概述:異丙基硫代半乳糖苷(IPTG)是一種作用極強的誘導劑,不被細菌代謝而十分穩定,因此被實驗室廣泛應用。IPTG 常用于需要誘導 β-半乳糖苷酶活性的克隆實驗。它常與 X-Gal 或 Bluo-Gal 結合使用，用于重組細菌菌落的藍白篩選，這些菌落可以誘導 lac 操縱子在大腸桿菌中的表達。IPTG 與 lacI 阻遏蛋白結合并改變其構象而發揮作用，防止 β-半乳糖苷酶編碼基因 lacZ 的抑制。
 
誘導原理: E.coli的乳糖操縱子（元）含Z、Y及A三個結構基因，分別編碼半乳糖苷酶、透酶和乙酰基轉移酶，此外還有一個操縱序列O、一個啟動序列P及一個調節 基因I。I基因編碼一種阻遏蛋白，后者與O序列結合，使操縱子（元）受阻遏而處于關閉狀態。在啟動序列P上游還有一個分解（代謝）物基因激 活蛋白（CAP）結合位點。由P序列、O序列和CAP結合位點共同構成lac操縱子的調控區，三個酶的編碼基因即由同一調控區調節，實現基因產物的協調表達。

在沒有乳糖存在時，lac操縱子（元）處于阻遏狀態。此時，I序列在PI啟動序列操縱下表達的Lac阻遏蛋白與O序列結合，阻礙RNA聚合酶與P序列結 合，抑制轉錄起動。當有乳糖存在時，lac操縱子（元）即可被誘導。在這個操縱子（元）體系中，真正的誘導劑并非乳糖本身。乳糖進入細胞，經β-半乳糖苷酶催化，轉變為異乳糖。后者作為一種誘導劑分子結合阻遏蛋白，使蛋白構象變化，導致阻遏蛋白與O序列解離、發生轉錄。異丙基硫代半乳糖苷（IPTG）的作用與異乳糖相同，是一 種作用極強的誘導劑，不被細菌代謝而十分穩定，因此被實驗室廣泛應用。
 
IPTG的優點:
1.能誘導酶的合成，但又不被分解的分子，稱為安慰誘導物。由于乳糖雖可誘導酶的合成，但又隨之分解，產生很多復雜的動力學問題，因此人們常用安慰誘導物來進行各種實驗。
2.IPTG不被菌體代謝，為乳糖類似物，一旦進入細胞就會產生持續長久的誘導效果，所以IPTG的誘導效率高，往往只需要很少量(1mmol/L)即可達到理想誘導效果。由于IPTG不被代謝，在胞內專一誘導外源蛋白的表達。不受細胞代謝的影響，誘導效果持續穩定。乳糖有雙效作用，既能做為誘導劑異乳糖的前體物質，又可以做碳源，在誘導過程中，很不穩定，IPTG因其優異的穩定性決定了它適合做實驗研究用。
3.IPTG能在缺乏lacY基因下而有效地被抄送。
4.半乳糖苷鍵中用硫代替了氧，失去了水解活性，但硫代半乳糖苷和同源的氧代化合物與酶位點的親和力相同，IPTG雖不為β–半乳糖苷酶所識別，但它是lac基因簇十分有效的誘導物。

使用方法:首先把IPTG配制成23.83 mg/ml(100 mM)的水溶液，并進行過濾除菌后保存。然后在100 ml的瓊脂培養基中，加入100 μl的上述溶液、200 μl的X-Gal(20 mg/ml的二甲基甲酰胺(DMF)溶液)和100 μl的Amp(100 mg/ml)，制作成IPTG、X-Gal、Amp平板培養基。當dna片段插入至pUC系列載體(或其他帶有lacZ、Amp基因載體)，然后轉化至lacZ缺失細胞中后，涂布上述的IPTG、X–Gal、Amp平板培養基，可根據長出菌體的藍白色，而方便地挑選出基因重組體(白色為具有DNA插入片段的基因重組體)。
 
