子可接受熱敏感的λ阻遏蛋白質的抑制。

第六十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日組成：

1.pBR322的Hae－EcoR片斷；編碼ampr2.λ噬菌體的Hae-Hae片斷：λPL3.pMK20質粒的Hae片斷：編碼kanr4.具有ColE1復制起點的Hae片斷：經pMK20質粒轉移而來。第六十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第六十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日pPLc2833表達載體調節(jié)型強啟動子：能夠使克隆的真核基因在大腸桿菌寄主細胞中最有效的高水平表達

第六十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日組成：

1.一個調節(jié)型的強啟動子；

2.一個用作選擇記號的氨芐青霉素抗性基因ampr；

3.一個直接位于PL啟動子下游的多克隆位點（MCS）區(qū)第六十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

若由pKN402質粒的DNA復制起點取代pPLc2833質粒的DNA復制起點，由此形成的新質粒pCP3。它在大腸桿菌寄主細胞中指導外源蛋白質合成的有效性可得到有效的提高。而且這種質粒是溫度敏感型的載體。（42度，拷貝數(shù)提高5～10倍）go第六十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日克隆的真核基因在大腸桿菌細胞中的表達第六十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日外源蛋白質在大腸桿菌細胞中的表達部位融合蛋白質的表達第六十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日1.細胞質中表達2.周質中表達3.胞外表達1.外源蛋白質在大腸桿菌細胞中的表達部位第六十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日細胞質中表達:

外源基因在大腸桿菌寄主細胞質中高效表達時，常會發(fā)生一種特殊的生理現(xiàn)象，形成包涵體（InclusionBodies，IB）包涵體：存在于細胞質中的一種由不可溶性蛋白質聚集折疊而成的晶體結構物。影響其形成的關鍵因素：電荷的平均數(shù)、形成轉角的氨基酸殘基組分第七十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日優(yōu)點：1.形成包涵體

a.蛋白質易于以高純度和高濃度方式分離

b.蛋白質受保護而免受胞內酶的降解作用

c.蛋白質沒有活性，因此不會使寄主細胞受傷害第七十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日2.蛋白質的產量高

二硫鍵的斷裂以及轉譯修飾作用的喪失，會導致外源片斷編碼的蛋白質在大腸桿菌中超量表達。3.表達的質粒載體構建比較簡單。第七十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日缺點：

1.包涵體

a.蛋白質折疊了，再折疊的蛋白質可能無法恢復其生物學活性

b.蛋白質的終產量偏低

c.蛋白質的生產成本比較昂貴

2.還原的環(huán)境不利于二硫鍵的形成（硫氧還蛋白系統(tǒng)、谷氧還蛋白系統(tǒng)）

第七十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3.由于N－末端存在甲硫氨酸。使蛋白質的真實性受影響4.蛋白質會被酶解5.蛋白質種類多，因此純化比較復雜第七十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日周質中表達：

周質：在大腸桿菌一類格蘭氏陰性菌中，位于內膜和外膜之間的細胞結構部分。在周質中表達的蛋白，需要信號肽序列才能從細胞質中穿過細胞質內膜進入周質。

第七十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日優(yōu)點：

1.由于周質中蛋白質種類比較少，因此目標蛋白質的純化就比較簡單

2.蛋白質酶解的程度不甚嚴重

3.促進了二硫鍵的形成及蛋白質的折疊作用（氧化環(huán)境）

第七十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

在正確折疊的蛋白質，在轉運過程中，在體內對信號肽進行切割

相當多的真核生物成熟蛋白N端并不含有甲硫氨酸殘基。當這些真核基因在大腸桿菌中表達時，蛋白質N端的甲硫氨酸殘基往往不能被切除。如若將外源基因與大腸桿菌的信號肽編碼序列重組在一起，一旦分泌型表達，其N端的甲硫氨酸殘基便可在信號肽的剪切過程中被有效除去4.蛋白質N-末端的結構真實第七十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日分泌型異源蛋白的表達蛋白質的分泌機制

原核細菌周質中含有多種分子伴侶可阻止分泌蛋白的隨機折疊，分泌在細胞周質或培養(yǎng)基中的重組蛋白很少形成分子間的二硫鍵交聯(lián)，因此與包涵體相比，分泌型重組蛋白具有較高比例的正確構象，生物活性的回收率增加，且對蛋白酶不敏感第七十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日缺點：

1.信號肽并非總是有助于蛋白質的轉運

2.有可能形成包涵體第七十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日胞外表達：

使克隆在大腸桿菌細胞中表達的外源蛋白質，分泌到胞外培養(yǎng)基中進行分離純化第八十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日途徑：

