蛋白表达概述PPT课件.ppt
《蛋白表达概述PPT课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《蛋白表达概述PPT课件.ppt(32页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、蛋白表达概述蛋白表达概述Michael Chao常用蛋白表达系统(host)原核细胞:大肠杆菌。真核细胞:酵母、昆虫细胞、哺乳动物细胞大肠杆菌表达系统 大肠杆菌是基因工程研究中采用最多的原核表达体系。大肠杆菌是基因工程研究中采用最多的原核表达体系。优越性:优越性:对大肠杆菌的基础生物学、分子遗传学等背景知识和基因表达的调控机理已有了深刻了解;对大肠杆菌的基础生物学、分子遗传学等背景知识和基因表达的调控机理已有了深刻了解;商品化的载体和菌株种类非常齐全;商品化的载体和菌株种类非常齐全;表达效率高;表达效率高;易培养,成本低。易培养,成本低。缺点:缺点:因分泌能力不足,真核蛋白质常形成不溶性的包含
2、体;因分泌能力不足,真核蛋白质常形成不溶性的包含体;蛋白质不能糖基化;蛋白质不能糖基化;其内毒素很难除去。其内毒素很难除去。酵母表达系统 甲醇酵母表达系统是目前应用最广泛的酵母表达系统,以甲醇酵母表达系统是目前应用最广泛的酵母表达系统,以Pichia Pastoris应用最多。应用最多。优越性:优越性:蛋白可糖基化,有相对正确的天然结构,可很好的生产分泌型蛋白;蛋白可糖基化,有相对正确的天然结构,可很好的生产分泌型蛋白;表达载体为整合型质粒,载体中含有与酵母染色体中同源的序列,因而比较容易整合入酵母表达载体为整合型质粒,载体中含有与酵母染色体中同源的序列,因而比较容易整合入酵母染色体中,实现高
3、效率表达;染色体中,实现高效率表达;表达载体都为表达载体都为E.coli/Pichia Pastoris的穿梭载体,可在获得克隆后采用的穿梭载体,可在获得克隆后采用E.coli细胞大量细胞大量扩增。扩增。易培养,成本低易培养,成本低,可高密度发酵。可高密度发酵。缺点:缺点:糖基化与哺乳动物有所差别;糖基化与哺乳动物有所差别;培养上清多糖浓度高,不利于纯化。培养上清多糖浓度高,不利于纯化。昆虫细胞表达系统 利用重组杆状病毒在昆虫细胞体系中表达外源蛋白是目前较为流行的表达方式。利用重组杆状病毒在昆虫细胞体系中表达外源蛋白是目前较为流行的表达方式。优越性:优越性:重组蛋白具有完整的生物学功能,如蛋白
4、的正确折叠、二硫键的搭配;重组蛋白具有完整的生物学功能,如蛋白的正确折叠、二硫键的搭配;可容纳较大片段的外源可容纳较大片段的外源DNA插入,因此是表达大片段插入,因此是表达大片段DNA的理想载体;的理想载体;可进行分泌表达。可进行分泌表达。缺点:缺点:糖基化与哺乳动物有所差别;糖基化与哺乳动物有所差别;表达量有限;表达量有限;作为药物宿主细胞未被作为药物宿主细胞未被FDA认可;认可;培养成本高。培养成本高。哺乳动物细胞表达系统 哺乳动物细胞常用于表达高活性的人源重组蛋白。哺乳动物细胞常用于表达高活性的人源重组蛋白。优越性:优越性:糖基化与人源蛋白一致;糖基化与人源蛋白一致;能表达天然结构的完整
5、蛋白,活性很高;能表达天然结构的完整蛋白,活性很高;可进行分泌表达。可进行分泌表达。缺点:缺点:表达量低;表达量低;培养成本很高,操作繁琐。培养成本很高,操作繁琐。n各种表达系统各有其优缺点,大肠杆菌和酵母表达系统蛋白表达水平高,生产成本低,各种表达系统各有其优缺点,大肠杆菌和酵母表达系统蛋白表达水平高,生产成本低,但它们的加工修饰体系与昆虫细胞、哺乳动物细胞不完全相同;哺乳动物细胞产生的蛋白但它们的加工修饰体系与昆虫细胞、哺乳动物细胞不完全相同;哺乳动物细胞产生的蛋白质更接近于天然蛋白质,但其表达量低、操作繁琐。质更接近于天然蛋白质,但其表达量低、操作繁琐。n各种表达系统由于翻译后的加工不完
