367-93-1 / IPTG

IPTG
異丙基硫代半乳糖苷(IPTG, CAS:367-93-1)，能夠廣泛應(yīng)用于生化科研及診斷產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域。Lac啟動(dòng)子是使用最早、研究最詳細(xì)的啟動(dòng)子之一，所以目前用于誘導(dǎo)重組蛋白表達(dá)的誘導(dǎo)劑主要是IPTG和乳糖。在重組蛋白的誘導(dǎo)表達(dá)過程中，誘導(dǎo)劑對于外源基因高效、穩(wěn)定的表達(dá)起著非常重要的作用。
異丙基-β-D-硫代半乳糖苷，常與X-Gal或Bluo-Gal結(jié)合使用，用于重組細(xì)菌菌落的藍(lán)白篩選。IPTG不被菌體代謝，為乳糖類似物，一旦進(jìn)入細(xì)胞就會(huì)產(chǎn)生持續(xù)長久的誘導(dǎo)效果，所以IPTG的誘導(dǎo)效率高，往往只需要很少量（1 mmol/L)即可達(dá)到理想誘導(dǎo)效果。由于IPTG不被代謝，在胞內(nèi)專一誘導(dǎo)外源蛋白的表達(dá)。不受細(xì)胞代謝的影響，誘導(dǎo)效果持續(xù)穩(wěn)定。 然而由于IPTG 對于人體具有潛在的毒性，當(dāng)利用IPTG誘導(dǎo)表達(dá)應(yīng)用于人體的重組藥物時(shí)，有可能對最終的產(chǎn)品帶來一些不利影響。另一方面，IPTG的價(jià)格也較為昂貴，尤其是在較大體積的發(fā)酵罐中進(jìn)行誘導(dǎo)時(shí)，IPTG 的應(yīng)用會(huì)造成發(fā)酵成本的增加。
乳糖是一種二糖，沒有毒性，另外，由于其低廉的價(jià)格，使其有可能成為替代IPTG 的誘導(dǎo)劑。乳糖本身作為一種碳源，可以被菌體所代謝利用，同時(shí)，作為一種糖類物質(zhì)，它的存在亦會(huì)導(dǎo)致菌體的生理及生長特性發(fā)生變化。 與IPTG 所不同的是，乳糖自身無法進(jìn)入到菌體細(xì)胞的內(nèi)部，它需要借助于乳糖透過酶的作用，乳糖的轉(zhuǎn)運(yùn)因此受多種因素的影響。另外，乳糖進(jìn)入細(xì)胞后仍然不能誘導(dǎo)Lac 啟動(dòng)子的啟動(dòng)。它需要經(jīng)過β-半乳糖苷酶的作用轉(zhuǎn)化為異乳糖才會(huì)起到誘導(dǎo)劑的作用。與IPTG相比，利用乳糖作為誘導(dǎo)劑其誘導(dǎo)過程更為復(fù)雜和麻煩，而且誘導(dǎo)效果也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及。
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、透酶和乙?；D(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)。

圖1為大腸桿菌乳糖操縱子IPTG誘導(dǎo)機(jī)制。
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) 。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)錄起動(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)b－半乳糖苷酶催化，轉(zhuǎn)變?yōu)榘肴樘?。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）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。

資料來源：
[1]李攀峰,張洪斌,胡雪芹. IPTG與乳糖聯(lián)合誘導(dǎo)重組大腸桿菌右 旋糖酐蔗糖酶表達(dá)[J]. 食品科學(xué),2014,35(01):185-188.
[2] 細(xì)菌誘導(dǎo)表達(dá)系統(tǒng).生物極客。
[3] 誘導(dǎo)蛋白表達(dá)的選擇，IPTG VS乳糖 ?. 愛西寶資訊。