1.用大腸桿菌細胞固有的途徑，使真正屬于分泌型的蛋白質直接分泌到胞外培養(yǎng)基中。（不是特別有效的程序）

2.誘導大腸桿菌細胞的外膜發(fā)生有限的滲漏，導致胞內的蛋白質向胞外培養(yǎng)基方向分泌（可以分離到中等產量的蛋白質）第八十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日優(yōu)點：

1.蛋白質的酶解作用程度低

目的蛋白穩(wěn)定性高，重組人胰島素原若分泌到細胞周中，其穩(wěn)定性大約是在細胞質中的10倍

2.由于分泌到胞外的蛋白質種類少，因此目標蛋白容易純化

3.增進了蛋白質的折疊作用

第八十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日缺點：

1.在大腸桿菌細胞中表達的外源真核蛋白質，通常是不會分泌到胞外培養(yǎng)基中去的

2.由于分泌在胞外培養(yǎng)基中的蛋白質相當稀釋，因此目標蛋白質的純化過程比較復雜第八十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日2.融合蛋白質的表達

除了直接表達異源蛋白外，還可將外源基因與受體菌自身的蛋白質編碼基因拼接在一起，并作為一個開放型閱讀框架進行表達。由這種雜合基因表達出的蛋白質稱為融合蛋白。在這種融合蛋白結構中，通常受體細菌的蛋白部分位于N端，異源蛋白位于C端。通過在DNA水平上人工設計引入的蛋白酶切割位點或化學試劑特異性斷裂位點，可以在體外從純化的融合蛋白分子中釋放回收異源蛋白第八十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日一、由報告基因的編碼序列區(qū)和另一個基因的啟動子及其調節(jié)序列構成的二、由一種異源蛋白質基因的編碼序列區(qū)同寄主細胞的誘導型啟動子構成由DNA體外重組構成的融合基因有兩種類型第八十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

融合蛋白質：由克隆在一起的兩個或數(shù)個不同基因的編碼序列組成的融合基因，轉譯產生的單一的多肽序列。它們的功能往往是異常的，或者是已經發(fā)生了變化融合基因：通常是指通過自發(fā)突變事件形成的、或是應用DNA重組技術構建的、一類具有來自兩個或兩個以上不同基因的核苷酸序列的新型基因第八十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

融合蛋白中受體蛋白部分的存在可能會影響目的蛋白的空間構象和生物活性，如果將之注入人體還會導致免疫反應，因此在制備和生產藥用目的蛋白時，將融合蛋白中的受體蛋白部分完整除去是必不可少的工序。融合蛋白的位點專一性斷裂方法有兩種：1.化學斷裂法2.酶促裂解法第八十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日化學斷裂法

用于蛋白位點專一性化學斷裂的最佳試劑為溴化氰（CNBr）它與多肽鏈中的甲硫氨酸殘基側鏈的硫醚基反應，生成溴化亞氨內酯，后者不穩(wěn)定，在水的作用下肽鍵斷裂，形成兩個多肽降解片段其中上游肽段的甲硫氨酸殘基轉化為高絲氨酸殘基，而下游肽段N端的第一位氨基酸殘基保持不變。這一方法的優(yōu)點是回收率高（可達到85%以上），專一性強，而且所產生的目的蛋白的N端不含甲硫氨酸，與真核生物細胞中的成熟表達產物較為接近。然而，如果異源蛋白分子內部含有甲硫氨酸殘基，則不能用此方法第八十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日酶促裂解法：單殘基位點

蛋白酶酶促裂解法的特點是斷裂效率更高，同時每種蛋白酶均具有相應的斷裂位點決定簇，因此可供選擇的專一性斷裂位點范圍較廣。幾種斷裂位點專一性最強的商品化蛋白酶分別在多肽鏈中的精氨酸、谷氨酸、賴氨酸殘基處切開酰胺鍵，形成不含上述殘基的下游斷裂肽段，與溴化氰化學斷裂法相似。用上述蛋白酶裂解融合蛋白的前提條件是外源蛋白分子內部不能含有精氨酸、谷氨酸或賴氨酸殘基，如果外源基因表達產物為小分子多肽，這一限制條件并不苛刻，但大分子量的異源蛋白來說，上述三種氨基酸殘基的出現(xiàn)頻率是相當高的第八十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日多殘基位點

