【Promega】无细胞蛋白合成

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PROMEGA

无细胞蛋白质合成是分子生物学家在基础和应用科学中的重要工具。它与活细胞中的蛋白质表达相比具有显著优势，越来越多地被用于高通量功能基因组学和蛋白质组学。更多无细胞蛋白合成的应用请参见表 1。无细胞蛋白质合成对于产生蛋白质阵列（如核酸可编程蛋白质阵列（NAPPA）和使用显示技术的酶工程）至关重要。无细胞方法提供了将表型（表达蛋白的功能）与基因型相关的最快方法。蛋白质合成可以在几个小时内使用 mRNA 模板在翻译系统中或 DNA 模板（质粒 DNA 或 PCR 片段）在偶联的转录和翻译系统中进行。此外，无细胞蛋白表达系统对于表达有毒蛋白、膜蛋白、病毒蛋白以及通过细胞内蛋白酶进行快速蛋白水解降解的蛋白是不可或缺的。

无细胞蛋白合成的应用

功能基因组 / 蛋白质组分析

• 基因突变 / 缺失分析（如酶动力学）

• 蛋白质结构域映射

• 蛋白质相互作用的表征

• 凝胶迁移 EMSA

• 蛋白质芯片制备

难表达蛋白的表达

• 细胞毒性蛋白、膜蛋白、病毒蛋白、激酶

蛋白质进化 / 酶工程

• 展示技术（如核糖体、mRNA 展示、体外分区）

• 通过核糖体展示体外抗体的进化

转录 / 翻译调控分析

• RNA 结构分析，如翻译调控元件的表征（如 UTR、帽结构、IRES）

• RNA 病毒表征

筛选

• 筛选化学库

• 药物筛选（如抗生素）

蛋白质标记

• 开放系统允许掺入标记的氨基酸

无细胞表达系统的起源

无细胞蛋白表达裂解物由参与高蛋白合成率的细胞产生，例如未成熟红细胞（网织红细胞）。最常用的无细胞表达系统来源于兔网织红细胞、小麦胚芽和大肠杆菌。有两种类型的无细胞表达系统：翻译系统和转录翻译偶联（TNT®）系统（见下图 1）。这两种系统都提供翻译所需的大分子成分，如核糖体、tRNA、氨基酰 -tRNA 合成酶、起始、延伸和终止因子。为了确保高效翻译，每个提取物必须补充氨基酸、能量源（ATP、GTP）、能量再生系统和盐（Mg2+、K+ 等）。对于真核系统，磷酸肌酸和磷酸肌酸激酶作为能量再生系统，而原核系统补充磷酸烯醇丙酮酸和丙酮酸激酶。用噬菌体衍生的 RNA 聚合酶（T7、T3 或 SP6）补充偶联的转录和翻译系统，可以进行 T7、T3 或 SP6 启动子下游克隆的基因表达。

图 1. 无细胞蛋白质表达系统分为基于 mRNA 的翻译系统和基于 DNA 的转录 / 翻译系统。