IPTG 异丙基 -β-D - 硫代半乳糖苷 100g

  异丙基-β-D-硫代半乳糖苷,英文名称IPTG。为安慰性诱导物，X-gal为生色底物，二者共同用于蓝白斑筛选。IPTG可诱导载体lac操纵子DNA区段合成β-半乳糖苷酶氨基端片段，该片段可与宿主细胞编码的缺陷型β-半乳糖苷酶实现基因内互补(α互补)。实现α互补的细菌暴露IPTG，铺在含有X-gal生色底物的培养基上，可形成蓝色菌落。外源DNA插入质粒的多克隆位点后可破坏α互补作用,将产生白色菌落。

一、基本性质

1. 化学特性  

   - 分子式：C₉H₁₈O₅S，分子量：238.30 g/mol，CAS号：367-93-1。  

   - 外观：白色或类白色结晶粉末，易溶于水（溶解度约10 mg/mL）、乙醇，微溶于丙酮，不溶于乙醚。  

   - 结构特点：半乳糖苷键中的氧原子被硫原子取代，使其无法被β-半乳糖苷酶水解，但保留与阻遏蛋白的高亲和力。  

2. 稳定性与储存  

   - 粉末：避光干燥保存（2~8℃），有效期≥3年。  

   - 溶液：常用贮存浓度100 mM（溶于水或缓冲液），-20℃避光保存，避免反复冻融。

 二、作用机制：乳糖操纵子诱导  

IPTG 通过模拟天然诱导剂 异乳糖（乳糖代谢产物）调控大肠杆菌的乳糖操纵子（lac operon）：  

1. 阻遏状态：  

   - lacI 基因编码的阻遏蛋白结合操纵序列（O），阻碍RNA聚合酶与启动子（P）结合，抑制下游基因（lacZYA）转录。  

2. 诱导过程：  

   - IPTG 与阻遏蛋白变构位点结合 → 阻遏蛋白构象变化 → 与O序列解离 → RNA聚合酶启动转录。  

3. 关键优势：  

   - 安慰诱导物：不被细菌代谢，诱导效果稳定持久（乳糖会因作为碳源被分解）。  

   - 无需透酶：可直接穿透细胞膜，即使缺乏 lacY 基因（编码透酶）仍有效进入细胞。

表：IPTG与传统诱导剂乳糖的对比  

| 特性         | IPTG                  | 乳糖                |  

|------------------|---------------------------|-------------------------|  

| 代谢稳定性   | 不被降解，诱导持续稳定    | 被β-半乳糖苷酶分解      |  

| 诱导效率     | 高（0.1~1 mM即可生效）    | 低（需更高浓度）        |  

| 碳源作用     | 无                        | 有（干扰诱导动力学）    |  

| 透酶依赖性   | 不依赖                    | 依赖                    |  

实验操作指南  

1. 浓度优化  

   - 蓝白斑筛选：平板中添加0.1 mM IPTG + 40 μg/mL X-Gal。  

   - 蛋白表达：需预实验确定最佳浓度（常用0.1~1 mM），过高可能引起毒性。  

2. 毒性控制  

   - 细胞毒性：浓度>2 mM可能抑制细菌生长，降低蛋白得率。  

   - 防护措施：穿戴手套/口罩（IPTG属潜在致癌物）。  

3. 常见问题  

   - 诱导失败：检查启动子类型（非所有载体均受 lac 调控）、IPTG活性（避免反复冻融）。  

   - 背景染色：确保X-Gal新鲜配制，避光操作。

核心应用场景  

1. 蓝白斑筛选（克隆鉴定）  

   - 原理：IPTG 诱导 lacZ 基因表达β-半乳糖苷酶N端片段（α肽），与宿主缺陷型酶（ω肽）互补形成活性酶 → 水解X-Gal底物产生蓝色沉淀。  

   - 结果判读：  

     - 蓝色菌落：载体未重组（α肽正常表达）。  

     - 白色菌落：外源基因插入导致α肽失活（重组成功）。  

2. 外源蛋白诱导表达  

   - 启动子调控：用于 lac、tac 等启动子驱动的表达载体（如pET系列）。  

   - 操作流程：  

     1. 细菌培养至对数中期（OD₆₀₀≈0.6）；  

     2. 加入IPTG（终浓度0.1~1 mM）；  

     3. 继续培养2~6小时诱导蛋白表达。  

3. 特殊应用  

   - 噬菌体展示：诱导λ噬菌体（如M13、gt11）融合蛋白表达，用于抗体筛选。  

   - 基因调控研究：探究阻遏蛋白-操纵子互作机制的工具分子。