无细胞表达系统，是使用从细胞中提取的生物分子翻译机制在溶液中生产重组蛋白。由于蛋白质合成发生在细胞裂解物中，而不是在培养细胞中，因此该方法也称为体外蛋白表达。无细胞蛋白合成可通过多种类型和物种的细胞提取物实现，这些方法具有补充传统体内方法的优势和特点。

01   无细胞表达的应用

与基于细菌或组织培养细胞的体内技术相比，体外蛋白表达要快得多，因为它不需要基因转染、细胞培养或大量蛋白纯化。下列实验适合使用本方法：

· 表征蛋白间相互作用和蛋白核酸间相互作用的实验

· 功能分析用突变或截短蛋白的快速、高通量表达

· 带有适当糖基化和天然翻译后修饰 (PTM) 的哺乳动物蛋白表达

· 用稳定同位素标记蛋白用于结构分析

· 功能性病毒或有毒多肽的生产

· 蛋白质折叠、蛋白质稳定性或蛋白质降解所需组分分析

图：无细胞表达体系与蛋白质质谱分析相结合

02 无细胞表达的反应体系

体外合成蛋白质需要信息和物质基础两方面。信息是编码靶蛋白的基因模板 (mRNA 或 DNA) ，物质基础是含有必要转录和翻译分子机制的反应溶液。 无细胞表达体系使用细胞裂解物，去除其膜结构，仅保留细胞质和细胞器。其含有下列成分，为蛋白合成提供信息和物质基础：

· 用于 mRNA 转录的 RNA 聚合酶

· 用于多肽翻译的核糖体

· tRNA 和氨基酸

· 酶辅因子和能量源

· 用于正确折叠蛋白的必要的细胞组分

根据细胞裂解液来源的区别，其分为细菌（大肠杆菌）、植物（小麦胚芽）、昆虫、哺乳动物（兔）、人等不同来源。其优缺点如下表所示：

03 推荐的无蛋白表达产品

Ø 本品能够通过线性模板或质粒模板实现小规模蛋白表达。

Ø 本品采用转录和翻译偶联的方法，只需加入 DNA 模板即可一步完成蛋白的转录和翻译，直接获取目的蛋白。

Ø 本品中还包括线性模板构建所需 PCR 引物，以及 pEU-E01-DHFR 质粒作为阳性对照，另提供带有荧光标记的赖氨酸 -tRNA，用以标记合成蛋白，便于观测。

Ø 本品利用双层液相反应法（Bilayer）表达目的蛋白，只需 1-4 小时即可观察到目的蛋白，还可作为模板测试试剂，快速检测目的质粒或片段能否成功表达目的蛋白。