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原核表达系统是通过原核生物来获得外源蛋白的体系，主要包括：大肠杆菌表达、枯草芽孢杆菌表达、链霉菌表达等，其中大肠杆菌系统应用最为广泛，一般所说的原核系统主要是指大肠杆菌表达。
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 宿主菌生长快，培养简单，操作方便； 价格低廉； 遗传背景清楚，基因安全； 蛋白表达量高。 |
无法对表达时间及表达水平进行调控； 表达产物的生物活性较低，原核表达系统翻译后加工修饰体系不完善。 |
大肠杆菌表达原理：Lac阻遏物是一种具有4个相同亚基的四级结构蛋白，都有一个与诱导剂结合的位点。在没有乳糖存在时，lac操纵子（元）处于阻遏状态，Lac阻遏物能与操纵基因O结合，阻碍RNA聚合酶与P序列结合，抑制转录起动。而当有诱导剂与阻遏蛋白结合后，其蛋白构象就发生变化，导致阻遏物从操纵基因O上解离下来，RNA聚合酶不再受阻碍，发生转录。详情见IPTG诱导蛋白表达的原理
系统优点：遗传背景清楚，成本低，生长快、技术操作简单，培养条件简单。
系统缺点：不能对表达产物进行翻译后修饰，含有大量内毒素，容易形成包涵体。
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 非致病性，除个别对人体有害； 没有明显的密码子偏爱性，同时表达不容易形成包涵体； 培养简单，细胞壁组成简单无脂多糖，在分泌蛋白时不会混入内毒素； 质粒和噬菌体都可以作为克隆载体； |
含有大量蛋白酶，会使目的蛋白降解； 存在限制和修饰系统，质粒分化和结构不稳定； 难形成感受态细胞，并且持续时间短，转化率低，克隆效率低； |
链霉菌表达系统是继大肠杆菌表达系统和枯草杆菌表达系统之后又发现的具有研发价值的原核表达系统，它广泛用于工业生产，其工业规模生产抗生素技术历史悠久。链霉菌不同于大肠杆菌，它们只有单层细胞外壁，可以把蛋白分泌到培养基中，对此已经研究了近10年，每年都有不少相关报道。
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 致病性小； 链霉菌表达系统中表达的蛋白通常是可溶的； 可使外源基因分泌表达，简化纯化分离步骤； 工业规模发酵技术相当成熟； |
外源基因的引入比大肠杆菌复杂； 难以转化或转化率低； 链霉菌表达系统还不够完善； |
| 比较 | 原核表达系统 | 真核表达系统 |
|---|---|---|
| 优点 | 宿主菌生长快，培养简单，操作方便 | 可以进行翻译后修饰如糖基化、磷酸化、寡聚体等高级结构的正确折叠 |
| 价格低廉 | 可为分泌型，提纯工艺简单 | |
| 遗传背景清楚，基因安全 | 可用为基因药物，辅助疾病治疗 | |
| 缺点 | 不能对蛋白进行加工修饰 | 周期相对较长，表达量低，操作繁琐 |
| 是否含有内含子 | 否（表达简单，不能对蛋白修饰加工） | 是（可以对蛋白进行加工修饰得到成熟的蛋白） |
| 调控 | 原核表达系统主要是正调控、负调控 | 真核表达系统主要是正调控，负调控少 |
| 表达水平 | 原核蛋白表达高 | 真核蛋白表达低 |
| 糖基化 | 无 | 有 |
| 磷酸化修饰 | 无 | 有 |
| 乙酰化修饰 | 无 | 有 |
| γ-羧化修饰 | 无 | 只有哺乳动物有 |
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