ІПТГє неприродною сполукою з ізопропіловою та галактозною групою. Його молекулярна формула C9H18O5S з відносною молекулярною масою 238,30. ІПТГ розчинний у воді і має високу стабільність. У біології ІПТГ в основному використовується як індуктор і може індукувати - Активність галактозидази. IPTG (ізопропіл) - D-тіогалактозид є широко використовуваним лабораторним реагентом, який широко використовується в галузях молекулярної біології та генної інженерії. Це штучно синтезована сполука зі структурою, подібною до природної лактози, але з іншими хімічними властивостями.
(Посилання на продукт 1:https://www.bloomtechz.com/synthetic-chemical/api-researching-only/iptg-reagent-cas-367-93-1}.html )
(Посилання на продукт 1:https://www.bloomtechz.com/synthetic-chemical/api-researching-only/iptg-powder-cas-367-93-1.html )
1. Молекулярна структура:
Хімічна формула IPTG – C9H18O5S, CAS 367-93-1, а відносна молекулярна маса – 238,30 г/моль. Його структура з'єднана ізопропільною групою з - Положення С1 D-тіогалактозиду утворює складноефірний зв'язок. Ця структура дозволяє IPTG імітувати індукційний ефект лактози на лактазу.
Його молекулярна структура в основному складається з таких частин:
Цукрова частина: Цукрова частина IPTG - D-галактоза, подібна до тіогалактози, також розпізнається галактозидазою Escherichia coli.
Тіогалактозильний фрагмент: на відміну від звичайної галактози, галактозильний фрагмент IPTG замінений атомами сірки, що дозволяє IPTG хімічно модифікуватися E. coli - галактозидаза розпізнає та служить його субстратом.
Ізопропілова група: Іншою частиною IPTG є ізопропілова група, яка знижує розчинність IPTG у воді та полегшує його проникнення в клітинну культуру.
За молекулярною структурою субстрат ІПТГ і галактозидази - D-галактозид (G1P) схожий, за винятком того, що до галактозидної частини додається атом сірки. Коли IPTG поглинається клітинами, він може діяти як - субстрат галактозидази, яка розщеплюється на тіогалактозу та ізопропілові групи під дією ферменту - - D-глюкози. Енергія, що виділяється в результаті цього процесу, може бути використана для синтезу експресованих чужорідних білків.
На додаток до характеристик молекулярної структури IPTG також має ряд переваг, які роблять його широко використовуваним індуктором. По-перше, його розчинність у воді є відносно хорошою, і його можна легко додати до культурального середовища. По-друге, його індукційний вплив на Escherichia coli є відносно м’яким і не викликає надмірного тиску на клітини, що сприяє подовженню тривалості життя клітин. Крім того, поглинання та використання IPTG у клітинах відбувається відносно швидко, що може своєчасно викликати експресію генів
2. Розчинність:
IPTG — безбарвна кристалічна тверда речовина з хорошою розчинністю у воді. Він може швидко розчинятися при кімнатній температурі та утворювати прозорий розчин. Крім того, IPTG також розчиняється в деяких органічних розчинниках, таких як метанол, етанол і диметилсульфоксид.
3. Стабільність:
IPTG є відносно стабільним у звичайних експериментальних умовах і не схильний до розкладання чи деградації. Він може зберігатися тривалий час, не втрачаючи своєї активності. Однак за високої температури або кислотних умов ІПТГ може піддатися реакціям гідролізу, внаслідок чого він втрачає здатність індукувати лактазу.
4. Індукування лактази:
ІПТГ є ефективним індуктором лактази. У більшості Escherichia coli лактаза є важливим метаболічним ферментом, який використовується для розщеплення лактози на глюкозу та галактозу. IPTG має структуру, подібну до лактози, і може зв’язуватися з сайтом індукції лактази та активувати її транскрипцію. Це робить IPTG важливим інструментом для вивчення регуляції експресії генів і експресії білка.
У бактерій оперони лактози є важливою регуляторною системою, яка може регулювати бактеріальний метаболізм лактози. Коли в бактеріальних клітинах не вистачає глюкози, оперони лактози спонукають синтезувати ферменти, здатні розщеплювати лактозу.
