大规模可溶性蛋白原核表达与纯化步骤
原核表达和蛋白纯化流程
原核表达和蛋白纯化流程As scientists, we often encounter the challenge of expressing and purifying proteins in prokaryotic cells. Often, the first step in this process is to select an appropriate expression system. 做为科学家，我们经常面临的挑战是在原核细胞中表达和纯化蛋白质。
在这个过程中，通常的第一步是选择一个合适的表达系统。
One commonly used expression system is E. coli, which offers the advantages of fast growth, inexpensive culture conditions, and well-established genetic manipulation techniques. 一个常用的表达系统是大肠杆菌，它具有快速生长、廉价的培养条件和良好的遗传操纵技术的优势。
After selecting an expression system, the next step is to design a suitable expression vector to insert the gene of interest. 在选择表达系统后，下一步是设计一个合适的表达载体来插入感兴趣的基因。
The choice of promoter, selection markers, and fusion tags are important considerations in the design of the expression vector. 表达载体的选择激活子、选择标记和融合标签都是在表达载体设计中的重要考虑因素。
Once the expression vector has been designed and constructed, it can be transformed into the host cells for protein expression. 在表达载体设计和构建完成后，就可以将其转化到宿主细胞中进行蛋白表达。
大规模可溶性蛋白原核表达与纯化步骤
大规模可溶性蛋白纯化实验操作Hao Lab in SII1. 取20 µL E.coli BL21目的菌种加入装有10 ml LB培养基的50 ml离心管中，加入氨苄青霉素(Biobasic inc, #AB0028) 至终浓度为100 µg/ml或硫酸卡那霉素(生工，#0408) 至终浓度为50 µg/ml，37°C, 250 rpm, 摇菌过夜。
2. 取过夜培养的菌液8 ml加入400 ml (1:50) 含有相同浓度抗生素的LB中培养，间断检测菌液OD600值，37°C, 250 rpm, 摇菌大约60~120 min，待其OD600值达到0.6~0.8之间，加入0.4 mM IPTG (碧云天，#ST098), 30°C, 220 rpm, 诱导表达3 h。
3. 收集菌液至50 ml离心管中，7,000 × g, 4°C离心3 min, 弃上清收集沉淀，进行下步实验或置于-80°C冰箱保存。
摇菌用的锥形瓶用84消毒液浸泡或高压灭菌。
4. 将收集到的菌体重悬于20 ml 冰冷的Lysis buffer中，震荡混匀。
以下步骤均置于冰上。
5. 向菌体重悬液加入甘油至终浓度为10%，加入EDTA 至终浓度为0.5 mM，充分混匀。
6. 冰上超声：功率为仪器最大功率的60%，脉冲时间为1 s，间隔时间为1 s，总时间7~15 min。
7. 超声后的蛋白溶液于8,000 × g，4°C离心30 min。
15,000 × g, 4°C离心15 min可省略步骤10。
8. 在步骤7离心的同时。
取下20 ml新层析柱(Qiagen, #34964)的帽子并剪掉底部尖端再盖上帽子，加入混匀的50% NI-NTA beads (Qiagen, #S13-26-36-46; GST beads, GE, #17-0756-01) 悬液2 ml。
蛋白的原核表达、纯化及多克隆抗体的制备方法参考
蛋白的原核表达、纯化及多克隆抗体的制备方法参考一、蛋白的原核表达实验目的蛋白的原核质粒的构建。
适用范围蛋白原核表达。
实验原理参考实验室工具书《分子克隆实验指南》《抗体制备与使用实验指南》实验试剂病毒RNA的提取（Trizol法）相关试剂，反转录相关试剂（M-MLV Buffer、10M dNTPs、DEPC水、随机引物、RNA酶抑制剂、反转录酶M-MLV），GenStar高保真酶，T4连接酶，菌液PCR相关试剂，Western blot试剂盒实验设备和材料DH5a感受态细胞、BL21感受态细胞操作步骤（一）病毒RNA的提取（Trizol法）参照分子克隆的方法进行，（1）将250 μL液体样品加入1.5 mL Ep 管中，再加入750 μL冰预冷的TRIZOL。
（2）将样品剧烈混合后，在室温静置5 min。
（3）加入200 μL氯仿，颠倒Ep管混和两次，并剧烈振荡混和，使液体充分混匀呈乳白状（无分相现象）后，再室温静置5 min。
（4）在4℃条件下，以12000×g 离心15 min。
（5）将上层水相转移到一个新的Ep 管中，加入等体积的异丙醇并上下颠倒混匀，然后在室温静置至少 10min。
（6）在4℃条件下，以12000×g 离心15 min 后，小心并尽可能地去除全部上清液。
