IPTGer en unaturlig forbindelse med en isopropyl- og galactosegruppe. Dens molekylære formel er C9H18O5S, med en relativ molekylvægt på 238,30. IPTG er opløseligt i vand og har høj stabilitet. I biologi bruges IPTG hovedsageligt som en inducer og kan inducere - Galactosidases aktivitet. IPTG (isopropyl) - D-thiogalactosid er et almindeligt anvendt laboratoriereagens, der er meget udbredt inden for molekylærbiologi og genteknologi. Det er en kunstigt syntetiseret forbindelse med en struktur, der ligner naturlig laktose, men med forskellige kemiske egenskaber.
(Produktlink 1:https://www.bloomtechz.com/synthetic-chemical/api-researching-only/iptg-reagens-cas-367-93-1.html )
(Produktlink 1:https://www.bloomtechz.com/synthetic-chemical/api-researching-only/iptg-powder-cas-367-93-1.html )
1. Molekylær struktur:
Den kemiske formel for IPTG er C9H18O5S, CAS 367-93-1, og den relative molekylvægt er 238,30 g/mol. Dens struktur er forbundet med en isopropylgruppe til - C1-stillingen af D-thiogalactosid danner en esterbinding. Denne struktur gør det muligt for IPTG at simulere induktionseffekten af lactose på lactase.
Dens molekylære struktur består hovedsageligt af følgende dele:
Sukkerdel: Sukkerdelen af IPTG er - D-galactose, svarende til thiogalactose, genkendes også af galactosidasen fra Escherichia coli.
Thiogalactosyl-del: I modsætning til almindelig galactose er galactosyl-delen af IPTG erstattet af svovlatomer, hvilket gør det muligt for IPTG at blive kemisk modificeret af E. coli - Galactosidase genkender og fungerer som dets substrat.
Isopropylgruppe: Den anden del af IPTG er isopropylgruppe, som reducerer opløseligheden af IPTG i vand og letter dens permeation i cellekultur.
Med hensyn til molekylær struktur er substratet af IPTG og galactosidase - D-galactosid (G1P) ens, bortset fra at et svovlatom er tilføjet til galactosiddelen. Når IPTG optages af celler, kan det fungere som - Substratet for galactosidase, som spalter til thiogalactose- og isopropylgrupper under påvirkning af enzymet - - D-glucose. Den energi, der frigives ved denne proces, kan bruges til at syntetisere udtrykte fremmede proteiner.
Ud over dets molekylære strukturegenskaber har IPTG også flere fordele, der gør det til en almindeligt anvendt inducer. For det første er dens vandopløselighed relativt god og kan let tilsættes til dyrkningsmediet. For det andet er dets inducerende virkning på Escherichia coli relativt mild og forårsager ikke for meget pres på cellerne, hvilket er gavnligt for at forlænge cellernes levetid. Derudover er optagelsen og udnyttelsen af IPTG i celler relativt hurtig, hvilket kan udløse genekspression rettidigt
2. Opløselighed:
IPTG er et farveløst krystallinsk fast stof med god opløselighed i vand. Det kan hurtigt opløses ved stuetemperatur og danne en gennemsigtig opløsning. Derudover er IPTG også opløseligt i nogle organiske opløsningsmidler, såsom methanol, ethanol og dimethylsulfoxid.
3. Stabilitet:
IPTG er relativt stabil under konventionelle eksperimentelle forhold og er ikke tilbøjelig til nedbrydning eller nedbrydning. Den kan opbevares i lang tid uden at miste sin aktivitet. Men under høje temperaturer eller sure forhold kan IPTG undergå hydrolysereaktioner, hvilket får det til at miste sin evne til at inducere lactase.
4. Fremkaldelse af laktase:
IPTG er en effektiv inducer af lactase. I de fleste Escherichia coli er laktase et vigtigt metabolisk enzym, der bruges til at nedbryde laktose til glucose og galactose. IPTG har en lignende struktur som lactose og kan binde sig til induktionsstedet for lactase og aktivere dets transkription. Dette gør IPTG til et vigtigt værktøj til at studere genekspressionsregulering og proteinekspression.
Hos bakterier er laktoseoperoner et vigtigt reguleringssystem, der kan regulere bakteriel metabolisme af laktose. Når glukose mangler i bakterieceller, induceres laktoseoperoner til at syntetisere enzymer, der er i stand til at nedbryde laktose.