實驗材料的準備:
1、誘導表達材料：
( 1 ) LB (Luria—Bertani))培養基：
酵母膏 (Yeast extract) 5g 蛋白胨 (Peptone) 10g
NaCl 10g 瓊脂 (Agar) 1-2%
蒸餾水 (Distilled water) 1000ml pH 7.0
適用范圍：大腸桿菌
( 2 ) IPTG 貯備液：
2 g IPTG溶于10 mL 蒸餾水中,0 . 22 μm 濾膜過濾除菌,分裝成1 mL /份,-20 ℃ 保存.
( 3 ) l× 凝膠電泳加樣緩沖液：
50 mmol / L Tris -CI ( pH 6 . 8 )
50 mmol / L DTT
2 % SDS (電泳級)
0.1 % 溴酚藍
10 % 甘油
2、大腸桿菌包涵體的分離與蛋白純化材料：
1 )酶溶法
(1)裂解緩沖液：
50 mmol / L Tris-CI ( pH 8 . 0 )
1 mmol / L EDTA
100 mmol / LNaCI
(2)50 mmol / L 苯甲基磺酰氟(PMSF ).
(3)10 mg / mL 溶菌酶.
(4)脫氧膽酸.
(5)1 mg / mL DNase I.
2 )超聲破碎法
( 1 ) TE 緩沖液.
( 2 ) 2×SDS -PAGE 凝膠電泳加樣緩沖液：
100 mmol / L Tris-HCI ( pH 8 . 0 )
100 mmol / L DTT
4 %SDS
0.2 % 溴酚藍
20 % 甘油

實驗方案:
1、外源基因的誘導表達：
(1)用適當的限制性內切核酸酶消化載體DNA 和目的基因.
( 2 )按連接步驟連接目的基因和載體,并轉化到相應的宿主菌.
( 3 )篩選出含重組子的轉化菌落,提取質粒DNA 作限制性內切核酸酶圖譜,DNA 序列測定,
確定無誤后進行下一步.
( 4 )如果表達載體的原核啟動子為PL 啟動子,則在30 -32 ℃ 培養數小時,使培養液的OD600達0.4-0.6 ,迅速使溫度升至42 ℃ 繼續培養3 -5h ;如果表達載體的原核啟動子為tac 等,則37 ℃培養細菌數小時達到對數生長期后加IPTG 至終濃度為1 mmol / L.繼續培養3 -5h .
( 5 )取上述培養液1 mL , 1000g 離心,1 min ,沉淀,加100 μL 聚丙烯酰胺凝膠電泳上樣緩沖液后,作SDS -PAGE 檢測。

2、大腸桿菌包涵體的分離與蛋白質純化：細菌的裂解
常用方法有：
① 高溫珠磨法;
② 高壓勻漿;
③ 超聲破碎法;
④ 酶溶法;
⑤ 化學滲透等.
前三種方法屬機械破碎法,并且方法① 、② 已在工業生產中得到應用,后三種方法在實驗室研究中應用較為廣泛.下面介紹酶溶法和超聲破碎法的實驗步驟.

酶溶法.常用的溶解酶有溶菌酶;β-1,3 -葡聚糖酶;β-1,6 -葡聚糖酶;蛋白酶;殼多糖酶;糖昔酶等.溶菌酶主要對細菌類有作用,而其他幾種酶對酵母作用顯著。主要步驟為4 ℃ ,5000rpm 離心,15 min ,收集誘導表達的細菌培養液(100 mL ).棄上清,約每克濕菌加3 mL 裂解緩沖液,懸浮沉淀. 

用途:  異丙基硫代半乳糖苷(IPTG)是一種作用極強的誘導劑,不被細菌代謝而十分穩定,因此被實驗室廣泛應用。IPTG 常用于需要誘導 β-半乳糖苷酶活性的克隆實驗。它常與 X-Gal 或 Bluo-Gal 結合使用，用于重組細菌菌落的藍白篩選，這些菌落可以誘導 lac 操縱子在大腸桿菌中的表達。IPTG 與 lacI 阻遏蛋白結合并改變其構象而發揮作用，防止 β-半乳糖苷酶編碼基因 lacZ 的抑制。

參考文獻：
1 反相高效液相色譜-脈沖電化學檢測法測定重組人生長激素中異丙基-β-D-硫代半乳糖苷（英文） 王荔; 林碧蓉 色譜 2017-03-08 期刊
2 乳糖誘導表達重組人甲狀旁腺激素rhPTH(1-34) 陳耀國 齊魯藥事 2012-02-15 期刊
3 L-薄荷基-β-D-吡喃糖苷及保護的D-半乳糖基（α1→2）-D-葡萄糖苷的合成研究 史慎德 湘潭大學 2010-05-20 碩士
4 羅非魚源無乳鏈球菌甘油醛-3-磷酸脫氫酶基因的克隆與原核表達 李桂歡;王蓓;魯義善;湯菊芬;黃郁蔥 水產科學 2014-03-15 期刊