原核表达-IPTG诱导表达原理及实验步骤

在原核蛋白表达体系中，如E.coli（大肠杆菌表达系统），外源基因通常需要诱导剂的诱导才能进行表达，本文详细讲述了常用诱导剂IPTG 诱导原理，对外源蛋白诱导表达原理以及实验步骤。

原核生物绝大多数的基因按功能相关性成簇地排列，且密集于染色体上，共同形成一个转录单位——操纵子，也称基因表达的协同单位。E.coli 的乳糖操纵子含Z、Y 及A 三个结构基因，分别编码β -半乳糖苷酶（β-galactosidase）、通透酶（permease）和乙酰基转移酶（transacetylase)；此外还有调控基因：操纵序列O（operator）、启动序列P（promoter）；而I(编码Lac 阻遏物，Lac repressor)不属于乳糖操纵子。

乳糖操纵子结构基因

IPTG 诱导原理Lac 阻遏物是一种具有4 个相同亚基的四级结构蛋白，都有一个与诱导剂结合的位点。在没有乳糖存在时，lac操纵子（元）处于阻遏状态，Lac阻遏物（即下图中的阻遏蛋白）能与操纵基因O 结合，阻碍RNA 聚合酶与P序列结合，阻止了转录的路径，从而抑制转录启动。而当有诱导剂（这里指IPTG）存在时，诱导剂可与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白构象发生变化，导致阻遏物从操纵基因O上解离下来，RNA 聚合酶不再受阻碍，启动子P开始发生转录，启动反应开始发生转录。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β-半乳糖苷酶催化，转变为半乳糖——即生理上的诱导剂。而在实验中，通常选用异丙基硫代半乳糖苷（IPTG）作为诱导剂，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。这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。