IPTGje nenaravna spojina z izopropilno in galaktozno skupino. Njegova molekulska formula je C9H18O5S z relativno molekulsko maso 238,30. IPTG je topen v vodi in ima visoko stabilnost. V biologiji se IPTG uporablja predvsem kot induktor in lahko inducira - Aktivnost galaktozidaze. IPTG (izopropil) - D-tiogalaktozid je običajno uporabljen laboratorijski reagent, ki se pogosto uporablja na področjih molekularne biologije in genskega inženiringa. Je umetno sintetizirana spojina s strukturo, podobno naravni laktozi, vendar z drugačnimi kemičnimi lastnostmi.
(1. povezava do izdelka:https://www.bloomtechz.com/synthetic-chemical/api-researching-only/iptg-reagent-cas-367-93-1}.html )
(1. povezava do izdelka:https://www.bloomtechz.com/synthetic-chemical/api-researching-only/iptg-powder-cas-367-93-1}.html )
1. Molekularna struktura:
Kemijska formula IPTG je C9H18O5S, CAS 367-93-1, relativna molekulska masa pa 238,30 g/mol. Njegova struktura je povezana z izopropilno skupino na - Položaj C1 D-tiogalaktozida tvori estrsko vez. Ta struktura omogoča IPTG, da simulira učinek indukcije laktoze na laktazo.
Njegova molekularna struktura je v glavnem sestavljena iz naslednjih delov:
Sladkorni del: Sladkorni del IPTG je - D-galaktoza, podobno tiogalaktozi, jo prepozna tudi galaktozidaza Escherichia coli.
Tiogalaktozilni del: Za razliko od običajne galaktoze je galaktozilni del IPTG nadomeščen z atomi žvepla, kar omogoča kemično modifikacijo IPTG z E. coli – Galaktozidaza prepozna in služi kot njegov substrat.
Izopropilna skupina: Drugi del IPTG je izopropilna skupina, ki zmanjša topnost IPTG v vodi in olajša njegovo prepustnost v celični kulturi.
Po molekularni strukturi je substrat IPTG in galaktozidaze - D-galaktozid (G1P) podoben, le da je galaktozidnemu delu dodan atom žvepla. Ko IPTG prevzamejo celice, lahko deluje kot - substrat galaktozidaze, ki pod delovanjem encima - - D-glukoze cepi na tiogalaktozo in izopropilne skupine. Energija, ki se sprosti pri tem procesu, se lahko uporabi za sintezo izraženih tujih beljakovin.
Poleg značilnosti njegove molekularne strukture ima IPTG tudi številne prednosti, zaradi katerih je pogosto uporabljen induktor. Prvič, njegova topnost v vodi je razmeroma dobra in jo je mogoče enostavno dodati gojišču. Drugič, njegov indukcijski učinek na Escherichio coli je razmeroma blag in ne povzroča prevelikega pritiska na celice, kar je ugodno za podaljšanje življenjske dobe celic. Poleg tega sta privzem in uporaba IPTG v celicah razmeroma hitra, kar lahko sproži izražanje genov pravočasno
2. Topnost:
IPTG je brezbarvna kristalinična trdna snov z dobro topnostjo v vodi. Pri sobni temperaturi se lahko hitro raztopi in tvori prozorno raztopino. Poleg tega je IPTG topen tudi v nekaterih organskih topilih, kot so metanol, etanol in dimetil sulfoksid.
3. Stabilnost:
IPTG je razmeroma stabilen v običajnih eksperimentalnih pogojih in ni nagnjen k razgradnji ali degradaciji. Lahko se hrani dolgo časa, ne da bi izgubil svojo aktivnost. Vendar pa lahko pri visoki temperaturi ali kislih pogojih IPTG preide v reakcije hidrolize, zaradi česar izgubi sposobnost induciranja laktaze.
4. Indukcija laktaze:
IPTG je učinkovit induktor laktaze. Pri večini Escherichia coli je laktaza pomemben presnovni encim, ki se uporablja za razgradnjo laktoze v glukozo in galaktozo. IPTG ima podobno strukturo kot laktoza in se lahko veže na mesto indukcije laktaze ter aktivira njeno transkripcijo. Zaradi tega je IPTG pomembno orodje za proučevanje regulacije izražanja genov in izražanja beljakovin.
Pri bakterijah so laktozni operoni pomemben regulativni sistem, ki lahko uravnava bakterijsko presnovo laktoze. Ko v bakterijskih celicah primanjkuje glukoze, se operoni laktoze inducirajo k sintetizaciji encimov, ki lahko razgradijo laktozo.
