异丙基-β-D-硫代半乳糖苷（IPTG）

什么是诱导剂？

诱导剂是一类小分子化合物，它们能够激活或增强特定基因的表达。在分子生物学和遗传工程中，诱导剂通常用于控制基因表达的时间和水平，以便研究基因功能或生产特定的蛋白质。

 

异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)的分子结构

异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)的作用过程简述

IPTG 是一种非常强大的乳糖类似物，其核心工作原理是作为 lac 操纵子的不可代谢的诱导剂，持续激活下游基因（如目的基因）的高水平表达。

作用流程：

解除抑制： 在大肠杆菌等细菌中，乳糖操纵子（lac operon）的转录通常被一种阻遏蛋白（Lac Repressor）抑制。该阻遏蛋白会结合在操纵基因（lacO）上，阻止RNA聚合酶进行转录。IPTG 能够特异性地与阻遏蛋白结合，使其构象发生改变，从而无法再结合到操纵基因上。这一步解除了对操纵子的抑制。

启动转录： 一旦阻遏蛋白被移除，RNA 聚合酶便可以顺利通过并启动下游基因的转录。这些下游基因包括利用乳糖所需的酶（如β-半乳糖苷酶）的基因。在分子克隆中，我们将目的基因克隆到这些基因的位置，因此解除抑制后，RNA聚合酶就会开始转录目的基因。

不可代谢性（关键优势）： 与天然诱导剂乳糖不同，IPTG 不会被细菌体内的β-半乳糖苷酶分解代谢。这意味着IPTG的浓度在诱导过程中始终保持稳定，能够提供持续、高强度且不受细胞代谢干扰的诱导信号，从而确保目的基因持续高效表达。

 

总结流程图：
添加IPTG → 与阻遏蛋白结合 → 阻遏蛋白从DNA上脱落 → RNA聚合酶启动转录 → 目的基因mRNA合成 → 大量表达目的蛋白

 

IPTG 与 乳糖 作为诱导剂的区别

特性	异丙基-β-D-硫代半乳糖苷 (IPTG)	乳糖 (Lactose)
CAS	41468-25-1	54-47-7
化学式	C₉H₁₈O₅S	C₁₂H₂₂O₁₁
分子量	238.30 g/mol	342.30 g/mol
化学性质	是一种非代谢型的乳糖类似物，硫代糖苷键无法被β-半乳糖苷酶水解。	是天然底物，是一种可被代谢的二糖（葡萄糖-半乳糖）。
诱导机制	不可逆诱导剂：与阻遏蛋白结合后不被代谢，浓度稳定，提供持续、高强度的诱导信号。	可逆诱导剂：自身被代谢生成别乳糖（真正的天然诱导剂），诱导作用会随乳糖消耗而减弱。
诱导效果	稳定、强烈且可预测。不依赖细胞代谢状态，易于精确控制诱导水平。	动态、较弱且不可预测。强度取决于细胞代谢速度和酶活性，可能不均一。
对细胞代谢的影响	无影响。不被代谢，不提供碳源，不消耗能量，不改变细胞代谢流。	有显著影响。作为碳源被代谢，消耗能量，会产生葡萄糖效应（二次生长），影响细胞生长和蛋白表达。
主要应用场景	分子生物学与重组蛋白表达的黄金标准。在实验室中用于高效、可控地诱导目的基因表达。	天然生理环境中的诱导剂。在实验室中极少用于重组蛋白生产，因其效果难以控制。
成本与便利性	成本稍高，但使用方便，只需直接添加到培养基中。	成本低廉，但需要精确控制浓度和时间以避免代谢干扰，操作更复杂。

 

异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)的优势

1. 强效稳定的诱导机制

IPTG通过与lac阻遏蛋白特异性结合，解除对lac操纵子的抑制，高效启动下游基因表达。其硫代糖苷键结构稳定，不被细菌代谢，可保持持久诱导活性，不易降解。

2. 高效外源蛋白表达

在E.coli等原核系统中，IPTG可显著提高外源蛋白产量，适用于药物、疫苗和工业酶制备。诱导产物稳定性高，易于鉴定与纯化。

3. 广泛的应用场景

除蛋白诱导外，IPTG还常用于蓝白斑筛选、转化子鉴定、基因调控研究及蛋白质功能分析，是分子生物学核心工具之一。

4. 便捷的保存与使用

IPTG易配制为无菌水溶液，固体可2-8℃冷藏，溶液可-20℃长期保存或室温存放一月，操作简便。

5. 低细胞毒性优势

在有效诱导浓度下，IPTG对宿主细胞生长无明显抑制，适用于大规模发酵和长时间培养实验。

 

 异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)的应用

应用领域	核心作用	关键优势
重组蛋白生产	诱导外源基因高效、大量表达	作用强、稳定、不可代谢、可预测
蓝白斑筛选	诱导LacZα基因表达，用于鉴别重组子	直观、高效、成本低
基因功能研究	对目标基因表达进行时控和量控	可精确调控、操作简便

 

异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)原料为什么优选凌峰生物？

• 产品纯度98%以上
• 产能设计20T/年，确保供货的稳定。
• 研发团队产业化经验丰富，精通产品开发至产品产业化全流程，且具备不断优化升级工艺的技术实力，持续工艺优化，不断提升产品市场竞争力。
• IPTG即是产品，也是自身需要应用的物料，熟悉IPTG的全产业链，可以为客户提供技术指导。
• 凌峰生物是以技术主导的创新型公司，创新能力强，具有超强的产业化实力，不仅可以产品合作，更加支持更灵活、更深入的其他合作模式。
• 联手上市公司浙江大洋生物科技集团股份有限公司，打造建德产业生产基地，现代化生产车间，全线采用ISO9001质量管理体系，且FSSC22000/ISO14001等认证为产品质量保驾护航。

 

参考文献：

Green, M. R., & Sambrook, J. (2019). Screening Bacterial Colonies Using X-Gal and IPTG: α-Complementation. Cold Spring Harbor Protocols, 2019(12), pdb.prot101329. https://doi.org/10.1101/pdb.prot101329

Green, M. R., & Sambrook, J. (2019). Screening Bacterial Colonies Using X-Gal and IPTG: α-Complementation. Cold Spring Harbor Protocols, 2019(12), pdb.prot101329. https://doi.org/10.1101/pdb.prot101329

Yu, T. C., Liu, W. L., Brinck, M. S., Davis, J. E., Shek, J., Bower, G., Einav, T., Insigne, K. D., Phillips, R., Kosuri, S., & Urtecho, G. (2021). Multiplexed characterization of rationally designed promoter architectures deconstructs combinatorial logic for IPTG-inducible systems. Nature Communications, 12(1). https://doi.org/10.1038/s41467-020-20094-3

Gomes, L., Monteiro, G., & Mergulhão, F. (2020). The Impact of IPTG Induction on Plasmid Stability and Heterologous Protein Expression by Escherichia coli Biofilms. International Journal of Molecular Sciences, 21(2), 576. https://doi.org/10.3390/ijms21020576