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

結(jié)構(gòu)與化學性質(zhì)

- 化學名稱：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。

生物學作用

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

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

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

應用

- 基因表達誘導：在分子生物學實驗中，IPTG常用于誘導表達載體中的目標基因，特別是在大腸桿菌中表達重組蛋白。

- 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

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

- 儲存：IPTG應儲存在-20°C，避免反復凍融，以保持其活性。

IPTG誘導原理：

首先：

E.coli的乳糖操縱子（元）含Z、Y及A三個結(jié)構(gòu)基因，分別編碼半乳糖苷酶、滲透酶和乙�；�轉(zhuǎn)移酶，此外還有一個操縱序列O、一個啟動序列P及一個調(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)。在啟動序列P上游還有一個分解（代謝）物基因激 活蛋白（CAP）結(jié)合位點。由P序列、O序列和CAP結(jié)合位點共同構(gòu)成lac操縱子的調(diào)控區(qū)，三個酶的編碼基因即由同一調(diào)控區(qū)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)基因產(chǎn)物的協(xié)調(diào)表達。

其次：

在沒有乳糖存在時，lac操縱子（元）處于阻遏狀態(tài)。此時，I序列在PI啟動序列操縱下表達的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。當有乳糖存在時，lac操縱子（元）即可被誘導。在這個操縱子（元）體系中，真正的誘導劑并非乳糖本身。乳糖進入細胞，經(jīng)β-半乳糖苷酶催化，轉(zhuǎn)變?yōu)楫惾樘�。后者作為一種誘導劑分子結(jié)合阻遏蛋白，使蛋白構(gòu)象變化，導致阻遏蛋白與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 種作用極強的誘導劑，不被細菌代謝而十分穩(wěn)定，因此被實驗室廣泛應用。

總結(jié)

IPTG是一種重要的分子生物學工具，廣泛應用于基因表達的誘導。其獨特的化學結(jié)構(gòu)和生物學特性使其成為實驗室中不可或缺的試劑。