乳糖(lac)操纵子诱导为什么会被IPTG取代？

在基因工程技术中，外源重组蛋白表达一直以来备受人们关注，如利用转基因技术，把人类的胰岛素基因，插入进大肠杆菌的基因组内。让大肠杆菌源源不断地合成人类胰岛素，供我们使用。可见大肠杆菌(E.coli)是广泛用于生产外源重组蛋白的宿主之一，我们称之为原核表达系统，而在原核表达系统中，乳酸(lac)操纵子表达系统最为常用。

如上图所示，其结构含 Z、Y 及 A 三个结构基因，分别编码β-半乳糖苷酶、乳酸渗透酶和乙酰基转移酶，此外还有一个操纵序列O、一个启动序列P及一个调节基因I。I基因编码一种阻遏蛋白，后者与O序列结合，使操纵子受阻遏而处于关闭状态。在启动序列P上游还有一个分解(代谢)物基因激活蛋白(CAP)结合位点。由P序列、O序列和CAP结合位点共同构成 lac 操纵子的调控区，三个酶的编码基因即由同一调控区调节，实现基因产物的协调表达 。在没有乳糖存在时，lac操纵子处于阻遏状态。此时I序列在P启动序列操纵下表达的lac阻遏蛋白与O序列结合，阻碍RNA聚合酶与P序列结合，抑制转录起动。当有乳糖存在时，lac 操纵子即可被诱导。在这个操纵子体系中，真正的诱导剂并非乳糖本身。乳糖进入细胞，经β-半乳糖苷酶催化，转变为半乳糖。后者作为一种诱导剂分子结合阻遏蛋白，使蛋白构象变化，导致阻遏蛋白与O序列解离、发生转录。

由于lac阻遏蛋白的存在和大肠杆菌内源性乳糖比较缺乏，大肠杆菌表达重组蛋白往往依赖外源诱导物。

常言道，结构决定性质，联想药理学中竞争性抑制剂的概念，异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)应运而生了。

IPTG是一种乳糖结构类似物，其通过结合lac阻遏物，从而释放O序列，使下游人为插入的目的基因得以顺利转录、表达。而IPTG无法被E.coli降解，可以反复诱导重组蛋白表达，诱导效率较高。