6、全相同,因而产生的重组蛋白的生物学活性和免疫各种表达系统由于翻译后的加工不完全相同,因而产生的重组蛋白的生物学活性和免疫原性有时会有差别。因此,选择表达系统时,必须充分考虑各种因素,如所需要表达的蛋原性有时会有差别。因此,选择表达系统时,必须充分考虑各种因素,如所需要表达的蛋白是否有毒性,是否有活性,是否需要糖基化,还需要考虑成本、产量及纯化路线和安全白是否有毒性,是否有活性,是否需要糖基化,还需要考虑成本、产量及纯化路线和安全性。性。n对于我们来说,最常用和最需掌握的是对于我们来说,最常用和最需掌握的是大肠杆菌表达系统大肠杆菌表达系统Factors in E.coli protein exp
7、ressionStrainvectorgrowth conditions 一个蛋白要成功的在一个蛋白要成功的在E.coli系统表达,就是要根据表达目的在系统表达,就是要根据表达目的在载体,菌株和培养条件载体,菌株和培养条件三三个主要因素之间找到一个理想的结合点。以达到个主要因素之间找到一个理想的结合点。以达到目的基因的表达产量高目的基因的表达产量高;表达产物稳定表达产物稳定;生物活性高生物活性高;表达产物容易分离纯化。表达产物容易分离纯化。表达载体(Vector)n原核表达载体众多,常用的有原核表达载体众多,常用的有pET(T7 promoter)、pQE(T5 promoter)、pGEX(
8、GST融融合表达合表达)等。等。n各载体适应的菌株也不尽相同各载体适应的菌株也不尽相同pET(BL21(DE3)、pQE(M15,JM109)、pGEX(BL21)。n对于我们来说,最常用和最需掌握的是对于我们来说,最常用和最需掌握的是pET表达系统表达系统Expression plasmid featuresInduction of expressionpET载体E.coli表达蛋白流程 pET systemFetures:npopularnLow basal expression levelsnWidest variety of fusion tagsnSpecialized vector
9、s and hostsnCompetent cells 选择合适的载体载体大致可分为两大类:转录载体和翻译载体。载体大致可分为两大类:转录载体和翻译载体。转录载体转录载体用以表达本身带有原核核糖体结合位点和AUG起始密码子的目的基因。只有3种转录载体:pET-21(+)、pET-24(+)和pET-23(+)。翻译载体翻译载体包括来自T7噬菌体主要衣壳蛋白的高效核糖体结合位点,用于表达那些不带有核糖体结合位点的目的基因选择合适的载体需要考虑的因素:选择合适的载体需要考虑的因素:n目的蛋白的应用目的蛋白的应用n目的蛋白已知特定信息目的蛋白已知特定信息n克隆策略克隆策略 目的蛋白的应用分析级表达量
10、的蛋白用于活性分析,筛选及确定突变,筛选配体相互作用,制备抗原等。大量活性蛋白用于结构研究,作为试剂或制备亲和基质。可能有多种载体都能满足表达用于筛查或抗原制备所需的分析级表达量的要求,但是,能用于大量纯化的载体-宿主菌-培养条件的最佳组合条件往往是唯一的。如果要连续生产大量高活性的目的蛋白,那么多花些功夫摸索载体-宿主菌-培养条件的组合以便找到最佳条件,是非常值得的。目的蛋白的已知特性任何有关目的蛋白的信息都有助于选择合适的载体。例如,有些蛋白表现活性要求一端或两端均无外源序列。大多数pET 载体可以克隆非融合序列;但是,如果特定翻译起始序列在 E.coli 中不能被有效使用,表达水平也会受
11、到一定的影响。在这种情况下,通常是构建一种带有高效表达的氨基末端序列的融合蛋白,并在纯化完成后用特定的蛋白酶切去融合序列。克隆策略不同的克隆策略、对限制性酶切位点及阅读框的不同要求,会影响对载体的选择。许多pET 载体具有同样的限制性酶切位点,那么可以仅准备一次目的插入片段,将其插入到多个载体中。不同的要求可以考虑采用不同的PCR 克隆策略。蛋白溶解性和细胞定位 n一旦确定了用途和克隆策略,下一步就是判断目的蛋白在细胞中的定位和可溶性。许多后续应用要求目的蛋白以有活性的可溶状态表达。大多数情况下,可溶性并非有或无的现象。n正确选用合适的载体和宿主菌组合会明显提高目的蛋白可溶部分比例及活性。载体
