異丙基-β-D-硫代半乳糖苷（Isopropyl β-D-thiogalactoside，簡(jiǎn)稱IPTG）是一種常用的分子生物學(xué)試劑，主要用于誘導(dǎo)表達(dá)系統(tǒng)中的基因表達(dá)。

結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)

- 化學(xué)名稱：異丙基-β-D-硫代半乳糖苷

- 分子式：C9H18O5S

- 分子量：238.30 g/mol

- 結(jié)構(gòu)：IPTG是一種硫代糖苷，其結(jié)構(gòu)中硫原子取代了半乳糖苷中的氧原子。

生物學(xué)作用

IPTG主要用于誘導(dǎo)大腸桿菌中的乳糖操縱子系統(tǒng)，特別是用于誘導(dǎo)表達(dá)載體中的lacI基因控制的啟動(dòng)子。其作用機(jī)制如下：

1. 誘導(dǎo)作用：IPTG與lacI基因編碼的阻遏蛋白結(jié)合，使其失活，從而解除對(duì)lac啟動(dòng)子的抑制，使得下游基因得以表達(dá)。

2. 穩(wěn)定性：與乳糖不同，IPTG不會(huì)被細(xì)菌代謝，因此可以持續(xù)誘導(dǎo)基因表達(dá)。

應(yīng)用

- 基因表達(dá)誘導(dǎo)：在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中，IPTG常用于誘導(dǎo)表達(dá)載體中的目標(biāo)基因，特別是在大腸桿菌中表達(dá)重組蛋白。

- 研究工具：IPTG也被用于研究乳糖操縱子和其他依賴于lacI阻遏蛋白的基因調(diào)控系統(tǒng)。

使用注意事項(xiàng)

- 濃度：IPTG的使用濃度通常在0.1-1 mM之間，具體濃度取決于實(shí)驗(yàn)需求和表達(dá)系統(tǒng)的特性。

- 儲(chǔ)存：IPTG應(yīng)儲(chǔ)存在-20°C，避免反復(fù)凍融，以保持其活性。

IPTG誘導(dǎo)原理：

首先：

E.coli的乳糖操縱子（元）含Z、Y及A三個(gè)結(jié)構(gòu)基因，分別編碼半乳糖苷酶、滲透酶和乙酰基轉(zhuǎn)移酶，此外還有一個(gè)操縱序列O、一個(gè)啟動(dòng)序列P及一個(gè)調(diào)節(jié) 基因I。I基因編碼一種阻遏蛋白，后者與O序列結(jié)合，使操縱子（元）受阻遏而處于關(guān)閉狀態(tài)。在啟動(dòng)序列P上游還有一個(gè)分解（代謝）物基因激 活蛋白（CAP）結(jié)合位點(diǎn)。由P序列、O序列和CAP結(jié)合位點(diǎn)共同構(gòu)成lac操縱子的調(diào)控區(qū)，三個(gè)酶的編碼基因即由同一調(diào)控區(qū)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)基因產(chǎn)物的協(xié)調(diào)表達(dá)。

其次：

在沒有乳糖存在時(shí)，lac操縱子（元）處于阻遏狀態(tài)。此時(shí)，I序列在PI啟動(dòng)序列操縱下表達(dá)的Lac阻遏蛋白與O序列結(jié)合，阻礙RNA聚合酶與P序列結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)。當(dāng)有乳糖存在時(shí)，lac操縱子（元）即可被誘導(dǎo)。在這個(gè)操縱子（元）體系中，真正的誘導(dǎo)劑并非乳糖本身。乳糖進(jìn)入細(xì)胞，經(jīng)β-半乳糖苷酶催化，轉(zhuǎn)變?yōu)楫惾樘�。后者作為一種誘導(dǎo)劑分子結(jié)合阻遏蛋白，使蛋白構(gòu)象變化，導(dǎo)致阻遏蛋白與O序列解離、發(fā)生轉(zhuǎn)錄。異丙基硫代半乳糖苷（IPTG）的作用與異乳糖相同，是一 種作用極強(qiáng)的誘導(dǎo)劑，不被細(xì)菌代謝而十分穩(wěn)定，因此被實(shí)驗(yàn)室廣泛應(yīng)用。

總結(jié)

IPTG是一種重要的分子生物學(xué)工具，廣泛應(yīng)用于基因表達(dá)的誘導(dǎo)。其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特性使其成為實(shí)驗(yàn)室中不可或缺的試劑。