通过外源DNA的重组、克隆、以及鉴定，可以获得所需的特异DNA克隆。外源克隆基因在某种表达载体及适宜的宿主细胞中可表达为相应的蛋白质，这就组成了外源基因的蛋白表达系统。表达后的蛋白质必须具有原来的生物学活性，这是基于正确的基因转录、转录后加工、mRNA翻译及翻译后修饰，同时与表达载体的结构和表达体系有关。在蛋白质表达领域，表达体系的建立包括表达载体的构建、受体细胞的建立及表达产物的分离、纯化等技术。可分为原核表达体系和真核表达体系。
一、原核表达体系
大肠杆菌表达系统是目前采用最多的原核表达体系，因其培养简单、生长迅速、成本较低而又适合大规模生产。人类胰岛素、生长激素、人干扰素等基因在大肠杆菌中的表达便是一系列成功的例子。这些原核表达体系往往表达一些真核基因，这是比较简单而且实用的方法，但对于外源基因、表达载体等都有一定的要求，分别叙述如下：
（一）对外源目的基因的要求
原核生物缺乏真核生物转录后的加工系统，不能切除内含子形成成熟的mRNA；同时原核生物也缺乏真核生物翻译后的加工系统，所以真核生物的目的基因不应具有5’端非编码区以及内含子结构，只编码成熟的蛋白质或多肽。因此真核生物的目的基因可通过mRNA逆转录成cDNA，用cDNA文库筛选来制备；同样可以cDNA为模板，设计两条引物，进行PCR扩增目的基因，用于克隆表达，这是一个简单、实用的方法；也可通过化学方法、酶法、DNA合成仪人工合成目的基因，但由于费用昂贵，一般用于合成较短的目的基因。
（二）原核表达载体
利用大肠杆菌表达蛋白质所使用的表达载体必须具有以下特点：¬含大肠杆菌适宜的选择标志；具有能调控转录、生产大量mRNA的启动子，例如Lac启动子，色氨酸（trp）启动子或其他启动子序列；®含适当的翻译调控序列，如核糖体结合位点（Shine-Dalgarno ，SD序列），和翻译起始点和终止序列等；¯含合理设计的多接头克隆位点，以确保目的基因按一定的方向与载体正确连接。
（三）真核生物基因在原核细胞中的表达
真核基因要在大肠杆菌中进行表达，一般情况下，将目的基因插入适当表达载体以后，经过转化、筛选得到正确的含转化基因的细菌就可以直接用于蛋白质的表达。这样产生的蛋白质包括融合型表达蛋白和非融合型表达蛋白和分泌型表达蛋白。
非融合型表达蛋白
是不与细菌任何蛋白或多肽融合在一起的表达蛋白，其优点是和真核生物体内蛋白质结构最相似,功能最相近；缺点在于容易被细菌蛋白酶所破坏。常用的非融合型表达蛋白表达原核载体pKK223-3 是一个含tac启动子的表达载体，tac启动子是来源于Lac和trp的一杂合启动子，但比Lac和trp都强得多，是一个非常强的启动子，它受Lac阻遏蛋白的负调节，可被IPTG诱导。在大肠杆菌细胞中，它能高表达外源基因。这个载体由pBR322构建，具有以下特点：¬含抗氨苄青霉素基因，可以作为筛选的标记；tac¯AUG起始密码，位于SD序列下游8个核苷酸处；来源于λ噬菌体的转录终止序列T1和T2，以避免其他RNA的过度转录。外源基因插入Ncol、PstI或HindⅢ位点（位于SD序列和终止序列之间），诱导表达后，mRNA可高效翻译。使用这个表达载体时，可相应lacI宿主，例如大肠杆菌JM105，一般情况下此载体的启动基因被阻遏，在适当的时候，加入IPTG可解除阻遏。启动子；SD序列；
2.融合型表达蛋白
