IPTGlà một hợp chất không tự nhiên có nhóm isopropyl và galactose. Công thức phân tử của nó là C9H18O5S, có trọng lượng phân tử tương đối là 238,30. IPTG hòa tan trong nước và có độ ổn định cao. Trong sinh học, IPTG chủ yếu được sử dụng làm chất cảm ứng và có thể gây ra - Hoạt động của galactosidase. IPTG (isopropyl) - D-thiogalactoside là thuốc thử thường dùng trong phòng thí nghiệm được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực sinh học phân tử và kỹ thuật di truyền. Nó là một hợp chất tổng hợp nhân tạo có cấu trúc tương tự như đường sữa tự nhiên, nhưng có các tính chất hóa học khác nhau.
(Link sản phẩm 1:https://www.bloomtechz.com/synthetic-chemical/api-researching-only/iptg-reagent-cas-367-93-1.html )
(Link sản phẩm 1:https://www.bloomtechz.com/synthetic-chemical/api-researching-only/iptg-powder-cas-367-93-1.html )
1. Cấu trúc phân tử:
Công thức hóa học của IPTG là C9H18O5S, CAS 367-93-1 và trọng lượng phân tử tương đối là 238,30 g/mol. Cấu trúc của nó được liên kết bởi nhóm isopropyl với - Vị trí C1 của D-thiogalactoside tạo thành liên kết este. Cấu trúc này cho phép IPTG mô phỏng tác dụng cảm ứng của lactose lên lactase.
Cấu trúc phân tử của nó chủ yếu bao gồm các phần sau:
Phần đường: Phần đường của IPTG là - D-galactose, tương tự thiogalactose, cũng được nhận biết bởi galactosidase của Escherichia coli.
Phần thiogalactosyl: Không giống như galactose thông thường, phần galactosyl của IPTG được thay thế bằng các nguyên tử lưu huỳnh, khiến IPTG bị biến đổi hóa học bởi E. coli - Galactosidase nhận biết và đóng vai trò là cơ chất của nó.
Nhóm isopropyl: Phần còn lại của IPTG là nhóm isopropyl, làm giảm khả năng hòa tan của IPTG trong nước và tạo điều kiện cho nó thẩm thấu trong nuôi cấy tế bào.
Về cấu trúc phân tử, cơ chất của IPTG và galactosidase - D-galactoside (G1P) tương tự nhau, ngoại trừ phần galactoside được thêm vào một nguyên tử lưu huỳnh. Khi IPTG được tế bào hấp thụ, nó có thể hoạt động như - Cơ chất của galactosidase, phân cắt thành các nhóm thiogalactose và isopropyl dưới tác dụng của enzyme- - D-glucose. Năng lượng được giải phóng bởi quá trình này có thể được sử dụng để tổng hợp các protein lạ được biểu hiện.
Ngoài các đặc điểm cấu trúc phân tử, IPTG còn có một số ưu điểm khiến nó trở thành chất cảm ứng được sử dụng phổ biến. Thứ nhất, khả năng hòa tan trong nước của nó tương đối tốt và có thể dễ dàng thêm vào môi trường nuôi cấy. Thứ hai, tác dụng cảm ứng của nó đối với Escherichia coli tương đối nhẹ và không gây quá nhiều áp lực lên tế bào, điều này có lợi cho việc kéo dài tuổi thọ của tế bào. Ngoài ra, sự hấp thu và sử dụng IPTG trong tế bào tương đối nhanh, có thể kích hoạt biểu hiện gen kịp thời.
2. Độ hòa tan:
IPTG là chất rắn kết tinh không màu, hòa tan tốt trong nước. Nó có thể hòa tan nhanh chóng ở nhiệt độ phòng và tạo thành dung dịch trong suốt. Ngoài ra, IPTG còn hòa tan trong một số dung môi hữu cơ như metanol, etanol và dimethyl sulfoxide.
3. Tính ổn định:
IPTG tương đối ổn định trong điều kiện thí nghiệm thông thường và không dễ bị phân hủy hoặc xuống cấp. Nó có thể được lưu trữ trong một thời gian dài mà không mất hoạt động. Tuy nhiên, trong điều kiện nhiệt độ cao hoặc axit, IPTG có thể trải qua các phản ứng thủy phân, khiến nó mất khả năng tạo ra lactase.
4. Cảm ứng lactase:
IPTG là chất cảm ứng lactase hiệu quả. Ở hầu hết Escherichia coli, lactase là một enzyme trao đổi chất quan trọng được sử dụng để phân hủy đường sữa thành glucose và galactose. IPTG có cấu trúc tương tự như lactose và có thể liên kết với vị trí cảm ứng của lactase và kích hoạt quá trình phiên mã của nó. Điều này làm cho IPTG trở thành một công cụ quan trọng để nghiên cứu sự điều hòa biểu hiện gen và biểu hiện protein.
Ở vi khuẩn, operon lactose là một hệ thống điều hòa quan trọng có thể điều chỉnh quá trình chuyển hóa vi khuẩn của lactose. Khi thiếu glucose trong tế bào vi khuẩn, các operon lactose được tạo ra để tổng hợp các enzym có khả năng phân hủy lactose.
