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原核生物のタンパク質発現における一般的な問題の分析

更新時間: 2021-03-04

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原核生物のタンパク質発現における一般的な問題の分析

原核生物の発現とは、発現ベクターを構築し、遺伝子クローニング技術を介して外来標的遺伝子を発現株に導入し、特定の原核生物または細胞で発現させる方法を指します。原核生物のタンパク質発現システムは、現在最も一般的に使用され、最も経済的なタンパク質発現法です。大腸菌発現システムは、最も広く使用されている原核生物のタンパク質発現システムの1つです。

Escherichia coli expression system Features

完全な発現システムには通常、サポートする発現ベクターと発現株が含まれます。特殊な誘導発現の場合、誘導因子も含まれ、融合発現には精製システムまたはタグ検出も含まれます。発現系の選択は、通常、発現レベル、標的タンパク質の活性、発現産物の精製方法など、実験の目的によって異なります。以下は、原核生物の発現過程における一般的な問題を紹介します。

 

Q:なぜ標的タンパク質は常に封入体の形で現れるのですか?

A:原核生物の発現と精製では、標的タンパク質が誤って折りたたまれ、凝集して封入体になることがよくあります。誘導後、標的タンパク質の発現は通常、全細胞タンパク質の50%以上に達する可能性があります。

タンパク質の特定の割合は可溶性の形で存在しますが、タンパク質の95%が封入体に存在します。より溶解性の高いタンパク質を得るために、実験中、誘導温度を下げて、たとえば16〜30℃にするか、IPTG濃度(0.01〜0.1mM)を下げて誘導時間を長くすることができます。特殊な培地を使用して細菌を培養することもできます。



Q:膜貫通タンパク質の発現が難しいのはなぜですか?

A:膜貫通タンパク質発現の成功率が比較的低いことが一般的な問題です。主な理由は2つあります。

 

1.膜貫通タンパク質は一般に、強力な疎水性アミノ酸分子と親水性分子で構成されており、ホッピング方式で結合して、シグナルペプチドの構造に類似した最も単純な親水性および疎水性の膜貫通化学構造を形成します。

原核細胞の場合、単純な細胞小器官はシグナルペプチドの認識と切除の複雑なプロセスをほとんど完了できず、小胞体とゴルジ装置が真核細胞のように再パッケージ化して分泌するように導きます。一部のタンパク質は膜を複数回通過します。原核細胞の場合細胞がタスクを完了することはほとんど不可能です。


2.疎水性フラグメントの場合、封入体は原核細胞の発現で容易に形成されます。疎水性ペプチドは、翻訳プロセスを阻害し、原核生物の膜構造と融合して毒性を形成することさえあります。生物学的自己防衛の本能では、すべての細胞小器官はタンパク質合成のプロセスを停止します。

 

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