專題：原核表達（原理、材料與實驗方案）
更新時間：2013-11-06 瀏覽次數(shù)：1341
一、原理
1、E .coli 表達系統(tǒng)
E .coli 是重要的原核表達體系。在重組基因轉(zhuǎn)化入E .coli 菌株以后，通過溫度的控制，誘導(dǎo)其在宿主菌內(nèi)表達目的蛋白質(zhì)，將表達樣品進行SDS-PAGE 以檢測表達蛋白質(zhì)。
2、外源基因的誘導(dǎo)表達
提高外源基因表達水平的基本手段之一，就是將宿主菌的生長與外源基因的表達分成兩個階段，以減輕宿主菌的負荷。常用的有溫度誘導(dǎo)和藥物誘導(dǎo)。本實驗采用異丙基硫代-β-D-半乳糖昔（IPTG）誘導(dǎo)外源基因表達。
不同的表達質(zhì)粒表達方法并不*相同，因啟動子不同，誘導(dǎo)表達要根據(jù)具體情況而定。
二、材料
1、誘導(dǎo)表達材料
（1 ）LB （Luria—Bertani））培養(yǎng)基
酵母膏 （Yeast extract）5g 蛋白胨 （Peptone）10g
NaCl10g 瓊脂 （Agar）1-2%
蒸餾水 （Distilled water）1000ml pH 7.0
適用范圍：大腸桿菌
（2 ）IPTG 貯備液：2 g IPTG溶于10 ml 蒸餾水中，0 .22 μm 濾膜過濾除菌，分裝成1 ml /份，－20 ℃ 保存。
（3 ）l× 凝膠電泳加樣緩沖液：
50 mmol / L Tris -CI （pH 6 .8 ）
50 mmol / L DTT
2 % SDS （電泳級）
0.1 % 溴酚藍
10 % 甘油
2、大腸桿菌包涵體的分離與蛋白純化材料
1 ）酶溶法
（1）裂解緩沖液：
50 mmol / L Tris-CI （pH 8 .0 ）
1 mmol / L EDTA
100 mmol / LNaCI
（2）50 mmol / L 苯甲基磺酰氟（PMSF ）。
（3）10 mg / ml 溶菌酶。
（4）脫氧膽酸。
（5）1 mg / ml DNase I。
2 ）超聲破碎法
（1 ）TE 緩沖液。
（2 ）2×SDS -PAGE 凝膠電泳加樣緩沖液：
100 mmol / L Tris-HCI （pH 8 .0 ）
100 mmol / L DTT
4 %SDS
0.2 % 溴酚藍
20 % 甘油
三、實驗方案
1、外源基因的誘導(dǎo)表達
（1 ）用適當(dāng)?shù)南拗菩詢?nèi)切核酸酶消化載體DNA 和目的基因。
（2 ）按連接步驟連接目的基因和載體，并轉(zhuǎn)化到相應(yīng)的宿主菌。
（3 ）篩選出含重組子的轉(zhuǎn)化菌落，提取質(zhì)粒DNA 作限制性內(nèi)切核酸酶圖譜，DNA 序列測定，
確定無誤后進行下一步。
（4 ）如果表達載體的原核啟動子為PL 啟動子，則在30 -32 ℃ 培養(yǎng)數(shù)小時，使培養(yǎng)液的OD600達0.4-0.6 ，迅速使溫度升至42 ℃ 繼續(xù)培養(yǎng)3 -5h ；如果表達載體的原核啟動子為tac 等，則37 ℃培養(yǎng)細菌數(shù)小時達到對數(shù)生長期后加IPTG 至終濃度為1 mmol / L。繼續(xù)培養(yǎng)3 -5h 。
（5 ）取上述培養(yǎng)液1 ml ,1000g 離心，1 min ，沉淀，加100 μL 聚丙烯酰胺凝膠電泳上樣緩沖液后，作SDS -PAGE 檢測。
2、大腸桿菌包涵體的分離與蛋白質(zhì)純化
1 ）細菌的裂解
常用方法有：① 高溫珠磨法；② 高壓勻漿；③ 超聲破碎法；④ 酶溶法；⑤ 化學(xué)滲透等。前三種方法屬機械破碎法，并且方法① 、② 已在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用，后三種方法在實驗室研究中應(yīng)用較為廣泛。下面介紹酶溶法和超聲破碎法的實驗步驟。
