異丙基β-D-硫代半乳糖苷（Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside，簡稱IPTG）是一種生物學(xué)試劑，常用于誘導(dǎo)大腸桿菌（Escherichia coli）中外源基因的表達(dá)。這是一種結(jié)構(gòu)類似于乳糖的分子，但不能被大腸桿菌內(nèi)的乳糖酶降解。因此，當(dāng)IPTG存在時(shí)，它能夠模擬乳糖誘導(dǎo)系統(tǒng)，誘導(dǎo)由外源基因編碼的蛋白質(zhì)的合成。

IPTG的分子式為C9H18O5S，其結(jié)構(gòu)中包含硫代半乳糖和異丙基基團(tuán)。它是一種白色至淡黃色的結(jié)晶性粉末，易溶于水。下面將詳細(xì)介紹IPTG的一些主要特性和應(yīng)用。

1. 分子結(jié)構(gòu)：
IPTG的分子結(jié)構(gòu)是一個(gè)硫代半乳糖苷，其中包含硫原子和異丙基基團(tuán)。這個(gè)結(jié)構(gòu)使得IPTG不易被大腸桿菌內(nèi)的乳糖酶降解，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外源基因表達(dá)的可控誘導(dǎo)。

2. 乳糖誘導(dǎo)系統(tǒng)模擬：
在實(shí)驗(yàn)室中，研究人員通常使用IPTG模擬乳糖誘導(dǎo)系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，外源基因的表達(dá)是通過乳糖操作子（lac operator）和乳糖啟動(dòng)子（lac promoter）來調(diào)控的。當(dāng)IPTG加入培養(yǎng)基中時(shí)，它結(jié)合在乳糖操作子上，阻止了乳糖誘導(dǎo)系統(tǒng)中的乳糖酶對(duì)乳糖的降解，從而啟動(dòng)外源基因的表達(dá)。

3. 誘導(dǎo)表達(dá)的控制性：
IPTG的添加量可以調(diào)控外源基因的表達(dá)水平。通過控制IPTG的濃度，研究人員可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)表達(dá)的精準(zhǔn)控制，這對(duì)于在實(shí)驗(yàn)室條件下研究特定蛋白質(zhì)的功能和性質(zhì)非常重要。

4. 常用于蛋白表達(dá)系統(tǒng)：
IPTG廣泛應(yīng)用于重組蛋白表達(dá)系統(tǒng)中，特別是在質(zhì)粒表達(dá)、蛋白過表達(dá)和純化方面。通過在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間和條件下添加IPTG，研究人員可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)蛋白質(zhì)的高效表達(dá)。

5. IPTG誘導(dǎo)的機(jī)制：
IPTG的添加會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌內(nèi)的乳糖操作子與IPTG結(jié)合形成復(fù)合物，阻止乳糖誘導(dǎo)系統(tǒng)的負(fù)調(diào)控。這使得RNA聚合酶能夠結(jié)合到乳糖啟動(dòng)子上，啟動(dòng)外源基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯。

6. 實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化：
在使用IPTG進(jìn)行誘導(dǎo)表達(dá)時(shí)，研究人員通常需要優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，包括IPTG的濃度、誘導(dǎo)時(shí)間和溫度等因素，以獲得最佳的蛋白質(zhì)表達(dá)效果。

總的來說，異丙基β-D-硫代半乳糖苷（IPTG）在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室中扮演著重要的角色，為研究人員提供了一種可控制的方法來誘導(dǎo)外源基因的表達(dá)，從而推動(dòng)了基因工程和蛋白質(zhì)表達(dá)領(lǐng)域的發(fā)展。