指蛋白质的N端由原核生物的DNA序列或其他DNA序列编码，C端由真核生物DNA序列编码。产生的融合蛋白是一条较短的原核生物多肽和真核生物蛋白质结合而成，融合蛋白具有抗原性可以作为抗原，同时可以抵御细菌蛋白酶的破坏，融合蛋白比天然的外源蛋白更加稳定这是融合蛋白最大优点。为了正确表达，外源基因的阅读框架必须与原核基因的阅读框架相符合。由于融合蛋白的转录和翻译起始从正常的大肠杆菌序列开始，可产生高水平的融合蛋白。有的融合蛋白带有信号肽。可以分泌到细胞外，这有助于蛋白质的分离和纯化。
在融合蛋白表达以后，融合蛋白中原核多肽必须去除，常用的方法有化学裂解法和酶解法，是基于表达蛋白质的氨基酸的组成、序列和理化性质而建立的对融合蛋白进行位点特异裂解方法。
常用的融合型表达蛋白原核表达载体pET系列，如pET-3a是一个含T7噬菌体φ10启动子（pφ10）和φ终止序列（Tφ）的表达载体，T7噬菌体启动子是只为T7噬菌体的RNA聚合酶识别的启动子，T7RNA聚合酶所启动的转录非常强大，宿主细胞的RNA聚合酶所进行的转录无法与其竞争，使宿主细胞中的几乎所有转录都由T7RNA聚合酶操纵，可完整转录在T7启动子控制下的所有的DNA序列。T7噬菌体启动子对外源基因的高效表达是近年来较常采用的表达载体，根据外源基因插入的位点可以分别得到直接表达和融合表达。pET-3a具有以下特点：¬带有T7噬菌体φ10启动子（pφ10）和φ终止序列（Tφ）；插入了噬菌体φ10（T7噬菌体的主要衣壳蛋白）的翻译起始区（S10），其中在第11密码子处有BamH I 位点，外源基因在BamH I位点插入，与φ10蛋白的N端形成融合蛋白；®当外源基因按正确的阅读框架插入到Nde I 位点，可表达天然外源蛋白。
3.分泌型表达
为了减少外源蛋白质在大肠杆菌中被蛋白酶降解，或者是蛋白质能够在体外正确折叠并且易于提取，必须将融合蛋白构成带有一些信号肽，使融合蛋白转移到细胞适合的位置。因此必须要用分泌型载体。表达分泌蛋白是防止大肠杆菌对表达产物的降解，减轻大肠杆菌代谢负荷和恢复表达产物天然构象的有力措施。
常用的分泌型表达蛋白原核表达载体PINⅢ，其带有大肠杆菌很强的脂蛋白基因（IPP）启动子；在启动子的下游装有LacUV-5的启动子及操纵基因,LacUV-5的启动子是一个突变的乳糖启动子,对分解代谢抑制不敏感,即使在没有CAP-cAMP的性况下,转录也能正常进行。 带有Lac阻遏基因（LacI，用于调节目的基因的表达）；大肠杆菌中分泌蛋白基因—外膜蛋白基因（ompA,编码载体中的信号肽顺序）。信号肽编码序列下游是3个酶切位点EcorI、HindIII和BamHI。表达产物通过细菌膜被准确加工后，分泌到细胞间隙或细菌培养液中，有利于形成蛋白正确的结构。
（四）包涵体
包涵体的形成
包涵体（inclusion body）是大肠杆菌高效表达外源基因时形成的由膜包裹的高密度、不溶性蛋白质颗粒，在显微镜下观察时为高折射区，与细胞质中的其他成分有明显的区别。包涵体是由于细胞内蛋白质表达部位的低电势，或者重组蛋白质分子的无糖、低电荷等特殊结构，都促使重组蛋白质与细菌杂蛋白、核酸等成分所形成的不溶性聚合体。包涵体的形成有利于防止蛋白酶对表达蛋白的降解，以及有利于分离表达产物。但是包涵体形成后，表达蛋白不具有生物活性，因此必须溶解包涵体并对表达蛋白进行复性。
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