367-93-1 / IPTG

IPTG
異丙基硫代半乳糖苷(IPTG, CAS:367-93-1)，能夠廣泛應用于生化科研及診斷產品開發領域。Lac啟動子是使用最早、研究最詳細的啟動子之一，所以目前用于誘導重組蛋白表達的誘導劑主要是IPTG和乳糖。在重組蛋白的誘導表達過程中，誘導劑對于外源基因高效、穩定的表達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結合使用，用于重組細菌菌落的藍白篩選。IPTG不被菌體代謝，為乳糖類似物，一旦進入細胞就會產生持續長久的誘導效果，所以IPTG的誘導效率高，往往只需要很少量（1 mmol/L)即可達到理想誘導效果。由于IPTG不被代謝，在胞內專一誘導外源蛋白的表達。不受細胞代謝的影響，誘導效果持續穩定。 然而由于IPTG 對于人體具有潛在的毒性，當利用IPTG誘導表達應用于人體的重組藥物時，有可能對最終的產品帶來一些不利影響。另一方面，IPTG的價格也較為昂貴，尤其是在較大體積的發酵罐中進行誘導時，IPTG 的應用會造成發酵成本的增加。
乳糖是一種二糖，沒有毒性，另外，由于其低廉的價格，使其有可能成為替代IPTG 的誘導劑。乳糖本身作為一種碳源，可以被菌體所代謝利用，同時，作為一種糖類物質，它的存在亦會導致菌體的生理及生長特性發生變化。 與IPTG 所不同的是，乳糖自身無法進入到菌體細胞的內部，它需要借助于乳糖透過酶的作用，乳糖的轉運因此受多種因素的影響。另外，乳糖進入細胞后仍然不能誘導Lac 啟動子的啟動。它需要經過β-半乳糖苷酶的作用轉化為異乳糖才會起到誘導劑的作用。與IPTG相比，利用乳糖作為誘導劑其誘導過程更為復雜和麻煩，而且誘導效果也遠遠不及。
E.coli的乳糖操縱子（元）含Z、Y及A三個結構基因，分別編碼半乳糖苷酶、透酶和乙酰基轉移酶，此外還有一個操縱序列O、一個啟動序列P及一個調節基因I。I基因編碼一種阻遏蛋白，后者與O序列結合，使操縱子（元）受阻遏而處于關閉狀態。

圖1為大腸桿菌乳糖操縱子IPTG誘導機制。
在啟動序列P上游還有一個分解（代謝）物基因激活蛋白（CAP）結合位點。由P序列、O序列和CAP結合位點共同構成lac操縱子的調控區，三個酶的編碼基因即由同一調控區調節，實現基因產物的協調表達 。在沒有乳糖存在時，lac操縱子（元）處于阻遏狀態。此時，I序列在PI啟動序列操縱下表達的Lac阻遏蛋白與O序列結合，阻礙RNA聚合酶與P序列結合，抑制轉錄起動。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b－半乳糖苷酶催化，轉變為半乳糖。后者作為一種誘導劑分子結合阻遏蛋白，使蛋白構象變化，導致阻遏蛋白與O序列解離、發生轉錄。異丙基硫代半乳糖苷（IPTG）是一種作用極強的誘導劑，不被細菌代謝而十分穩定，因此被實驗室廣泛應用。

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