（7）用1 mL 75% DEPC 乙醇洗涤RNA 沉淀和管壁，4℃ 12000×g离心5 min后小心弃去乙醇。
（8）将RNA沉淀进行干燥（不能完全干燥）处理后，用 10μL 无 DEPC 水（无RNA酶的水）将RNA溶解并于-20℃保存。
（二）反转录反应体系（20 μL）：按下列顺序加样M-MLV Buffer 4 μL10M dNTPs 1 μLDEPC 水 3 μL随机引物 1 μL RNA酶抑制剂 0.5 μL反转录酶 M-MLV 1 μL提取的 RNA 9.5 μL总体积20 μL反应条件：42℃水浴 1~1.5 h（三）引物设计与合成依据新城疫毒株全基因序列，运用Oligo或者Primer Premier5.0软件设计上下游引物，设计引物是注意选择常用的酶切位点以及保护性碱基的添加引物使用前用灭菌超纯水配成相应浓度，-20℃保存备用。
原核蛋白可溶性表达策略及方案
原核蛋白可溶性表达策略及实验方案可溶性表达策略大肠杆菌根据表达部位的不同可将蛋白表达的形式分为3种：第1种为胞外分泌，即目的蛋白被分泌到培养基中。
这种方式表达的蛋白容易纯化，不易降解，但通常只有少量的蛋白质可以分泌到细胞外；第2种为周质空间表达，这种方式表达的蛋白存在于周质间隙中，外周质的氧化环境有利于蛋白质的正确折叠，在向外周质转移的过程中，信号肽在细胞内剪切，更有可能产生目的蛋白的天然N末端；第3种为胞内表达，这种表达易形成无活性的包涵体，需要经过繁琐的变性、复性过程才能得到有活性的蛋白。
因为多数蛋白不能够进行分泌表达，且表达量较少，所以分泌蛋白表达方法很少被使用；现阶段实验科研中常用的方法是融合型蛋白表达，包括蛋白上清表达和包涵体复性，以上俩种方法均可获得大量的可溶性蛋白。
有关通过蛋白复性获得可溶性蛋白请参见《包涵体蛋白复性的方法操作》，这里主要从条件优化的角度讨论第一种方法。
降低重组蛋白合成的速率可溶性蛋白的产率取决于蛋白的合成速率，蛋白的折叠速率，以及聚集的速率。
高水平表达时，肽链聚集的速率一旦超过折叠速率，就会形成包涵体。
因此，降低重组蛋白合成的速率有利于提高重组蛋白的可溶性表达。
常用的方法有培养温度的优化、挑选合适的启动子、诱导剂和诱导条件的优化等。
密码子优化密码子的使用对外源基因的表达水平有重要的影响。
密码子优化就是根据表达系统对密码子的偏好性进行优化筛选。
经过优化的基因序列往往能提高mRNA二级结构的稳定性，有利于新生肽段的正确折叠，提高外源活性蛋白的表达。
值得注意的是，稀有密码子存在通常会对蛋白表达产生负面影响，在转录过程中稀有密码子的位置以及转录的速率都会影响密码子的翻译，但在某些基因中使用稀有密码子则能显著降低肽链的延伸速率。
启动子的选择需要从启动子强度、漏表达程度、诱导性及经济因素等方面考虑。
在胞内表达中，常采用T7、PL等强启动子，表达水平可达菌体总蛋白的70%。
若重组蛋白多以包涵体形式存在，可采用强度较弱的lac等启动子以达到一个与表达能力相匹配的翻译速率。
原核蛋白可溶性表达策略及方案
原核蛋白可溶性表达策略及实验方案可溶性表达策略大肠杆菌根据表达部位的不同可将蛋白表达的形式分为3种：第1种为胞外分泌，即目的蛋白被分泌到培养基中。
这种方式表达的蛋白容易纯化，不易降解，但通常只有少量的蛋白质可以分泌到细胞外；第2种为周质空间表达，这种方式表达的蛋白存在于周质间隙中，外周质的氧化环境有利于蛋白质的正确折叠，在向外周质转移的过程中，信号肽在细胞内剪切，更有可能产生目的蛋白的天然N末端；第3种为胞内表达，这种表达易形成无活性的包涵体，需要经过繁琐的变性、复性过程才能得到有活性的蛋白。
因为多数蛋白不能够进行分泌表达，且表达量较少，所以分泌蛋白表达方法很少被使用；现阶段实验科研中常用的方法是融合型蛋白表达，包括蛋白上清表达和包涵体复性，以上俩种方法均可获得大量的可溶性蛋白。
有关通过蛋白复性获得可溶性蛋白请参见《包涵体蛋白复性的方法操作》，这里主要从条件优化的角度讨论第一种方法。
降低重组蛋白合成的速率可溶性蛋白的产率取决于蛋白的合成速率，蛋白的折叠速率，以及聚集的速率。
高水平表达时，肽链聚集的速率一旦超过折叠速率，就会形成包涵体。
因此，降低重组蛋白合成的速率有利于提高重组蛋白的可溶性表达。
常用的方法有培养温度的优化、挑选合适的启动子、诱导剂和诱导条件的优化等。
密码子优化密码子的使用对外源基因的表达水平有重要的影响。
密码子优化就是根据表达系统对密码子的偏好性进行优化筛选。
经过优化的基因序列往往能提高mRNA二级结构的稳定性，有利于新生肽段的正确折叠，提高外源活性蛋白的表达。
值得注意的是，稀有密码子存在通常会对蛋白表达产生负面影响，在转录过程中稀有密码子的位置以及转录的速率都会影响密码子的翻译，但在某些基因中使用稀有密码子则能显著降低肽链的延伸速率。
启动子的选择需要从启动子强度、漏表达程度、诱导性及经济因素等方面考虑。
在胞内表达中，常采用T7、PL等强启动子，表达水平可达菌体总蛋白的70%。
若重组蛋白多以包涵体形式存在，可采用强度较弱的lac等启动子以达到一个与表达能力相匹配的翻译速率。
原核蛋白纯化步骤
摇菌：3-1（12/9）6-4小批量表达过程：取100μl菌液至20ml Amp+LB培养基，摇菌至OD（600nm）值到0.6，IPTG（1:1000稀释）诱导，取0h 2h 4h 6h 8h样品各1ml，离心（6000rpm，5min）加60μl 1×PBS悬浮沉淀。
蛋白大小检测：caspase 3 846bp，约33kd；caspase 6 912bp，约38kd加20μl 4×loading buffer（含2-ME）至60μl菌液中，煮沸10min。