12、可以通过三种方式增加可溶性:1)与本身溶解性高的多肽序列融合表达(GST,Trx及 NusA);2)与催化二硫键形成的酶融合表达(例如Trx,DsbA,及DsbC);3)与信号序列融合表达,输出到细胞周质。n包涵体有利于纯化:容易通过离心收获浓度高而相对纯净的蛋白;包涵体保护蛋白免受蛋白酶水解;毒性蛋白以无活性的包涵体形式表达,不会影响宿主菌的生长。n有意采用包涵体复性方法多用于制备抗原或用于不特别要求正确折叠的应用情况。pET-17xb 以N 端融合蛋白形式表达全长220 aa T7基因10 蛋白,并形成包涵体。pET-31b(+)也是表达融合蛋白包涵体的代表,非常适合制备小蛋白和多肽。非融
13、合表达,融合表达,分泌表达 PSDForeign DNAPSDForeign DNA融合表达载体融合基因PSD融合型表达载体Foreign DNA融合基因IPPSTag,T7TagGSTTag,HisTagTrxTag,NusTagpET载体的融合标签 E.coli宿主菌名称特征用途抗性DH5带有recA endA突变的克隆菌株,由于DH5具有deoR变异,可以作为较大质粒的宿主菌使用。常用的质粒抽提工程菌株,可用于蓝白斑筛选鉴别重组菌株。无BL21lon和ompT蛋白酶缺陷型用于PGEX载体构建质粒的蛋白表达无BL21(DE3)lon和ompT蛋白酶缺陷型,含有lacI抑制基因和位于lacU
14、V5启动子下的T7 RNA 聚合酶基因用于含有T7的pET系列载体构建质粒的蛋白表达无BL21(DE3)-RP在BL21(DE3)细胞的基础上,具有额外拷贝的argU和proL基因解决了表达富含AT的基因组蛋白密码子偏倚性问题氯霉素BL21(DE3)-RIL在BL21(DE3)细胞的基础上,具有额外拷贝的argU、ileY和leuW tRNA基因解决了表达富含AT的基因组蛋白密码子偏倚性问题氯霉素BL21(DE3)-plysS带有可以与pET共存的、编码T7溶菌酶(T7 RNA聚合酶的天然抑制物)的质粒。pLysS 菌株在被诱导前T7 RNA聚合酶的基础表达被抑制,这样可以使表达会影响宿主细胞
15、生长和活力的重组体在宿主中更稳定。带有pLacI质粒的宿主菌产生额外的抑制pETBlue和pTriEx载体基础表达的lac阻遏蛋白更严格的本底表达控制,适合于毒性蛋白和非毒性蛋白的表达。氯霉素BL21(DE3)-Rosetta-gami(Rosetta-gami)携带pRARE2质粒的BL21衍生菌,补充大肠杆菌缺乏的七种(AUA,AGG,AGA,CUA,CCC,GGA及CGG)稀有密码子对应的tRNA,提高外源基因、尤其是真核基因在原核系统中的表达水平,又具有thioredoxin reductase(trxB)和glutathione reductase(gor)两条主要还原途径双突变菌株
16、显著提高细胞中二硫键形成几率,促进蛋白可溶性及活性表达补充7种稀有密码子,促进蛋白可溶性及表达活性卡那霉素、氯霉素、四环素Rosetta-Blue带有recA endA lacIq突变的克隆菌株,高蛋白表达,补充大肠杆菌缺乏的AGG,AGA,AUA,CUA,CCC,GGA六种稀有密码子对应的tRNA。补充稀有密码子,提高外源基因、尤其是真核基因在原核系统中的表达水平氯霉素 用于克隆的宿主菌n用于克隆的宿主菌通常是用于克隆的宿主菌通常是 K12系列系列NovaBlue,JM109以及以及DH5 a。这些菌株是。这些菌株是recAendA型型,转化效率很高,且质粒产量高,适合用于保存带有克隆目的
17、基因的转化效率很高,且质粒产量高,适合用于保存带有克隆目的基因的pET载体。载体。用于表达的宿主菌n重组质粒转化到带有染色体重组质粒转化到带有染色体 T7 RNA 聚合酶基因聚合酶基因(T7 gene 1)的大肠杆菌中,即可开始生产的大肠杆菌中,即可开始生产蛋白了;蛋白了;n所有所有 B 型菌株,型菌株,B834,BL21,BLR,Origami B,Rosetta及及Tuner都缺乏纯化过程中降解都缺乏纯化过程中降解蛋白的蛋白的lon蛋白酶及蛋白酶及 ompT 外膜蛋白酶。因此,目的蛋白在这些菌株中的稳定性要高于带有外膜蛋白酶。因此,目的蛋白在这些菌株中的稳定性要高于带有这些蛋白酶的菌株。这
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 蛋白 表达 概述 PPT 课件
