20世纪90年代后，随着分子生物学和合成生物学的进步，无细胞蛋白表达技术技术迎来突破。研究者通过优化裂解物制备（如敲除大肠杆菌核酸酶）、开发能量再生系统（如Phosphoenolpyruvic acid，PEP循环），明显提升蛋白产量和反应时长。2000年代初，连续交换式反应体系（CECF）的出现解决了底物耗尽问题，使反应时间延长至24小时以上，产量达毫克级，为工业化铺平道路。此阶段，无细胞蛋白表达技术开始应用于毒性蛋白合成和抗体片段生产，但成本仍较高。合成生物学利用体外蛋白表达构造无细胞代谢网络。哺乳动物蛋白表达条件筛选
相较于传统细胞表达系统，体外蛋白表达的he xin优势在于：时间效率ge min性提升： 省略细胞培养与基因整合步骤，目标蛋白可在2-8小时内合成；开放体系可编程性： 直接添加非天然氨基酸、同位素标记底物或荧光基团，实现对产物化学性质的准确调控；毒性蛋白表达可行性： 无细胞环境避免毒性蛋白导致的宿主死亡，为凋亡因子等特殊分子研究提供可能；微型化兼容性： 反应体积可缩小至纳升级，适配高通量筛选需求。这些特性使体外蛋白表达成为 功能蛋白快速验证的推荐平台，尤其在需平行测试多突变体的场景中具明显优势。GPCR蛋白表达技术体外蛋白表达技术使致死性靶点研究成为可能，为新药开发提供关键依据。
无细胞蛋白表达技术（CFPS）的he xin优势在于其高效性、灵活性和较广的适用性。与传统细胞表达系统相比，CFPS无需繁琐的细胞培养和基因转染步骤，可在数小时内完成蛋白质合成，速度提升5-10倍，特别适合快速研发需求。该系统采用开放的反应体系，允许直接添加非天然氨基酸、同位素标记物或翻译调控因子，为定制化蛋白（如抗体药物偶联物、荧光标记蛋白）的合成提供了独特优势。此外，CFPS能够高效表达传统细胞系统难以生产的毒性蛋白、膜蛋白或易被蛋白酶降解的蛋白，解决了细胞表达中的存活率问题。由于反应条件完全可控，研究人员可实时优化温度、pH和底物浓度等参数，明显提高复杂蛋白的可溶性和活性。这些特点使CFPS成为药物开发、合成生物学和蛋白质工程领域的重要工具，尤其适用于小批量、高难度蛋白的快速制备和筛选。
体外蛋白表达系统的本质是利用 纯化的细胞裂解物（含核糖体、tRNA、翻译因子及能量再生组分）重构蛋白质合成机器。在ATP/GTP供能条件下，核糖体通过mRNA模板介导的密码子-反密码子配对，驱动氨基酸按序列聚合成肽链。该过程的关键调控点包括：翻译起始效率（受5'UTR二级结构及Shine-Dalgarno序列影响）、延伸速率（依赖EF-Tu/G因子浓度）和终止准确性（释放因子RF1/2活性）。体外蛋白表达的高效性源于其 去除了细胞膜屏障，使反应底物浓度可人为提升至生理水平的10-100倍，大幅加速肽链合成动力学。例如HIV蛋白酶在通过体外蛋白表达后仍切割底物蛋白，但其毒性被限制在封闭体系内。
无细胞蛋白表达技术（CFPS）虽然具有快速、灵活等优势，但仍存在一些关键缺点。首先，成本较高，商业化裂解物、能量试剂和酶的价格昂贵，小规模实验单次反应成本可达数百元，大规模生产的经济性尚未完全解决。其次，蛋白产量较低，反应通常在几小时内终止，产量（0.1-1 mg/mL）远低于细胞表达系统（如大肠杆菌可达10 mg/mL以上）。此外，复杂蛋白表达受限，原核裂解物缺乏真核翻译后修饰能力（如糖基化），而真核裂解物成本更高；部分蛋白可能因折叠不完全而丧失活性。技术操作上，反应条件（pH、离子强度等）需精细调控，且线性DNA模板易降解，增加了实验难度。CFPS目前更适合小规模应用，在超长蛋白（>100 kDa）表达和工业化连续生产方面仍面临挑战。未来需通过开发低成本试剂、优化能量再生系统和自动化工艺来突破这些瓶颈。添加硒代甲硫氨酸的体外蛋白表达实验，直接获得 X 射线晶体学级硒标记蛋白。分泌蛋白表达条件筛选
小麦胚芽裂解物尤其适用于同位素标记的蛋白表达用于NMR结构解析。哺乳动物蛋白表达条件筛选
在生物医药领域，体外蛋白表达技术主要服务于三大方向：诊断试剂开发： 通过冻干裂解物与靶标基因预装系统，实现传染xing bing原体抗原的现场即时合成与检测；蛋白质工程优化： 构建突变体文库并并行表达筛选，快速获得热稳定性/催化效率提升的酶变体；药物靶点验证： 表达跨膜受体等复杂蛋白，用于配体结合实验及抑制剂高通量筛选；合成生物学元件构建： 作为人工合成细胞的he xin模块，驱动无细胞基因回路实现自我维持的蛋白表达。该技术明显加速了从基因序列到功能蛋白质的研究转化周期。哺乳动物蛋白表达条件筛选
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