Thành phần của operon lactose: Operon lactose bao gồm ba gen là lacZ, lacY và lacA. Trong đó, mã hóa lacZ - Galactosidase, lacY mã hóa protein thấm, lacA mã hóa acetyltransferase. Ba gen này phối hợp với nhau để cho phép vi khuẩn sử dụng đường lactose.
Cơ chế hoạt động của IPTG: Khi IPTG tồn tại, nó có thể tương tác với - Sự gắn kết của galactosidase làm tăng cường hoạt động của enzyme. Sự gắn kết này đạt được thông qua sự tương tác giữa nhóm galactose trong phân tử IPTG và - Đạt được sự gắn kết với trung tâm hoạt động của galactosidase. Sự liên kết này làm tăng hoạt động của enzyme, từ đó thúc đẩy quá trình phân hủy đường lactose.
Quá trình cảm ứng: Trong môi trường thiếu glucose, gen lacY và lacA được tổng hợp nhưng lượng tổng hợp tương đối nhỏ. Khi IPTG tồn tại, nó có thể tương tác với - Sự gắn kết của galactosidase làm tăng cường hoạt động của enzyme. Sự gắn kết này kích thích sự phiên mã của gen lacY và lacA, cho phép vi khuẩn tổng hợp một số lượng lớn protein thấm và acetyltransferase. Những enzyme này có thể thúc đẩy quá trình chuyển hóa vi khuẩn của đường sữa.
Các yếu tố ảnh hưởng: Nồng độ IPTG sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả cảm ứng. Nồng độ IPTG thấp có thể thúc đẩy - Sự tổng hợp galactosidase, nhưng nồng độ IPTG cao có thể gây độc cho tế bào. Ngoài ra, hiệu quả cảm ứng của IPTG còn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ, giá trị pH và thời gian nuôi cấy.
5. Không độc tính:
So với lactose, tốc độ trao đổi chất của IPTG trong tế bào chậm hơn nên ít ảnh hưởng đến sự phát triển và trao đổi chất của tế bào. Điều này làm cho IPTG trở thành chất cảm ứng thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm để kiểm soát sự biểu hiện của gen mục tiêu.
6. Ứng dụng:
IPTG chủ yếu được áp dụng trong các khía cạnh sau:
-Biểu hiện protein: Bằng cách sử dụng chất cảm ứng IPTG, có thể kiểm soát được hiệu suất của protein mục tiêu trong hệ thống biểu hiện protein tái tổ hợp. Nó có thể được sử dụng để nghiên cứu các quá trình sinh học như chức năng protein, tương tác và truyền tín hiệu. Ví dụ, thông qua các thí nghiệm kết tinh protein, có thể nghiên cứu cấu trúc và chức năng của protein; Thông qua các thí nghiệm tương tác protein, có thể nghiên cứu sự tương tác giữa các protein; Thông qua các thí nghiệm truyền tín hiệu, có thể nghiên cứu vai trò của protein trong việc truyền tín hiệu.
-Nghiên cứu điều hòa gen: IPTG có thể mô phỏng cơ chế cảm ứng lactose trong tế bào, từ đó nghiên cứu mạng lưới điều hòa gen và đường dẫn truyền tín hiệu. Trong các thí nghiệm điều hòa biểu hiện gen, IPTG đóng vai trò là chất cảm ứng và có thể liên kết với lac|sản phẩm trong operon lactose, gây ra những thay đổi về hình dạng và gây ra lac|sản phẩm rời khỏi vị trí liên kết của vùng khởi động, từ đó kích hoạt quá trình phiên mã. Cơ chế điều hòa phiên mã cảm ứng này làm cho IPTG đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa biểu hiện gen. Bằng cách kiểm soát thời gian bổ sung và nồng độ IPTG, có thể đạt được sự điều hòa biểu hiện protein mục tiêu.
-Nghiên cứu yếu tố phiên mã: IPTG có thể được sử dụng để nghiên cứu sự tương tác giữa các yếu tố phiên mã và gen mục tiêu của chúng, cũng như cơ chế điều hòa chức năng của các yếu tố phiên mã. Bằng cách kết hợp với cơ quan sao chép lactase, IPTG có thể mô phỏng quá trình điều hòa lactose trên lactase, từ đó kiểm soát sự biểu hiện gen. Cơ chế cảm ứng này có thể được áp dụng trong nghiên cứu yếu tố phiên mã để khám phá vai trò điều hòa của các yếu tố phiên mã đối với quá trình phiên mã gen cụ thể. Ví dụ, vectơ biểu hiện chứa yếu tố phiên mã đích có thể được xây dựng và tích hợp với các yếu tố khởi đầu và điều hòa thích hợp vào vectơ biểu hiện, sau đó bổ sung IPTG để tạo ra sự biểu hiện của yếu tố phiên mã đích.
IPTG là thuốc thử được sử dụng phổ biến trong phòng thí nghiệm với độ hòa tan và độ ổn định tốt. Nó có thể tạo ra sự biểu hiện của lactase và được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực sinh học phân tử và kỹ thuật di truyền. Bằng cách sử dụng IPTG, các nhà nghiên cứu có thể khám phá các vấn đề sinh học quan trọng như cơ chế điều hòa gen, biểu hiện protein và chức năng của yếu tố phiên mã.