配胶，根据蛋白大小，选12% SDS-PAGE胶，跑胶检测。
70V 30min，120V 60min。
大批量表达过程：1）取20μl菌液至1ml Amp+ LB培养基，十管，摇菌过夜；2）将菌液转移至装有200ml Amp+ LB培养基的锥形瓶中，摇菌2.5h，测OD（600nm），0.6左右较好；3）加IPTG（1:1000）诱导5h；4）转移至灭菌了的50ml离心管中，10000rpm，20min离心收集沉淀；5）加20ml 无菌PBS悬浮菌液，加溶菌酶（1:500）室温静置1h；6）破碎菌液，温度25℃，模式06（6mm）/02（2mm）总时间20min左右，超声开约2s，超声关约5s，功率35%~40%（小于400W）7）离心（10000rpm 30min），收集上清和沉淀，上清-20℃保存，加10ml 1×结合缓冲液充分混匀溶解沉淀，4℃过夜；8）将融有沉淀的结合缓冲液分装,12000min，30min离心收集沉淀，1×PBS溶解后和上清一起跑胶检测。
试剂配置：LB培养基Tryptone 10gYeast Extract 5gNacl 10g定容至1LIPTG2.4g 至10ml无菌水中，过0.22μl 滤膜溶菌酶1g 至10ml 无菌水中，过0.22μl 滤膜Amp5g 氨苄到50ml 无菌水中，过0.22μl 滤膜8×母液（200ml）NaCl 4mol/L 4×58.44×0.2=46.75Tris 160mM 160×121.14×0.2=3.876调pH 至7.9Wash Buffer（200ml）NaCl 0.5M 0.5×58.44×0.2=5.844Tris-HCl 20mM 0.02×121.14×0.2=0.488EDTA.2Na 100mM 0.1×372.24×0.2=7.4448Binding buffer（1L）1×母液+咪唑咪唑浓度梯度：5mM 20mM 40mM 60mM 100mM 250mM8×Charge buffer（40mL）400mM NiSO4.6H2O0.4×262.86×0.04=4.20576g8M尿素100mL加48g。
原核表达及纯化方法
原核表达及纯化-His tag一、原核表达1.挑取一个单菌落（重组表达载体），接种到10mL LB培养基中（注意抗生素抗性）。
37℃，过夜摇菌。
2.次日，将菌液接种到1L LB培养基中（1:50~1:100），继续培养至OD600=0.6时（0.6~0.8），加1×IPTG诱导4h。
（加IPTG前留样（诱导前全菌蛋白）200μL做SDS-PAGE）3.收菌：(1)200μL诱导后全菌；(2)小量表达：收集5mL诱导后全菌，12000g离心1min，裂解沉淀，分别收集上清（可溶性）和沉淀（包涵体）中的蛋白。
大量表达：收集1L诱导后全菌，4℃，4500g离心15~30min。
二、可溶性分析目的：重组蛋白是否表达，是可溶性的还是包涵体形式。
根据这个结果选择纯化方法。
（1）各用30μL 4×SDS Loading buffer重悬诱导前和诱导后的菌体（200μL）；用500μL 1×Binding Buffer重悬菌体（5mL），超声破碎（3min，超2s，挺3s，27%能量；溶液透亮即可）；4℃，19000g离心15min，分离上清和沉淀；（2）用30μL 4×SDS Loading buffer重悬沉淀；（3）取10μL上清蛋白加10μL 4×SDS Loading buffer；（4）将诱导前全菌，诱导后全菌，上清蛋白和包涵体蛋白煮沸5~10min。
（5）各取10μL 用于SDS-PAGE检测（12%的胶）。
三、小量富集实验样品制备：取5mL诱导全菌，用500μL 1×Binding Buffer（8M Urea）溶解，超声破碎（3min，超2s，挺3s，27%能量；溶液透亮即可）。
4℃，19000g离心15min，取上清用于富集实验。
（留样做SDS-PAGE）富集：1.装柱：取30μL~50μL体积的Ni柱料（纯柱料）于1.5mL离心管中。
原核蛋白表达与纯化
GE tac (Pharmacia) NEB tac
pMal
Amp
MBP· Tag
pET
Merck (Novagen) Transgen
T7 T7lac T7lac
Amp Kan Amp
His· Tag
pEASY
His· Tag
选择表达菌株
菌株
BL21 BL21(DE3) BL21(DE3)pLysS
pGEX pET
Lane 2：30℃ Lane 3：25℃
促进包涵体形成
• 目的 高浓度，高纯度 毒基因表达
免受蛋白酶水解（小蛋白，多肽）
• 手段 胞质表达 提升表达速率（诱导温度，IPTG浓度，etc） 特定的表达载体（pET-17xb，pET-31b(+)）
蛋白纯化障碍 • 表达——纯化是一个完整的、密切联系的过程，蛋 白纯化过程中，很多问题的根源来自上游表达 • 蛋白不结合，洗脱杂带多，包涵体不易溶解…… • 下篇详述
常用表达载体系统
系统名称 公司 pGEX 启动子 抗性 Amp 常用标签 GST· Tag 特点 可溶性表达，纯化难以控制，谷 胱甘肽 一步洗脱，得到的蛋白纯 度较低,通常需要去掉GST· Tag 可溶性表达，纯化难以控制，麦 芽糖一步洗脱，得到的蛋白纯度 较低,通常需要去掉MBP· Tag 种类丰富。标签小，无需切割， 一般来说，对蛋白活性无影响。 纯化及其方便。 同pET系统
GE tac (Pharmacia) NEB tac
pMal
Amp
MBP· Tag
pET
Merck (Novagen) Transgen
T7 T7lac T7lac
Amp Kan Amp
