IPTGе неестествено съединение с изопропилова и галактозна група. Неговата молекулна формула е C9H18O5S, с относително молекулно тегло 238,30. IPTG е разтворим във вода и има висока стабилност. В биологията IPTG се използва главно като индуктор и може да индуцира - Активността на галактозидазата. IPTG (изопропил) - D-тиогалактозидът е често използван лабораторен реагент, широко използван в областта на молекулярната биология и генното инженерство. Това е изкуствено синтезирано съединение със структура, подобна на естествената лактоза, но с различни химични свойства.
(Продуктова връзка 1:https://www.bloomtechz.com/synthetic-chemical/api-researching-only/iptg-reagent-cas-367-93-1.html )
(Продуктова връзка 1:https://www.bloomtechz.com/synthetic-chemical/api-researching-only/iptg-powder-cas-367-93-1.html )
1. Молекулярна структура:
Химичната формула на IPTG е C9H18O5S, CAS 367-93-1, а относителното молекулно тегло е 238,30 g/mol. Неговата структура е свързана чрез изопропилова група към - С1 позицията на D-тиогалактозида образува естерна връзка. Тази структура позволява на IPTG да симулира ефекта на индукция на лактозата върху лактазата.
Неговата молекулярна структура се състои главно от следните части:
Захарна част: Захарната част на IPTG е - D-галактозата, подобна на тиогалактозата, също се разпознава от галактозидазата на Escherichia coli.
Тиогалактозилова част: За разлика от обикновената галактоза, галактозиловата част на IPTG е заменена от серни атоми, което позволява на IPTG да бъде химически модифициран от Е. coli - Галактозидазата разпознава и служи като негов субстрат.
Изопропилова група: Другата част от IPTG е изопропилова група, която намалява разтворимостта на IPTG във вода и улеснява проникването му в клетъчната култура.
По отношение на молекулярната структура, субстратът на IPTG и галактозидазата - D-галактозид (G1P) е сходен, с изключение на това, че към галактозидната част е добавен серен атом. Когато IPTG се поеме от клетките, той може да действа като - Субстрат на галактозидазата, която се разцепва на тиогалактоза и изопропилови групи под действието на ензима - - D-глюкоза. Енергията, освободена от този процес, може да се използва за синтезиране на експресирани чужди протеини.
В допълнение към характеристиките на неговата молекулярна структура, IPTG има и няколко предимства, които го правят често използван индуктор. Първо, разтворимостта му във вода е сравнително добра и може лесно да се добави към хранителната среда. Второ, неговият индуциращ ефект върху Escherichia coli е сравнително лек и не предизвиква прекалено голям натиск върху клетките, което е от полза за удължаване на живота на клетките. В допълнение, усвояването и използването на IPTG в клетките са сравнително бързи, което може да задейства генна експресия своевременно
2. Разтворимост:
IPTG е безцветно кристално твърдо вещество с добра разтворимост във вода. Може бързо да се разтвори при стайна температура и да образува прозрачен разтвор. В допълнение, IPTG също е разтворим в някои органични разтворители, като метанол, етанол и диметилсулфоксид.
3. Стабилност:
IPTG е относително стабилен при конвенционални експериментални условия и не е склонен към разлагане или разграждане. Може да се съхранява дълго време, без да губи своята активност. Въпреки това, при висока температура или киселинни условия, IPTG може да претърпи реакции на хидролиза, което води до загуба на способността му да индуцира лактаза.
4. Индуциране на лактаза:
IPTG е ефективен индуктор на лактазата. В повечето Escherichia coli лактазата е важен метаболитен ензим, използван за разграждане на лактозата до глюкоза и галактоза. IPTG има подобна структура на лактозата и може да се свърже с мястото на индукция на лактазата и да активира нейната транскрипция. Това прави IPTG важен инструмент за изследване на регулацията на генната експресия и протеиновата експресия.
При бактериите лактозните оперони са важна регулаторна система, която може да регулира бактериалния метаболизъм на лактозата. Когато в бактериалните клетки липсва глюкоза, лактозните оперони се индуцират да синтезират ензими, способни да разграждат лактозата.
