IPTG

IPTG
异丙基硫代半乳糖苷(IPTG, CAS:367-93-1)，能够广泛应用于生化科研及诊断产品开发领域。Lac启动子是使用最早、研究最详细的启动子之一，所以目前用于诱导重组蛋白表达的诱导剂主要是IPTG和乳糖。在重组蛋白的诱导表达过程中，诱导剂对于外源基因高效、稳定的表达起着非常重要的作用。
异丙基-β-D-硫代半乳糖苷，常与X-Gal或Bluo-Gal结合使用，用于重组细菌菌落的蓝白筛选。IPTG不被菌体代谢，为乳糖类似物，一旦进入细胞就会产生持续长久的诱导效果，所以IPTG的诱导效率高，往往只需要很少量（1 mmol/L)即可达到理想诱导效果。由于IPTG不被代谢，在胞内专一诱导外源蛋白的表达。不受细胞代谢的影响，诱导效果持续稳定。 然而由于IPTG 对于人体具有潜在的毒性，当利用IPTG诱导表达应用于人体的重组药物时，有可能对最终的产品带来一些不利影响。另一方面，IPTG的价格也较为昂贵，尤其是在较大体积的发酵罐中进行诱导时，IPTG 的应用会造成发酵成本的增加。
乳糖是一种二糖，没有毒性，另外，由于其低廉的价格，使其有可能成为替代IPTG 的诱导剂。乳糖本身作为一种碳源，可以被菌体所代谢利用，同时，作为一种糖类物质，它的存在亦会导致菌体的生理及生长特性发生变化。 与IPTG  所不同的是，乳糖自身无法进入到菌体细胞的内部，它需要借助于乳糖透过酶的作用，乳糖的转运因此受多种因素的影响。另外，乳糖进入细胞后仍然不能诱导Lac   启动子的启动。它需要经过β-半乳糖苷酶的作用转化为异乳糖才会起到诱导剂的作用。与IPTG相比，利用乳糖作为诱导剂其诱导过程更为复杂和麻烦，而且诱导效果也远远不及。
E.coli的乳糖操纵子（元）含Z、Y及A三个结构基因，分别编码半乳糖苷酶、透酶和乙酰基转移酶，此外还有一个操纵序列O、一个启动序列P及一个调节基因I。I基因编码一种阻遏蛋白，后者与O序列结合，使操纵子（元）受阻遏而处于关闭状态。


图1为大肠杆菌乳糖操纵子IPTG诱导机制。
在启动序列P上游还有一个分解（代谢）物基因激活蛋白（CAP）结合位点。由P序列、O序列和CAP结合位点共同构成lac操纵子的调控区，三个酶的编码基因即由同一调控区调节，实现基因产物的协调表达 。在没有乳糖存在时，lac操纵子（元）处于阻遏状态。此时，I序列在PI启动序列操纵下表达的Lac阻遏蛋白与O序列结合，阻碍RNA聚合酶与P序列结合，抑制转录起动。当有乳糖存在时，lac操纵子（元）即可被诱导。在这个操纵子（元）体系中，真正的诱导剂，并非乳糖本身。乳糖进入细胞，经b－半乳糖苷酶催化，转变为半乳糖。后者作为一种诱导剂分子结合阻遏蛋白，使蛋白构象变化，导致阻遏蛋白与O序列解离、发生转录。异丙基硫代半乳糖苷（IPTG）是一种作用极强的诱导剂，不被细菌代谢而十分稳定，因此被实验室广泛应用。

资料来源：
[1]李攀峰,张洪斌,胡雪芹. IPTG与乳糖联合诱导重组大肠杆菌右 旋糖酐蔗糖酶表达[J]. 食品科学,2014,35(01):185-188.
[2] 细菌诱导表达系统.生物极客。
[3] 诱导蛋白表达的选择，IPTG VS乳糖 ?. 爱西宝资讯。