（1）酶溶法。常用的溶解酶有溶菌酶；β-1,3 -葡聚糖酶；β-1,6 -葡聚糖酶；蛋白酶；殼多糖酶；糖昔酶等。溶菌酶主要對細菌類有作用，而其他幾種酶對酵母作用顯著。主要步驟為：
① 4 ℃ ，5000rpm 離心，15 min ，收集誘導(dǎo)表達的細菌培養(yǎng)液（100 ml ）。棄上清，約每克濕菌加3 ml 裂解緩沖液，懸浮沉淀。
② 每克菌加8μL PMSF 及80μL 溶菌酶，攪拌20 min ；邊攪拌邊每克菌加4 mg 脫氧膽酸（在冷室中進行）。
③ 37 ℃ ，玻棒攪拌，溶液變得粘稠時加每克菌20μL DNase I。室溫放置至溶液不再粘稠。
（2 ）超聲破碎法。聲頻為15-20 kHz 的超聲波在高強度聲能輸入下可以進行細胞破碎，在處理少量樣品時操作簡便，液體量損失較少，同時還可對染色體DNA 進行剪切，大大降低液體的粘稠度。
① 收集1 L 誘導(dǎo)表達的工程菌，40 ℃ ，5000r pm 離心，15 min ；棄上清，約每克濕菌加3 mlTE 緩沖液。
② 按超聲處理儀廠家提供的功能參數(shù)進行破菌；10 000g 離心，15min ，分別收集上清液和沉淀。
③ 分別取少量上清和沉淀，加入等體積的2× 凝膠電泳加樣緩沖液，進行SDS -PAGE 。
注意事項：超聲破碎與聲頻、聲能、處理時間、細胞濃度、菌種類型等因素有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況掌握；超聲波破菌前，標(biāo)本經(jīng)3 -4 次凍溶后更容易破碎。
2 ）包涵體的分離
蛋白質(zhì)在細菌中的高水平表達，常形成相差顯微鏡下可見到的細胞質(zhì)顆粒，即為包涵體，經(jīng)離心沉淀后可用Triton-X100 / EDTA 或尿素洗滌，若為獲取可溶性的活性蛋白，須將洗滌過的包涵體重新溶解并進行重折疊。
（1）試劑與配制
① 洗滌液I：
0.5 % Triton X -100
10 mmol / L EDTA （pH 8 .0 ）
溶于細胞裂解液中。
② 2×凝膠電泳加樣緩沖液。
（2）細胞裂解混合物12 000g 離心，15 min ,4 ℃ ；棄上清，沉淀用9× 洗滌液l 懸浮；室溫放置5 min ; 12 000g 離心15 min ,4 ℃ ；吸出上清，用100 μL 水重新懸浮沉淀；分別取10 μL上清和重新懸浮的沉淀，加10 μL 2× 凝膠電泳加樣緩沖液，進行SDS-PAGE 。
3 ）包涵體的溶解和復(fù)性
（1）試劑與配制
① 緩沖液I：
1 mmol / L PMSF
8mol /L 尿素
10 mmol / L DTT
溶于前述裂解緩沖液中。
② 緩沖液Ⅱ：
50 mmol / L KH2PO4
1 mmol / L EDTA （pH 8 .0 ）
50 mmol / L NaCI
2 mmol / L 還原型谷胱甘肽
1 mmol / L 氧化型谷胱甘肽
③ KOH 和HCI 。
④ 2×凝膠電泳加樣緩沖液。
（2）用100 μL 緩沖液I 溶解包涵體；室溫放置lh ；加9×緩沖液Ⅱ，室溫放置30 min ，用KOH 調(diào)pH 到10.7 ；用HCI 調(diào)至pH 8 .0 ，在室溫放置至少30 min ; 1000g 離心，15 min ，室溫；吸出上清液并保留，用100 μL 2×凝膠電泳加樣緩沖液溶解沉淀；取10 μL 上清，加10 μL 2× 凝膠電泳加樣緩沖液，與20 μL 重新溶解的沉淀進行SDS-PAGE 。
四、注意事項
（1）不同的大腸桿菌表達載體帶有不同的啟動子和誘導(dǎo)成分。實驗者必須根據(jù)特定系統(tǒng)和用途決定相應(yīng)的實驗方案。
（2）表達和檢測時，應(yīng)設(shè)置對照組，如轉(zhuǎn)化載體和非誘導(dǎo)細胞。
（3）由于大腸桿菌中表達的重組蛋白質(zhì)缺少哺乳動物細胞特異的翻譯后加工，所以，其生物活性無法與天然蛋白質(zhì)相提并論。