Състав на лактозните оперони: Лактозният оперон е съставен от три гена, а именно lacZ, lacY и lacA. Сред тях lacZ кодиране - галактозидаза, lacY кодира протеин на пропускливост, lacA кодира ацетилтрансфераза. Тези три гена работят заедно, за да позволят на бактериите да използват лактозата.
Механизмът на действие на IPTG: Когато IPTG съществува, той може да взаимодейства с - Свързването на галактозидазата повишава ензимната активност. Това свързване се постига чрез взаимодействието между галактозната група в молекулата на IPTG и - Постига се свързването на активния център на галактозидазата. Това свързване повишава активността на ензима, като по този начин насърчава разграждането на лактозата.
Индукционен процес: В среда без глюкоза се синтезират lacY и lacA гени, но количеството на синтеза е сравнително малко. Когато IPTG съществува, той може да взаимодейства с - Свързването на галактозидазата повишава ензимната активност. Това свързване стимулира транскрипцията на lacY и lacA гени, което позволява на бактериите да синтезират голям брой пропускливи протеини и ацетилтрансферази. Тези ензими могат да стимулират бактериалния метаболизъм на лактозата.
Влияещи фактори: Концентрацията на IPTG ще повлияе на индукционния ефект. Ниската концентрация на IPTG може да стимулира синтеза на галактозидаза, но високите концентрации на IPTG могат да имат токсични ефекти върху клетките. В допълнение, индукционният ефект на IPTG също се влияе от фактори като температура, pH стойност и време на култивиране.
5. Нетоксичност:
В сравнение с лактозата, скоростта на метаболизма на IPTG в клетките е по-бавна, така че има по-малко въздействие върху клетъчния растеж и метаболизма. Това прави IPTG често използван индуктор в лабораторията за контрол на експресията на целевите гени.
6. Приложение:
IPTG се прилага главно в следните аспекти:
-Протеинова експресия: Чрез използване на IPTG индуктори може да се контролира добивът на целевите протеини в рекомбинантната протеинова експресионна система. Може да се използва за изследване на биологични процеси като протеинова функция, взаимодействие и сигнална трансдукция. Например чрез експерименти за кристализация на протеини структурата и функцията на протеините могат да бъдат изследвани; Чрез експерименти за протеиново взаимодействие може да се изследва взаимодействието между протеините; Чрез експерименти за сигнална трансдукция може да се изследва ролята на протеините в сигналната трансдукция.
- Изследване на генната регулация: IPTG може да симулира механизма за индукция на лактоза в клетките, като по този начин изучава мрежи за генна регулация и пътища на сигнална трансдукция. В експерименти за регулиране на генната експресия IPTG служи като индуктор и може да се свърже с lac|продукти в лактозните оперони, предизвикващи конформационни промени и причиняващи lac|продуктите да напуснат мястото на свързване на промотора, като по този начин активират транскрипцията. Този механизъм за индуцируема транскрипционна регулация кара IPTG да играе важна роля в регулирането на генната експресия. Чрез контролиране на времето за добавяне и концентрацията на IPTG може да се постигне регулиране на експресията на целевия протеин.
-Изследване на транскрипционния фактор: IPTG може да се използва за изследване на взаимодействието между транскрипционните фактори и техните целеви гени, както и функционалните механизми за регулиране на транскрипционните фактори. Чрез комбиниране с репликатора на лактаза, IPTG може да симулира регулаторния процес на лактоза върху лактаза, като по този начин контролира генната експресия. Този механизъм на индукция може да се приложи към изследване на транскрипционен фактор, за да се изследва регулаторната роля на транскрипционните фактори върху специфична генна транскрипция. Например, експресионен вектор, съдържащ целеви транскрипционен фактор, може да бъде конструиран и интегриран с подходящи промотори и регулаторни елементи в експресионния вектор, последван от добавяне на IPTG за индуциране на експресията на целевия транскрипционен фактор.
IPTG е често използван лабораторен реагент с добра разтворимост и стабилност. Той може да индуцира експресията на лактаза и се използва широко в областта на молекулярната биология и генното инженерство. Използвайки IPTG, изследователите могат да изследват важни биологични проблеми като механизми за генна регулация, протеинова експресия и функция на транскрипционния фактор.