His· Tag
原核表达及蛋白质的纯化
原核表达及蛋白质的纯化原核表达及蛋白质的纯化与浓度测定之一原核表达一( 实验材料1.大肠杆菌BL21.DH5a2.高盐LB:蛋白胨10g，酵母浸出物5g，NacL10g(低盐LB为5g)，溶于双蒸水，然后定容至1000ml中，121.6?高压灭菌25min-30min后备用3.LB固体培养基:按上述方法配制的液体培养基，每100ml加1.5g琼脂粉，高压灭菌25min-30min，待培养基温度降至常温左右时(一般为不烫手即可)，在无菌状态加入抗生素(3g/200ml)并铺平板，冷却凝固后放入4?备用4.IPTG(异丙基硫代-β-D-半乳糖苷):在8ml蒸馏水中溶解2g IPTG后，用蒸馏水定容至10ml，用0.22μm滤器过滤除菌，分装成1ml小份贮存于-20?，这时配好的。
IPTG浓度为0.8m/mL5.氨苄青霉素(ampicillin)(100mg/ml): 溶解1g氨苄青霉素钠盐于足量的水中，最后定容至10ml。
分装成小份于-20?贮存。
常以25ug/ml,50ug/ml的终浓度添加于生长培养基。
6.卡那霉素(carbenicillin)(50mg/ml): 溶解0.5g羧苄青霉素二钠盐于足量的水中，最后定容至10ml。
分装成小份于-20?贮存。
常以25ug/ml,50ug/ml的终浓度添加于生长培养基。
7.考马斯亮兰染色液:称取1g考马斯亮蓝R-250,置于1L烧杯中，量取250mL 的异丙醇加入上述烧杯中，搅拌溶解。
加入100mL的冰乙醋酸，均匀搅拌。
加入650mL的去离子水，均匀搅拌。
用滤纸出去颗粒物质后，室温保存。
8.考马斯亮兰脱色液:量取下列溶液，醋酸(冰乙酸)45mL;甲醇 50mL;dH2O10mL,充分混合后使用。
9.10%过滤酸铵 :把1g过硫酸铵溶解于终量为10ml的水溶液中，该溶液可在4 ?保存数周。
10. 5×Tris-GlycineBuffer (SDS-PAGE电泳缓冲液)配制方法 :称取下列试剂，置于1L烧杯中。
原核表达步骤总结
原核表达步骤原核表达先要将基因克隆到原核表达载体上，然后通过转化到JM109或BL21等菌株中，诱导表达蛋白，然后进行蛋白纯化。
本实验方案的前提是，目的基因已克隆到载体，并已转进入JM109菌株中。
一．鉴定目的蛋白是否在大肠杆菌JM109或BL21中大量表达（一）制样1 . 挑取经过双酶切鉴定的单克隆菌落于700ul LB培养基，加入0.7ul Amp （100mg/mL），37o C200r/min摇床培养，过夜活化。
2. 以1：50比例（200ul），将活化的过夜培养物加入10mL LB液体培养基中，加入10uLAmp（100mg/ml），37o C200r/min摇床扩大培养2h-3h，期间取样监控菌液的OD值，控制菌液OD600在0.6-1.0之间，以使大肠杆菌处于最适合表达外源蛋白的生长状态。
(一般3h时，菌液浓度及达到标准，但是不同的基因对菌的影响不同，所以第一次实验时需要确定这个最佳时间)3. 从10ml扩大培养物中取3ml菌液作为不加IPTG的空白对照（CK），其余7ml菌液加入7ul IPTG（储存浓度为0.5mol/l），使IPTG终浓度达到0.5mmol/l。
以200r/min的转速，37o C摇床培养3h。
4. 以5000r/min离心2min收集菌体，倾倒上清，每个离心管收集3ml培养物。
5. 加入1ml dH2O，将管底沉淀用振荡器打散以充分洗涤，8000r/min离心2min，倾倒上清。
6. 重复步骤5。
将离心管中的水倒干净。
（二）菌落SDS-PAGE1. 在收集的菌体中加入200ul 1×SDS PAGE loading buffer(可根据沉淀的量增加或减少loading buffer的量，一般200ul比较合适)。
用漩涡器剧烈震荡，确保将管底沉淀震散。
2. 将样品于100℃恒温加热器上开盖加热10min（Marker也要加热）。
样品凉后，12000r/min离心3min，取每管的上清点样。
原核表达操作步骤及注意事项
原核表达操作步骤及注意事项时间：2010-03-03 14:05:01 来源：作者：点击：1046次将克隆化基因插入合适载体后导入大肠杆菌用于表达大量蛋白质的方法一般称为原核表达。
这种方法在蛋白纯化、定位及功能分析等方面都有应用。
大肠杆菌用于表达重组蛋白有以下特点：易于生长和控制；用于细菌培养的材料不及哺乳动物细胞系统的材料昂贵；有各种各样的大肠杆菌菌株及与之匹配的具各种特性的质粒可供选择。
但是，在大肠杆菌中表达的蛋白由于缺少修饰和糖基化、磷酸化等翻译后加工，常形成包涵体而影响表达蛋白的生物学活性及构象。
表达载体在基因工程中具有十分重要的作用，原核表达载体通常为质粒，典型的表达载体应具有以下几种元件：（1）选择标志的编码序列；（2）可控转录的启动子；（3）转录调控序列(转录终止子，核糖体结合位点)；（4）一个多限制酶切位点接头；（5）宿主体内自主复制的序列。
原核表达一般程序如下：获得目的基因－准备表达载体－将目的基因插入表达载体中（测序验证）－转化表达宿主菌－诱导靶蛋白的表达－表达蛋白的分析－扩增、纯化、进一步检测一、试剂准备1、LB培养基。
2、100mM IPTG（异丙基硫代-β-D-半乳糖苷）：2.38g IPTG溶于100ml ddH2O中，0.22μm滤膜抽滤，-20℃保存。
二、操作步骤（一）获得目的基因1、通过PCR方法：以含目的基因的克隆质粒为模板，按基因序列设计一对引物（在上游和下游引物分别引入不同的酶切位点），PCR循环获得所需基因片段。