為了克服僅切單一氨基酸殘基的蛋白酶所帶來的應用局限性，可在受體蛋白編碼序列與不含起始密碼子的外源基因之間加裝一段編碼寡肽序列（Ile-Glu-Gly-Arg）的人工接頭片段，該寡肽為具有蛋白酶活性的凝血因子Xa的識別和作用序列，其斷裂位點在Arg的C末端。純化后的融合蛋白用Xa處理，即可獲得不含上述寡肽序列的目的蛋白。由于Xa的識別作用序列由四個氨基酸殘基組成，大多數(shù)蛋白質中出現(xiàn)這種寡肽序列的概率極少，因此這種方法可廣泛用于從融合蛋白中回收各種不同大小的目的蛋白產物第九十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日go第九十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日影響克隆基因在大腸桿菌中的表達效率因素第九十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日5’-UTR對克隆基因表達效率的影響

a.啟動子結構對表達效率的影響

大腸桿菌啟動子的保守序－35區(qū)（5’TTGACA）和－10(5’TATAAT)區(qū);它們之間的距離(17bp)b.啟動子與克隆基因的間隔距離對表達效率的影響

當mRNA分子5’－末端與SD序列之間的長度小于15bp時，轉譯效率下

第九十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日2.質粒載體的生物學特性對基因表達效率的影響

a.質粒載體點的拷貝數(shù)對表達效率的影響

b.質粒載體的不穩(wěn)定性對表達效率的影響第九十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日質粒拷貝數(shù)質?？截悢?shù)對細菌生長代謝的影響

目前實驗室里廣泛使用的表達型質粒在每個大腸桿菌細胞中可達數(shù)百甚至上千個拷貝，質粒的擴增過程通常發(fā)生在受體細胞的對數(shù)生長期內，而此時正是細菌生理代謝最旺盛的階段。質粒分子的過度增殖以及其后目的基因的高效表達勢必會影響受體細胞的生長代謝，進而導致重組質粒的不穩(wěn)定性以及目的基因宏觀表達水平的下降解決上述難題的一種有效策略是將重組質粒的擴增納入可控制的軌道第九十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日質粒擴增時序的控制pCP33擁有一個溫度可誘導型的復制子在28℃時，每個細胞的質?？截悢?shù)為60在4422℃時，拷貝數(shù)迅速增至300-600在此溫度下，受體細胞染色體上的CI基因表達的溫度敏感型阻遏蛋白失活因此，用一種手段同時控制質?？截悢?shù)和基因的表達第九十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3.mRNA轉錄本的分子特性對基因表達效率的影響

a.轉譯起始序列對表達效率的影響

b.mRNA的穩(wěn)定性對表達效率的影響第九十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日核糖體結合位點對外源基因表達的影響SD序列的影響：

一般來說，mRNA與核糖體的結合程度越強，翻譯的起始效率就越高，而這種結合程度主要取決于SD序列與16SrRNA的堿基互補性，其中以GGAG四個堿基序列尤為重要。對多數(shù)基因而言，上述四個堿基中任何一個換成C或T，均會導致翻譯效率大幅度降低第九十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日SD序列下游的堿基若為AAAA或UUUU，翻譯效率最高；而CCCC或GGGG的翻譯效率則分別是最高值的50%和25%。緊鄰AUG的前三個堿基成份對翻譯起始也有影響，對于大腸桿菌β-半乳糖苷酶的mRNA而言，在這個位置上最佳的堿基組合是UAU或CUU，如果用UUC、UCA或AGG取代之，則酶的表達水平低20倍SD序列與起始密碼子之間的序列的影響：第九十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日SD序列與起始密碼子之間的距離的影響：SD序列與起始密碼子之間的精確距離保證了RNA在核糖體上定位后，翻譯起始密碼子AUG正好處于核糖體復合物結構中的P位，這是翻譯啟動的前提條件。在很多情況下，SD序列位于AUG之前大約七個堿基處，在此間隔中少一個堿基或多一個堿基，均會導致翻譯起始效率不同程度的降低第一百頁，共一百一十頁，2022年，8月28日起始密碼子及其后續(xù)若干密碼子的影響

大腸桿菌中的起始tRNA分子可以同時識別AUG、GUG和UUG三種起始密碼子，但其識別頻率并不相同，通常GUG為AUG的50%而UUG只及AUG的25%。除此之外，從AUG開始的前幾個密碼子堿基序列也至關重要，至少這一序列不能與mRNA的5’端非編碼區(qū)形成莖環(huán)結構，否則便會嚴重干擾mRNA在核糖體上的準確定位目前廣泛用于外源基因表達的大腸桿菌表達型質粒上，均含有與啟動