表达载体

表达载体，也称为表达构建体，通常是为在细胞中表达基因而设计的质粒或病毒。 该载体用于将特定基因导入靶细胞，并能支配细胞的蛋白质合成机制，产生该基因编码的蛋白质。 表达载体是生物技术中生产蛋白质的基本工具。

该载体被设计为包含充当增强子和启动子区域的调节序列，并导致表达载体上携带的基因的有效转录。 精心设计的表达载体的目标是高效生产蛋白质，这可以通过生产大量稳定的信使 RNA 来实现，然后将其翻译成蛋白质。 可以严格控制蛋白质的表达，并且仅在必要时通过使用诱导剂才大量产生蛋白质，然而在一些系统中蛋白质可以组成型表达。 大肠杆菌通常用作蛋白质生产的宿主，但也可以使用其他细胞类型。 使用表达载体的一个例子是胰岛素的生产，胰岛素用于糖尿病的医学治疗。

表达载体具有任何载体可能具有的特征，例如复制起点、选择标记和用于插入基因的合适位点，如多克隆位点。 克隆的基因可以从专门的克隆载体转移到表达载体，尽管可以直接克隆到表达载体中。 克隆过程通常在大肠杆菌中进行。 用于在大肠杆菌以外的生物体中生产蛋白质的载体，除了适合其在大肠杆菌中繁殖的复制起点外，还可能具有允许它们在另一生物体中维持的元件，这些载体称为穿梭载体。

表达载体必须具有基因表达所必需的元件。 这些可能包括启动子、正确的翻译起始序列（例如核糖体结合位点和起始密码子）、终止密码子和转录终止序列。 原核生物和真核生物之间的蛋白质合成机制存在差异，因此表达载体必须具有适合所选宿主的表达元件。

启动子启动转录，因此是克隆基因表达的控制点。 表达载体中使用的启动子通常是可诱导的，这意味着只有在需要引入 IPTG 等诱导剂时才会启动蛋白质合成。 然而，在某些表达载体中，基因表达也可能是组成型的（即蛋白质不断表达）。 即使在具有严格控制的启动子的表达载体中，也可能出现低水平的组成型蛋白质合成。

基因产物表达后，可能需要纯化表达的蛋白； 然而，将感兴趣的蛋白质从宿主细胞的绝大多数蛋白质中分离出来可能是一个漫长的过程。 为了使这个纯化过程更容易，可以将纯化标签添加到克隆的基因中。 该标签可以是组氨酸 (His) 标签、其他标记肽或融合伴侣，例如谷胱甘肽 S-转移酶或麦芽糖结合蛋白。 这些融合伙伴中的一些也可能有助于增加某些表达蛋白质的溶解度。 其他融合蛋白，如绿色荧光蛋白，可以作为报告基因，用于鉴定成功克隆的基因，或者它们可以用于研究细胞成像中的蛋白质表达。

将表达载体转化或转染到宿主细胞中用于蛋白质合成。 一些表达载体可能具有用于转化或将 DNA 插入宿主染色体的元件，例如用于植物转化的 vir 基因和用于染色体整合的整合酶位点。

一些载体可包括靶向序列，其可将表达的蛋白质靶向特定位置，例如细菌的周质空间。

不同的生物体可用于表达基因的靶蛋白，因此所用的表达载体将具有用于特定生物体的特异性元件。 最常用于蛋白质生产的生物体是大肠杆菌。 然而，并非所有蛋白质都能在大肠杆菌中成功表达，或以正确形式的翻译后修饰（如糖基化）表达，因此可以使用其他系统。