2、通过RT-PCR方法：用TRIzol法从细胞或组织中提取总RNA，以mRNA为模板，逆转录形成cDNA 第一链，以逆转录产物为模板进行PCR循环获得产物。
（二）构建重组表达载体1、载体酶切：将表达质粒用限制性内切酶（同引物的酶切位点）进行双酶切，酶切产物行琼脂糖电泳后，用胶回收Kit或冻融法回收载体大片段。
2、PCR产物双酶切后回收，在T4DNA连接酶作用下连接入载体。
蛋白质的原核生物表达与纯化实验大纲
实验一：EV71病毒非结构基因（2b）的克隆一．实验目的通过本实验使学生掌握外源基因克隆的原理和方法二．实验原理基因克隆技术包括把来自不同生物的基因与具有自主复制能力的载体DNA在体外进行人工连接，构建成新的含目的基因的重组载体，然后将其导入受体生物中去进行表达，从而产生遗传物质和状态的转移和重新组合。
三．实验用品１. 材料：EV71病毒基因组序列载体pMAL-c2x （Amp抗性）大肠杆菌DH5a２. 器材：离心机、DNA电泳仪、微波炉、试管、摇床、酒精灯、高压蒸汽灭菌锅、培养皿等、三角瓶、天平３. 试剂与药品：氨苄青霉素、碱性裂解液、电泳缓冲液、Rnase A、Taq DNA聚合酶、T4DNA 连接酶、1kb 分子量DNA Marker 、内切酶BamHI和SalI、DNA 片段胶回收试剂盒、X-gal 贮液、 IPTG 贮液、T ris 碱、Na2EDTA、NaCl、CaCl2 、甘油、葡萄糖、酵母提取物、胰蛋白胨、分析纯无水乙醇、95%医用酒精、琼脂糖四．方法与步骤（一）缓冲液及培养基配制1.质粒提取试剂：溶液I：葡萄糖 50m mol/L,Tris-HCl(pH 8.0) 25m mol/L,EDTA(pH8.0) 10mmol/L于6.895×104Pa灭菌15 min，4℃保存。
溶液II：NaOH 0.2 mol/L，SDS 1%。
SDS（10%，200ml）：20 g SDS，慢慢转移到约150ml水的烧杯中，磁力搅拌至溶解，用水定容至200 ml。
溶液III:（0.5M，pH5.2，KAC）,用冰醋酸调pHTE缓冲液：1ml Tris-HCl(1M pH8.0),0.2ml EDTA(0.5M pH8.0),加灭菌水至100ml。
2. LB液体培养基（perliter）:胰蛋白胨10g酵母膏5g pH 7.0NaCl 5g(二).步骤1．碱裂解法抽提质粒实验原理：在 pH 12.0～12.6 碱性环境中，细菌的染色体 DNA 变性分开，而共价闭环的质粒 DNA 虽然变性但仍处于拓扑缠绕状态。
蛋白可溶表达与纯化的详细实验过程
蛋白可溶表达与纯化的详细实验过程2010年02月27日星期六09:02丁香园chrispp作品。
一、证明目的蛋白有表达1、挑取一单菌落接种于含氨苄(Amp，终浓度为100g/mL)的3mL液体LB培养基中37℃，250rpm培养过夜。
2、将过夜培养菌液以1:100转接于含上述抗生素的100mL液体LB中，37℃，250rpm，3.5h （大量培养至OD600＝0.6左右）。
3、取出1mL菌液为未诱导的电泳对照，剩余培养液加入诱导物IPTG至终浓度为1mmol/L，继续振荡培养4h。
4、以未诱导菌液与IPTG诱导后菌液作对比，SDS-PAGE检测。
结果如下：图11:pET-32aA3未诱导，2:pET-32aA3未诱导，3:pET-32aA3诱导后，4:pET-32aA3诱导后二、表达的情况，是可溶还是沉淀1、将上述的37℃诱导菌液离心（4℃，12000g，5min），弃上清（LB培养液），沉淀重悬于0.9%NaCl溶液洗菌。
2、将重悬于0.9%NaCl的菌体溶液离心（4℃，12000g，5min），弃上清（0.9%NaCl洗菌液），得菌体，称菌体重量，重悬于8mL PBS（pH7.0）缓冲液，缓冲液用量根据50~100mg/mL的菌液终浓度。
3、超声破菌：冰浴条件下，超声波破碎大肠杆菌，超声设置如下功率：400W，工作：15s，间隔：45s，全程时间：30min（30次左右）以菌液由白变透明，且不粘稠为依据（少量菌液用液氮反复冻融7次以上效果也不错，而且简单，但是DNA 出来后会粘稠，可能加dna酶后会好些，那样好离心，我是用接近最高转速离心的（没加dan酶），不然分不开）4、将超声波破碎的菌液离心（4℃，12000g，15min），分别收集上清和沉淀，各取1mL，加入1mL2×上样缓冲液，沸水浴10min，SDS-PAGE检测。
结果如下：图21:pET-32aA3诱导上清，2:pET-32aA3诱导沉淀三、探索可溶表达条件有上述实验结果可知，目标蛋白在上清也有表达，即存在可溶性的表达，但是量很少，大部分也包涵体的形式存在（沉淀中），而包涵体的存在也证明了蛋白表达量很高，上清可溶蛋白的可操作性等因素都优于对包涵体蛋白的分离纯化，所以可通过探索可溶表达条件，最终来加大上清蛋白的含量，以利于下一步实验的进行。
原核表达步骤
1.引物的设计及合成2.基因的克隆: PCR反应PCR产物的回收和纯化PCR产物的酶切3.质粒pET-32a的扩增、提取及酶切接种含有pET-32a空质粒的DH5α的菌株至LB (含有Amp l00ug/mL)中，37℃培养过夜。
取5mL菌液，按质粒提取试剂盒说明书提取质粒，酶切提取出的质粒，-20℃保存。
4.重组原核表达质粒的构建：4.1重组质粒的连接4.2感受态细胞的制备和转化：参照《分子克隆实验指南》的方法进行BL21感受态细胞的制备[16]。
在平板上挑取新鲜的BL21菌落，接种到5mLLB培养基中，37℃振荡培养2~5h，OD600达到0.35～0.5之间，取l～2mL菌液于无菌离心管中，冰上放置至0℃，4℃、5000 rpm离心5min，弃上清，用200uL CaCl2(0.1M)重悬，冰上放置30min，4℃、5000 rpm离心5min，弃上清，0.1M CaC12100uL重悬，4℃放置备用。
