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IPTG誘導(dǎo)蛋白表達(dá)的原理
IPTG誘導(dǎo)蛋白表達(dá)的原理
IPTG誘導(dǎo)的產(chǎn)物是重組后表達(dá)載體中的插入序列所能夠翻譯的蛋白，并可視載體構(gòu)建情況翻譯后續(xù)的標(biāo)簽序列。
用乳糖操縱子作為啟動子進(jìn)行蛋白質(zhì)表達(dá)的時(shí)候,需要誘導(dǎo)物進(jìn)行誘導(dǎo)(相當(dāng)于點(diǎn)火第一文庫網(wǎng)),但乳糖可以被細(xì)胞利用掉,所以利用IPTG(異丙基-β-D-硫代半乳糖苷)在結(jié)構(gòu)上與乳糖的相似性也可以將基因表達(dá)啟動,但它不能被細(xì)胞利用掉,從而實(shí)現(xiàn)持續(xù)的表達(dá).
IPTG是一種誘導(dǎo)外源基因表達(dá)的誘導(dǎo)劑，它不僅僅如我們學(xué)過的作為乳糖的類似物誘導(dǎo)大腸桿菌表達(dá)半乳糖苷酶，它是一種普遍應(yīng)用的誘導(dǎo)劑，能誘導(dǎo)菌種表達(dá)多種外源基因。
但是它能誘導(dǎo)基因表達(dá)的具體原理我卻了解的不是很多，我在網(wǎng)上查到以下一些內(nèi)容，供查閱者借鑒。
最早應(yīng)用于的表達(dá)系統(tǒng)是Lac乳糖操縱 子，乳糖的類似物IPTG可以和lacI產(chǎn)物結(jié)合，使其構(gòu)象改變離開lacO，從而激活轉(zhuǎn)錄.
這種可誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控成為了大腸桿菌表 達(dá)系統(tǒng)載體構(gòu)建的常用元件。tac啟動子是 trp啟動子和lacUV5的拼接雜合啟動子，且轉(zhuǎn)錄水平更高，比lacUV5更優(yōu)越。trc啟動 子是trp啟動子和lac啟動子的拼合啟動子，同樣具有比trp更高的轉(zhuǎn)錄效率和受lacI 阻遏蛋白調(diào)控的強(qiáng)啟動子特性。在常規(guī)的 大腸桿菌中，lacI阻遏蛋白表達(dá)量不高，僅能滿足細(xì)胞自身的lac操縱子，無法應(yīng)付 多拷貝的質(zhì)粒的需求，導(dǎo)致非誘導(dǎo)條件下 較高的本底表達(dá)，為了讓表達(dá)系統(tǒng)嚴(yán)謹(jǐn)調(diào)控產(chǎn)物表達(dá)，能過量表達(dá)lacI阻遏蛋白的 lacIq 突變菌株常被選為
Lac/Tac/trc表達(dá)系統(tǒng)的表達(dá)菌株�，F(xiàn)在的Lac/Tac/trc載體 上通常還帶有l(wèi)acIq 基因，以表達(dá)更多 lacI阻遏蛋白實(shí)現(xiàn)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼T導(dǎo)調(diào)控。IPTG 廣泛用于誘導(dǎo)表達(dá)系統(tǒng)，但是IPTG有一定 毒性，有人認(rèn)為在制備醫(yī)療目的的重組蛋白并不合適，因而也有用乳糖代替IPTG作 為誘導(dǎo)物的研究。另外一種研究方向是用 lacI的溫度敏感突變體，30度下抑制轉(zhuǎn)錄，42度開發(fā)。熱誘導(dǎo)不用添加外來的誘導(dǎo) 物，成本低，但是由于發(fā)酵過程中加熱升 溫比較慢而影響誘導(dǎo)效果，而且熱誘導(dǎo)本身會導(dǎo)致大腸桿菌的熱休克蛋白激活，一 些蛋白酶會影響產(chǎn)物穩(wěn)定.