Склад лактозних оперонів: лактозний оперон складається з трьох генів, а саме lacZ, lacY і lacA. Серед них lacZ, що кодує галактозидазу, lacY кодує білок проникності, lacA кодує ацетилтрансферазу. Ці три гени працюють разом, щоб дозволити бактеріям використовувати лактозу.
Механізм дії IPTG: коли IPTG існує, він може взаємодіяти з - Зв'язування галактозидази посилює активність ферменту. Це зв'язування досягається завдяки взаємодії між галактозною групою в молекулі IPTG і - Зв'язування активного центру галактозидази досягається. Це зв’язування підвищує активність ферменту, тим самим сприяючи розщепленню лактози.
Процес індукції: у середовищі, де не вистачає глюкози, синтезуються гени lacY і lacA, але кількість синтезу є відносно невеликою. Коли IPTG існує, він може взаємодіяти з - Зв'язування галактозидази посилює активність ферменту. Це зв'язування стимулює транскрипцію генів lacY і lacA, що дозволяє бактеріям синтезувати велику кількість білків проникності та ацетилтрансфераз. Ці ферменти можуть сприяти бактеріальному метаболізму лактози.
Фактори, що впливають: Концентрація IPTG впливатиме на ефект індукції. Низька концентрація ІПТГ може сприяти синтезу галактозидази, але високі концентрації ІПТГ можуть мати токсичну дію на клітини. Крім того, на індукційний ефект IPTG також впливають такі фактори, як температура, значення pH і час культивування.
5. Нетоксичність:
Порівняно з лактозою швидкість метаболізму IPTG у клітинах нижча, тому він має менший вплив на ріст і метаболізм клітин. Це робить IPTG широко використовуваним індуктором у лабораторії для контролю експресії цільових генів.
6. Застосування:
IPTG в основному застосовується в таких аспектах:
- Експресія білка: за допомогою індукторів IPTG можна контролювати вихід цільових білків у системі експресії рекомбінантних білків. Його можна використовувати для вивчення біологічних процесів, таких як функція білка, взаємодія та передача сигналу. Наприклад, за допомогою експериментів з кристалізації білків можна вивчити структуру та функцію білків; За допомогою експериментів взаємодії білків можна вивчати взаємодію між білками; За допомогою експериментів з передачі сигналу можна вивчити роль білків у передачі сигналу.
- Дослідження регуляції генів: IPTG може імітувати механізм індукції лактози в клітинах, таким чином вивчаючи мережі регуляції генів і шляхи передачі сигналу. В експериментах з регуляцією експресії генів IPTG служить індуктором і може зв’язуватися з lac|продукти в оперонах лактози, індукуючи конформаційні зміни та викликаючи lac|продукти залишають сайт зв'язування промотору, тим самим активуючи транскрипцію. Цей індуцибельний механізм регуляції транскрипції змушує IPTG відігравати важливу роль у регуляції експресії генів. Контролюючи час додавання та концентрацію IPTG, можна досягти регулювання експресії цільового білка.
-Дослідження факторів транскрипції: IPTG можна використовувати для вивчення взаємодії між факторами транскрипції та їхніми цільовими генами, а також механізмів функціональної регуляції факторів транскрипції. Поєднуючись із реплікатором лактази, IPTG може імітувати регуляторний процес лактози на лактазі, тим самим контролюючи експресію генів. Цей механізм індукції можна застосувати до дослідження факторів транскрипції, щоб дослідити регуляторну роль факторів транскрипції в транскрипції специфічного гена. Наприклад, вектор експресії, що містить цільовий фактор транскрипції, може бути сконструйований та інтегрований з відповідними промоторами та регуляторними елементами у вектор експресії з подальшим додаванням IPTG для індукції експресії цільового фактора транскрипції.
IPTG є широко використовуваним лабораторним реагентом з хорошою розчинністю та стабільністю. Він може індукувати експресію лактази і широко використовується в галузях молекулярної біології та генної інженерії. Використовуючи IPTG, дослідники можуть досліджувати важливі біологічні проблеми, такі як механізми регуляції генів, експресія білка та функція фактора транскрипції.