如何提高重組蛋白的可溶性表達？
日期：2025-05-06 15:20:00
可以優化表達條件，如降低培養溫度，使蛋白折疊更充分；調整培養基成分，添加有助于蛋白溶解的物質，如甘氨酸、甜菜堿等；共表達分子伴侶或折疊酶，幫助蛋白正確折疊；對蛋白進行序列優化，減少疏水性氨基酸的聚集；采用分泌表達，將蛋白分泌到細胞外環境中，避免在胞內聚集。
提高重組蛋白可溶性表達的方法有很多，包括優化基因序列、選擇合適的表達系統、調整培養條件等方面，以下是具體介紹：
1.優化基因序列
密碼子優化：不同生物對密碼子的使用具有偏好性。可以根據宿主細胞的密碼子偏好性，對重組蛋白的基因序列進行優化，使其在宿主細胞中能夠更高效地翻譯，減少翻譯過程中的停頓和錯誤，從而提高蛋白的合成效率和可溶性表達水平。
去除信號肽或特定結構域：某些蛋白的信號肽或特定結構域可能會影響其在宿主細胞內的可溶性表達。通過生物信息學分析，預測并去除對可溶性表達不利的信號肽或結構域，可能會提高重組蛋白的可溶性。但需要注意的是，去除這些區域可能會影響蛋白的功能，因此需要在后續實驗中進行驗證。
2.選擇合適的表達系統
選擇合適的宿主菌株：不同的宿主菌株具有不同的蛋白折疊和修飾機制，對重組蛋白的可溶性表達有重要影響。例如，大腸桿菌是常用的表達宿主，其中 BL21 (DE3) 菌株適用于表達以包涵體形式存在的蛋白，而 Rosetta 菌株則可用于補充稀有密碼子對應的 tRNA，有助于提高一些含有稀有密碼子的重組蛋白的表達量和可溶性。
使用分泌型表達載體：將重組蛋白與信號肽序列融合，構建分泌型表達載體。這樣可以引導重組蛋白分泌到細胞周質空間或細胞外培養基中，避免蛋白在細胞質內過度積累而形成包涵體，同時細胞周質空間或細胞外的環境更有利于蛋白的正確折疊，從而提高蛋白的可溶性。
3.調整培養條件
降低培養溫度：較低的培養溫度可以減緩細胞的生長速度和蛋白的合成速度，使蛋白有更充足的時間進行正確折疊，減少錯誤折疊和聚集的發生，從而提高蛋白的可溶性。例如，將培養溫度從 37℃降低到 25 - 30℃，可能會顯著提高某些重組蛋白的可溶性表達。
優化培養基成分：選擇合適的培養基成分和添加物可以促進重組蛋白的可溶性表達。例如，在培養基中添加適量的甘氨酸甜菜堿、海藻糖等滲透壓保護劑，可以提高細胞的穩定性和蛋白的可溶性；添加適量的二硫蘇糖醇（DTT）等還原劑，可以防止蛋白分子內或分子間的二硫鍵錯誤形成，有助于蛋白的正確折疊和溶解。
控制誘導時機和誘導劑濃度：對于可誘導表達系統，如 IPTG 誘導的乳糖操縱子系統，要選擇合適的誘導時機和誘導劑濃度。過早或過晚誘導都可能影響蛋白的表達和可溶性。一般來說，在細胞生長到對數中期或后期進行誘導，使用較低濃度的誘導劑，延長誘導時間，有助于提高重組蛋白的可溶性表達。
4.共表達分子伴侶或折疊酶
共表達分子伴侶：分子伴侶可以幫助新生肽鏈正確折疊，防止蛋白聚集。將重組蛋白與分子伴侶（如 GroEL - GroES、DnaK - DnaJ - GrpE 等）共表達，能夠提高重組蛋白在細胞內的正確折疊效率，從而增加其可溶性表達。
共表達折疊酶：一些折疊酶如蛋白二硫鍵異構酶（PDI）、肽脯氨酰順反異構酶（PPI）等，可以催化蛋白折疊過程中的二硫鍵形成和脯氨酸殘基的順反異構化，促進蛋白的正確折疊。與這些折疊酶共表達，有助于提高含有二硫鍵或脯氨酸殘基較多的重組蛋白的可溶性。
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