T7啟動子是當(dāng)今大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)的 主流，這個(gè)功能強(qiáng)大兼專一性高的啟動子 經(jīng)過巧妙的設(shè)計(jì)而成為原核表達(dá)的首選，尤其以Novagen公司的pET系統(tǒng)為杰出代表 。強(qiáng)大的T7啟動子完全專一受控于T7 RNA 聚合酶，而高活性的T7 RNA 聚合酶合成 mRNA的速度比大腸桿菌RNA聚合酶快5倍— —當(dāng)二者同時(shí)存在時(shí)，宿主本身基因的轉(zhuǎn) 錄競爭不過T7表達(dá)系統(tǒng)，幾乎所有的細(xì)胞資源都用于表達(dá)目的蛋白；誘導(dǎo)表達(dá)后僅 幾個(gè)小時(shí)目的蛋白通�？梢哉嫉郊�(xì)胞總蛋 白的50%以上。由于大腸桿菌本身不含T7 RNA 聚合酶，需要將外源的T7 RNA 聚合酶 引入宿主菌，因而T7 RNA 聚合酶的調(diào)控模 式就決定了T7系統(tǒng)的調(diào)控模式——非誘導(dǎo)條件下，可以使目的基因完全處于沉默狀 態(tài)而不轉(zhuǎn)錄，從而避免目的基因毒性對宿 主細(xì)胞以及質(zhì)粒穩(wěn)定性的影響；通過控制 誘導(dǎo)條件控制T7 RNA 聚合酶的量，就可以 控制產(chǎn)物表達(dá)量，某些情況下可以提高產(chǎn) 物的可溶性部分。
有幾種方案可用于調(diào)控T7 RNA 聚合酶的合成，從而調(diào)控T7表達(dá)系統(tǒng).
1.噬菌體DE3是lambda噬菌體的衍生株，含有l(wèi)acI抑制基因和位于lacUV5啟動子下的 T7 RNA 聚合酶基因。DE3溶源化的菌株如 BL21(DE3)就是最常用的表達(dá)菌株，構(gòu)建好 的表達(dá)載體可以直接轉(zhuǎn)入表達(dá)菌株中，誘導(dǎo)調(diào)控方式和lac一樣都是IPTG誘導(dǎo).
2.另一種策略是用不含T7 RNA聚合酶的宿 主菌克隆目的基因，即可完全避免因目的 蛋白對宿主細(xì)胞的潛在毒性而造成的質(zhì)粒不穩(wěn)定。然后用λCE6噬菌體侵染宿主細(xì)胞 ——CE6是lambda噬菌體含溫度敏感突變 (cI857ts)和pL/pR啟動子控制T7 RNA 聚合 酶的衍生株，在熱誘導(dǎo)條件下可以激活T7 RNA 聚合酶的合成.
此了噬菌體之外，還可以通過共轉(zhuǎn)化 質(zhì)粒提供T7 RNA 聚合酶。比如有人用受溶 氧濃度控制的啟動子調(diào)控T7 RNA 聚合酶合成，據(jù)說這比較適合工業(yè)化發(fā)酵的條件控 制.
由于T7 RNA 聚合酶的調(diào)控方式仍有可 能有痕量的本底表達(dá)，控制基礎(chǔ)表達(dá)的手 段之一是培養(yǎng)基外加葡萄糖，有助于控制本底表達(dá)水平。2.是采用帶有T7lac 啟動 子的載體——在緊鄰T7 啟動子的下游有一 段lacI操縱子序列編碼表達(dá)lac 阻遏蛋白 (lacI)，lac 阻遏蛋白可以作用于宿主染 色體上T7 RNA 聚合酶前的lacUV5 啟動子 并抑制其表達(dá)，也作用于載體T7 lac 啟動 子，以阻斷任何T7 RNA聚合酶導(dǎo)致的目的 基因轉(zhuǎn)錄。pLacI工轉(zhuǎn)化也是同樣的原理.
如果這還不夠，更為嚴(yán)謹(jǐn)調(diào)控手段還 有——在宿主菌中表達(dá)另一
個(gè)可以結(jié)合并 抑制T7 RNA 聚合酶的基因——T7融菌酶，降低本底。常用的帶溶菌酶質(zhì)粒有pLysS和 pLysE，相容的ori都不會影響后繼的表達(dá) 質(zhì)粒轉(zhuǎn)化，前者表達(dá)的溶菌酶的水平要比后者低得多，對細(xì)胞生長影響小，而pLysE 會明顯降低宿主菌的生長水平，容易出現(xiàn) 過度調(diào)節(jié)，增加蛋白表達(dá)的滯后時(shí)間，從而降低表達(dá)水平.
通過幾種不同方法來巧妙調(diào)控T7聚合 酶合成，T7啟動子發(fā)展出了史上功能最強(qiáng) 大，最豐富的表達(dá)系統(tǒng)。生物通在下面首先進(jìn)行主流表達(dá)系統(tǒng)介紹：了解各種產(chǎn)品 的特色，是選擇合適的表達(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵哦 。
在網(wǎng)上查的這些，回答的不是十分清楚，又不愛去查文獻(xiàn)，所以想請問一下各位博友的高見。
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