4.3重组质粒转化感受态细胞：将10uL重组原核表达质粒加入到100uL的BL21感受态细胞中，轻轻混匀，冰上放置30min，将离心管放入42℃水浴中热休克90s，立即将离心管冰浴5~10min，每管加入800uL的LB培养基，然后放入37℃摇床中100rpm培养45min，取出离心管5000rpm离心5min，弃去600uL上清，将沉淀的细菌混匀并涂布氨卞抗性的LB平板，涂布后正置30min后倒置于37℃培养箱中，培养12~16h。
4.4 重组质粒的鉴定4.4.1 PCR鉴定：挑取抗性LB平板上长出的BL21重组菌，并接种LB培养基中(含Amp100ug/mL)，37℃、200rpm摇振培养3~5h，PCR鉴定。
4.4.2 酶切鉴定：应用限制性内切酶对提取的质粒进行双酶切鉴定，通过双酶切鉴定目的基因有无插入及大小是否正确。
酶切结束后进行1%琼脂糖凝胶电泳，凝胶成像系统下观察并拍照记录。
4.4.3重组质粒基因序列测定：挑选PCR检测条带亮，酶切鉴定正确的菌株测序。
蛋白原核表达纯化原理
蛋白原核表达纯化原理蛋白原核表达纯化是一种常用的生物技术方法，用于大量制备目标蛋白质。
该方法可以在原核细胞中直接表达目标蛋白，然后通过一系列的纯化步骤获得高纯度的蛋白质样品。
以下将详细介绍蛋白原核表达纯化的原理和步骤。
蛋白原核表达纯化的原理主要基于细菌细胞的生物特性。
在表达过程中，目标蛋白的基因会被插入到表达载体中，该载体会被转化到细菌细胞中。
转化后的细菌细胞会利用其自身的代谢机制表达目标蛋白。
蛋白原核表达纯化的步骤主要包括以下几个方面：第一步，构建表达载体。
在这一步骤中，目标蛋白的基因会被插入到表达载体的多克隆位点中。
这个过程可以通过PCR扩增目标基因，然后将其连接到表达载体上。
第二步，转化细菌细胞。
在这一步骤中，经过构建的表达载体会被转化到细菌细胞中。
转化可以使用化学方法或电穿孔等物理方法进行。
第三步，培养表达菌株。
转化后的细菌细胞会被培养在含有适当抗生素的培养基中。
培养的条件包括温度、pH值、搅拌速度等，这些条件可以根据目标蛋白的特性进行优化。
第四步，诱导表达。
在菌株达到一定的生长密度后，可以通过添加适当的诱导剂来诱导目标蛋白的表达。
诱导剂的选择可以根据目标蛋白的特性进行优化。
第五步，收获细胞。
在表达过程中，细菌细胞会合成大量的目标蛋白。
可以通过离心等方法，将细菌细胞从培养基中收获下来。
第六步，裂解细胞。
收获的细菌细胞需要被裂解，以释放目标蛋白。
常用的方法包括超声波、高压等物理方法，以及酶解等化学方法。
第七步，纯化目标蛋白。
裂解后的混合物中含有大量的杂质，需要通过一系列的纯化步骤来获得高纯度的目标蛋白。
常用的纯化方法包括亲和层析、离子交换层析、凝胶过滤等。
经过以上步骤，蛋白原核表达纯化的过程就完成了。
这种方法可以高效地制备目标蛋白，并且可以根据需要进行优化。
蛋白原核表达纯化在生物医药、生物工程等领域有着广泛的应用前景，对于研究目标蛋白的结构和功能具有重要意义。
生物大分子的高效表达和纯化技术方法
生物大分子的高效表达和纯化技术方法生物大分子包括蛋白质、核酸等，它们是生命体系中非常重要的组成部分。
在研究生物大分子的结构、功能和应用方面，高效的表达和纯化技术是必不可少的。
本文将介绍一些常用的生物大分子表达和纯化方法。
一、蛋白质表达1.原核表达系统原核表达系统是最早被广泛使用的表达系统之一。
它利用细菌如大肠杆菌等在短时间内大量生产蛋白质的特性。
在原核表达系统中，利用载体将目标基因转入到细菌中，并通过诱导蛋白质表达的信号来促进蛋白质的表达。
常用的载体包括pET、pBAD等，其中pET系统是目前应用最广泛的表达载体之一。
它具有高效的启动子和调控子，可促进目标基因的表达。
另外，还可以通过对表达条件的调节，如诱导温度、工艺时间等，提高蛋白质表达量和纯度。
2.哺乳动物细胞表达系统哺乳动物细胞表达系统被广泛应用于生产大规模、高纯度的蛋白质。
这种表达系统利用哺乳动物细胞的生物学特性，如正确的折叠、翻译和修饰等，确保产生的蛋白质与天然的同源物具有相同的结构和活性。
在哺乳动物细胞表达系统中，最常用的载体是pcDNA3.1和pCDNA4。
这些载体中包含了强有力的启动子、Augustus、poly A位点等元素，保证了表达的高效性和稳定性。
另外，还可以通过转染病毒等方法提高蛋白质表达水平。
3.细胞外表达系统细胞外表达系统利用细胞外分泌蛋白质的特性，通过对介质成分的调节实现目标蛋白质的表达。
这种表达系统适用于生产大规模、高质量的蛋白质，尤其是包括人源蛋白质在内的复杂蛋白质。
常用的细胞外表达系统包括言酵母表达系统、巨细胞病毒表达系统等。
在这些系统中，通过调节胞外环境、添加营养物质、选择高产菌株等方法，可以提高蛋白质产量和纯度。
二、蛋白质纯化1.亲和层析法亲和层析法是一种高效的分离纯化方法，它利用具有选择性的亲和剂结合目标蛋白质，从而实现蛋白质的高度分离和纯化。
常用的亲和剂包括Ni-NTA、Protein A、GST等。
可溶蛋白表达Ni柱亲和层析纯化操作流程