Sestava laktoznih operonov: laktozni operon je sestavljen iz treh genov, in sicer lacZ, lacY in lacA. Med njimi kodiranje lacZ - galaktozidaza, lacY kodira protein prepustnosti, lacA kodira acetiltransferazo. Ti trije geni delujejo skupaj, da omogočijo bakterijam uporabo laktoze.
Mehanizem delovanja IPTG: Ko IPTG obstaja, lahko deluje z - Vezava galaktozidaze poveča aktivnost encima. Ta vezava je dosežena z interakcijo med skupino galaktoze v molekuli IPTG in - Dosežena je vezava aktivnega centra galaktozidaze. Ta vezava poveča aktivnost encima in s tem spodbuja razgradnjo laktoze.
Postopek indukcije: v okolju, kjer primanjkuje glukoze, se sintetizirata gena lacY in lacA, vendar je količina sinteze relativno majhna. Ko IPTG obstaja, lahko medsebojno deluje z - Vezava galaktozidaze poveča aktivnost encima. Ta vezava stimulira transkripcijo genov lacY in lacA, kar omogoča bakterijam, da sintetizirajo veliko število prepustnih proteinov in acetiltransferaz. Ti encimi lahko spodbujajo bakterijsko presnovo laktoze.
Vplivni dejavniki: Koncentracija IPTG bo vplivala na učinek indukcije. Nizke koncentracije IPTG lahko spodbujajo - Sintezo galaktozidaze, vendar imajo lahko visoke koncentracije IPTG toksične učinke na celice. Poleg tega na indukcijski učinek IPTG vplivajo tudi dejavniki, kot so temperatura, pH vrednost in čas gojenja.
5. Nestrupenost:
V primerjavi z laktozo je presnova IPTG v celicah počasnejša, zato ima manjši vpliv na celično rast in metabolizem. Zaradi tega je IPTG pogosto uporabljen induktor v laboratoriju za nadzor izražanja ciljnih genov.
6. Uporaba:
IPTG se v glavnem uporablja v naslednjih vidikih:
- Ekspresija proteinov: Z uporabo induktorjev IPTG je mogoče nadzorovati izkoristek ciljnih proteinov v ekspresijskem sistemu rekombinantnih proteinov. Uporablja se lahko za preučevanje bioloških procesov, kot so delovanje beljakovin, interakcije in prenos signala. Na primer, s poskusi kristalizacije beljakovin je mogoče proučevati strukturo in delovanje beljakovin; S poskusi beljakovinskih interakcij lahko preučujemo interakcijo med beljakovinami; S poskusi prenosa signala je mogoče preučiti vlogo proteinov pri prenosu signala.
-Raziskave regulacije genov: IPTG lahko simulira mehanizem indukcije laktoze v celicah, s čimer preučuje omrežja regulacije genov in poti prenosa signala. V poskusih regulacije genske ekspresije IPTG služi kot induktor in se lahko veže na lac|produktov v laktoznih operonih, ki povzročajo konformacijske spremembe in povzročajo lac|produkti zapustijo vezavno mesto promotorja in s tem aktivirajo transkripcijo. Zaradi tega inducibilnega mehanizma regulacije transkripcije ima IPTG pomembno vlogo pri regulaciji izražanja genov. Z nadzorovanjem časa dodajanja in koncentracije IPTG je mogoče doseči regulacijo ekspresije ciljnega proteina.
-Raziskave transkripcijskih faktorjev: IPTG se lahko uporablja za preučevanje interakcije med transkripcijskimi faktorji in njihovimi ciljnimi geni ter mehanizmov funkcionalne regulacije transkripcijskih faktorjev. S kombiniranjem z replikatorjem laktaze lahko IPTG simulira regulacijski proces laktoze na laktazo in tako nadzira izražanje genov. Ta indukcijski mehanizem je mogoče uporabiti pri raziskavah transkripcijskih faktorjev, da bi raziskali regulativno vlogo transkripcijskih faktorjev pri specifični genski transkripciji. Na primer, ekspresijski vektor, ki vsebuje ciljni transkripcijski faktor, se lahko konstruira in integrira z ustreznimi promotorji in regulatornimi elementi v ekspresijski vektor, čemur sledi dodatek IPTG za induciranje izražanja ciljnega transkripcijskega faktorja.
IPTG je običajno uporabljen laboratorijski reagent z dobro topnostjo in stabilnostjo. Lahko inducira izražanje laktaze in se pogosto uporablja na področju molekularne biologije in genskega inženiringa. Z uporabo IPTG lahko raziskovalci raziskujejo pomembna biološka vprašanja, kot so mehanizmi genske regulacije, izražanje beljakovin in delovanje transkripcijskih faktorjev.