Sammensætning af lactose operoner: Lactose operon er sammensat af tre gener, nemlig lacZ, lacY og lacA. Blandt dem koder lacZ - Galactosidase, lacY koder for permeabilitetsprotein, lacA koder for acetyltransferase. Disse tre gener arbejder sammen for at gøre det muligt for bakterier at udnytte laktose.
Virkningsmekanismen for IPTG: Når IPTG eksisterer, kan det interagere med - Bindingen af galactosidase øger enzymaktiviteten. Denne binding opnås gennem interaktionen mellem galactosegruppen i IPTG-molekylet og - Bindingen af det aktive center af galactosidase opnås. Denne binding øger enzymets aktivitet og fremmer derved nedbrydningen af laktose.
Induktionsproces: I et miljø, der mangler glukose, syntetiseres lacY- og lacA-gener, men mængden af syntese er relativt lille. Når IPTG eksisterer, kan det interagere med - Bindingen af galactosidase øger enzymaktiviteten. Denne binding stimulerer transkriptionen af lacY- og lacA-gener, hvilket tillader bakterier at syntetisere et stort antal permeabilitetsproteiner og acetyltransferaser. Disse enzymer kan fremme bakteriel metabolisme af laktose.
Påvirkningsfaktorer: Koncentrationen af IPTG vil påvirke induktionseffekten. Lav koncentration af IPTG kan fremme - Syntesen af galactosidase, men høje koncentrationer af IPTG kan have toksiske virkninger på celler. Derudover er induktionseffekten af IPTG også påvirket af faktorer som temperatur, pH-værdi og dyrkningstid.
5. Ikke-toksicitet:
Sammenlignet med laktose er metaboliske hastighed af IPTG i celler langsommere, så det har mindre indflydelse på cellevækst og stofskifte. Dette gør IPTG til en almindeligt anvendt inducer i laboratoriet til at kontrollere ekspressionen af målgener.
6. Anvendelse:
IPTG anvendes hovedsageligt i følgende aspekter:
-Proteinekspression: Ved at bruge IPTG-inducere kan udbyttet af målproteiner i det rekombinante proteinekspressionssystem kontrolleres. Det kan bruges til at studere biologiske processer såsom proteinfunktion, interaktion og signaltransduktion. Gennem proteinkrystallisationsforsøg kan for eksempel strukturen og funktionen af proteiner studeres; Gennem proteininteraktionsforsøg kan interaktionen mellem proteiner studeres; Gennem signaltransduktionseksperimenter kan proteiners rolle i signaltransduktion studeres.
-Genreguleringsforskning: IPTG kan simulere laktoseinduktionsmekanismen i celler og derved studere genreguleringsnetværk og signaltransduktionsveje. I genekspressionsreguleringseksperimenter tjener IPTG som en inducer og kan binde til lac|produkter i laktoseoperoner, der inducerer konformationelle ændringer og forårsager lac|produkter til at forlade promotorens bindingssted og derved aktivere transkription. Denne inducerbare transkriptionelle reguleringsmekanisme gør, at IPTG spiller en vigtig rolle i genekspressionsregulering. Ved at kontrollere tilsætningstiden og koncentrationen af IPTG kan regulering af målproteinekspression opnås.
-Transkriptionsfaktorforskning: IPTG kan bruges til at studere interaktionen mellem transkriptionsfaktorer og deres målgener, såvel som de funktionelle reguleringsmekanismer af transkriptionsfaktorer. Ved at kombinere med replikatoren af lactase kan IPTG simulere den regulatoriske proces af lactose på lactase og derved kontrollere genekspression. Denne induktionsmekanisme kan anvendes til forskning i transkriptionsfaktorer for at udforske den regulerende rolle af transkriptionsfaktorer på specifik gentransskription. For eksempel kan en ekspressionsvektor indeholdende en måltranskriptionsfaktor konstrueres og integreres med passende promotorer og regulatoriske elementer i ekspressionsvektoren efterfulgt af tilsætning af IPTG for at inducere ekspressionen af måltranskriptionsfaktoren.
IPTG er et almindeligt anvendt laboratoriereagens med god opløselighed og stabilitet. Det kan inducere ekspressionen af lactase og er meget udbredt inden for molekylærbiologi og genteknologi. Ved at bruge IPTG kan forskere udforske vigtige biologiske spørgsmål såsom genreguleringsmekanismer, proteinekspression og transkriptionsfaktorfunktion.