可溶蛋白表达Ni柱亲和层析纯化操作流程—From CXY Day1一、配制溶液1.Binding Buffer PH8.0 1L20mM Tris 2.42g500mM NaCl 29.2g20mM imidazole 1.36g2.Elution Buffer PH8.0 200ml20mM Tris 0.484g500mM NaCl 5.85g500mM imidazole 6.8g二、表达蛋白3.挑单克隆至4ml LB(Amp)中，37℃生长~12h4.1:50转接至40ml LB(Amp)中，37℃生长过夜Day25.1:50转接至2L LB(Amp)中，37℃生长2h6.加1mM IPTG诱导4h（留样）7.8000rpm，4℃离心8min，弃上清（留样）8.80ml Binding Buffer重悬沉淀，冰上超声至清亮9.最大转速，4℃离心30min，收上清准备上样（留样）三、纯化1.开机打开开关->机身2个OK->other: record on->Flow path: pump A Inlet A2,column position position8->Alarm&Mon: Alarm Pressure 0.4->X-Axis 200ml->Y-Axis UV1 -20~200 Cond 0~702.清洗机器，排空气泡FlowRate 10~20ml/min，走平UV1 CondUV1值调零：Alarm&Mon: AutoZero UV3.B泵充满Elution BufferFlowRate 10~20ml/min，Gradient 100% B，走平UV1 Cond4.A泵充满水，机器用水冲掉Elution BufferFlowRate 10~20ml/min，Gradient 0% B，走平UV1 Cond5.接柱子、洗柱子Ni柱：Hitrap FF（5ml 柱体积，流速0~8ml/min）FlowRate 1ml/min，清洗柱子，乙醇换成水，走平UV1 Cond6.挂Ni（0.1M NiSO4，过滤不高压）FlowRate 4ml/min，A泵水换成NiSO4，走平UV1 Cond7.平衡柱子FlowRate 4ml/min，A泵NiSO4换成Binding Buffer，走平UV1 Cond8. 上样，收集柱后（留样）FlowRate 4ml/min ，A 泵Binding Buffer 换成样品，走平UV1 Cond ，将废液管接至柱后瓶9. 洗非特异结合蛋白FlowRate 4ml/min ，A 泵样品换成Binding Buffer ，走平UV1 Cond ，将废液管接至废液瓶10. 洗脱蛋白FlowRate 4ml/min ，Flow path: FractionCollector 5ml ，清洗2管收集管后开始洗脱，每次洗脱走平UV1 CondNi 柱洗脱通常不用连续梯度，应用阶梯梯度，每个梯度走3~4柱体积，走平UV1 Cond 4% B8% B12% B一般出杂峰16% B 20% B50% B 100% B11. SDS-PAGE 鉴定纯化产物上样 柱前 柱后，5+20μL12. 清洗柱子及机器FlowRate4ml/min ，Gradient 100% B ，每步走平UV1 Cond->0.1M EDTA （洗Ni 至柱子褪色）->0.5~1M NaOH （清洗柱子）->Binding Buffer （置换OH -）->水（清洗离子）->20%乙醇（保存柱子）13. 卸柱子FlowRate4ml/min ，Gradient 0% B ，每步走平UV1 Cond->水（清洗A 泵）->20%乙醇（保存机器）。
原核表达及纯化总结
His标签重组蛋白大量表达及纯化一筛选及鉴定1 将构建好的连接产物进行转化DH5α鉴定表达载体和目的片段的连接一般为10µL连接体系，此步转化方法如下：取100µL DH5α感受态细胞，加入到10µL连接产物体系中↓冰上放置30min↓42℃准确热激90秒↓冰上放置3min↓加入300µL无Amp+ 的LB培养基，37℃ 100rpm/min振荡培养1h↓将400μL菌液全部涂LB平板（含Amp+）水平放置30 min待菌液完全吸收后，在37℃温箱中倒置培养过夜（12~16 h），直至出现单菌落。
2 阳性克隆的PCR鉴定方法如下挑取单菌落于200μL含Amp+LB培养基中（用2.0的离心管），摇床200rpm/min，37℃培养4h，待菌液浑浊后，取1μL做菌液PCR鉴定。
PCR扩增体系如下：取1 μL菌液作为模板反应体系如下：模板 1 µL10×PCR反应缓冲液（含Mg2+） 2 µLdNTP(2.5 mmol/L/each) 1.6 µL上游引物（10 µmol/L） 1 µL下游引物（10 µmol/L） 1 µLTaq酶（5 U/µL）0.3 µLddH2O 13.1µLTotal 20 µL 条件：94℃预变性10min94℃变性45s50℃退火45s72℃延伸1min，30个循环的扩增反应72℃延伸10 min4℃∞1%琼脂糖凝胶电泳检测：电泳上样时：Marker DL2000上样3µL样品（1µL loadingbuffer +6µL PCR产物混匀上样）100V，20min；紫外透射仪检测，出现目的带的对应菌落为阳性克隆。
（注意：记得保存菌种）3 阳性克隆质粒抽提取阳性克隆菌液200µL，加3ml含Amp+ LB液体培养基，37℃ 200rpm/min培养3-4h，待菌液浑浊后，进行质粒抽提。
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大规模可溶性蛋白纯化实验操作
Hao Lab in SII
1. 取20 µL E.coli BL21目的菌种加入装有10 ml LB培养基的50 ml离心管中，加入氨苄青霉素(Biobasic inc, #AB0028) 至终浓度为100 µg/ml或硫酸卡那霉素(生工，#0408) 至终浓度为50 µg/ml，37°C, 250 rpm, 摇菌过夜。
