无细胞蛋白表达系统是一种以外源mRNA或DNA为模板，在细胞抽提物或蛋白表达所必需的酶和辅因子重构体系中，利用氨基酸和能量合成蛋白质的体外反应系统。该系统包含了蛋白表达所需要的全部模板、分子机器（如核糖体、转运RNA等）、底物（如氨基酸）和能量（如ATP）。
其常见的无细胞蛋白表达系统有大肠杆菌系统、昆虫细胞裂解液系统、麦芽胚系统、兔网织红细胞系统等。其中，大肠杆菌无细胞蛋白表达系统是目前应用广泛的无细胞蛋白表达系统，因其遗传背景清楚、目的基因表达水平高、培养周期短、效率高、成本低、抗污染能力强、易于放大，并且可以适用于多种属蛋白的表达。
1、快速高效：无细胞蛋白表达系统不受细胞自身代谢和细胞封闭环境限制，能够在体外快速、大量表达蛋白。相较于传统的活细胞蛋白表达技术，无细胞蛋白表达技术通常只需要数小时就能够完成蛋白质的表达，速度明显快于传统技术。
2、易于控制：该系统具有更高的灵活性，可以通过调整反应条件（如底物浓度、反应温度、反应剂比例等）来调控基因的转录、蛋白质的合成和翻译后修饰，避免包涵体的形成。同时，由于系统开放，便于添加补充剂来控制表达条件。
3、适用范围广：无细胞蛋白表达技术适用于制备各种类型的蛋白质，包括难表达蛋白质、毒性蛋白质、复杂蛋白质等。此外，该系统还可以用于生产对宿主有毒害作用的外源蛋白，显著改善多次跨膜或疏水性强的蛋白的表达纯化。