2. 取过夜培养的菌液8 ml加入400 ml (1:50) 含有相同浓度抗生素的LB中培养，间断检测菌液OD600值，37°C, 250 rpm, 摇菌大约60~120 min，待其OD600值达到0.6~0.8之间，加入0.4 mM IPTG (碧云天，#ST098), 30°C, 220 rpm, 诱导表达3 h。
3. 收集菌液至50 ml离心管中，7,000 × g, 4°C离心3 min, 弃上清收集沉淀，进行下步实验或置于-80°C冰箱保存。
摇菌用的锥形瓶用84消毒液浸泡或高压灭菌。
4. 将收集到的菌体重悬于20 ml 冰冷的Lysis buffer中，震荡混匀。
以下步骤均置于冰上。
5. 向菌体重悬液加入甘油至终浓度为10%，加入EDTA 至终浓度为0.5 mM，充分混匀。
6. 冰上超声：功率为仪器最大功率的60%，脉冲时间为1 s，间隔时间为1 s，总时间7~15 min。
7. 超声后的蛋白溶液于8,000 × g，4°C离心30 min。
15,000 × g, 4°C离心15 min可省略步骤10。
8. 在步骤7离心的同时。
取下20 ml新层析柱(Qiagen, #34964)的帽子并剪掉底部尖端再盖上帽子，加入混匀的50% NI-NTA beads (Qiagen, #S13-26-36-46; GST beads, GE, #17-0756-01) 悬液2 ml。
9. 取下层析柱的帽子使NI-NTA beads重悬液体流净再盖上帽子，加入PBS至总体积约20 ml，用5 ml 移液器轻柔吹打混匀(避免气泡产生)，静置5 min之后取下层析柱的帽子将液体放空并盖上帽子，重复二次。
10. 取步骤7，离心后的上清用0.45 µm滤器(Millipore, #SLGP033RS) 过滤，滤液置于50 ml离心管中。
11. 取适量蛋白溶液将NI-NTA beads重悬并转移到装有蛋白溶液的50 ml离心管中。
4°C摇荡过夜。
空的层析柱加入约10 ml PBS，4°C保存。
12. 将摇荡过夜的beads和蛋白混合液以50 × g, 4°C离心1 min使beads沉淀。
保留上清于4°C冰箱，可以考虑用旧的beads做二次结合。
13. 用10 ml PBS重悬beads, 50 × g, 4°C离心1 min, 弃上清，重复一次。
再以20 ml wash buffer 重悬，装入层析柱中，静置5 min, 取下层析柱的帽子，收集0.5 ml流出的液体并保存于2ml离心管中待检测，标记为20W-1，剩余液体流空再盖上帽子。
14. 用20 ml wash buffer重悬NI-NTA beads，静置5 min，取下层析柱的帽子，流空液体，盖上帽子。
15. 用20 ml wash buffer重悬NI-NTA beads，静置5 min，取下层析柱的帽子收集0.5ml流出的液体并保存于2ml离心管中待检测，标记为20W-3，剩余液体液体流空，盖上帽子。
16. 加入5 ml Elution buffer重悬NI-NTA beads，静置5 min，取下层析柱的帽子，收集液体，于15 ml新离心管中并留样品20 µl, 标记为E-1。
为盖上帽子。
用Nanodrop2000粗测蛋白浓度。
再以3 ml Elution buffer 重复三次上述步骤，收集至另一新15 ml离心管中。
17. 回收beads: 洗脱后的NI-NTA beads以20 ml PBS重悬，静置5 min，取下层析柱的帽子，流空液体，盖上帽子。
再以20 ml PBS重复两次上述步骤。
再用20 ml 0.5 M NaOH重复一次，加入约10 ml 30%乙醇置于4°C保存。
19. 将16步得到的蛋白溶液加入3 KDa的15 ml超滤管(Millpore, #UFC900396)中, 4,000 × g, 4°C离心45 min进行超滤。
倒掉超滤管底的废液，将约为15 ml PBS加入超滤管中，轻轻颠倒混匀，4,000 ×g, 4°C离心45 min，倒掉超滤管底的废液。
重复超滤四次，最后一次离心1 h。
如果16步第一次收集的蛋白溶液粗测浓度大于0.5 mg/ml，可以先超滤第一次洗脱得到的5ml蛋白溶液，其它的再用同一个超滤管进行第二次超滤。
纯化后的蛋白溶液留样20 µl标为EC，加入终浓度为40%的甘油，每管100 µl分装，-80°C保存。
SDS-PAGE检测各样品的蛋白浓度及纯度。
溶液配制：
0.5 M EDTA stock, pH8.0: 93.05 g Na2EDTA•2H2O 加入350 mL ddH2O。
10M NaOH调整pH 至8.0 with (约25 mL，缓慢加入)。
加ddH2O至500 ml。
高压灭菌，室温保存。
10 M NaOH: NaOH 16g，加ddH2O至40 ml, 0.22 µM滤器过滤除菌。
Wash buffer：20 mM imidazole/PBS
Elution buffer: 300 mM imidazole/PBS
甘油储存液：80%甘油/ PBS，高压灭菌。
Lysis buffer: 1% Triton-X100/PBS。
(Triton-X100储存液：20%用PBS配制)
1 M IPTG (异丙基硫代-β-D半乳糖苷): 在8ml ddH2O中溶解2.383g IPTG后，用ddH2O定容至10ml, 0.2
2 μm滤器过滤除菌，分装成1 ml -20°C避光保存。
3 M Imidazole (生工，#IB0529): 2.0
4 g 加入PBS至10 ml, 0.22 µM滤器过滤，4°C保存。