IPTG (Isopropyl-β-d-thiogalactopyranosid) – Einsatz in der Molekularbiologie

Das synthetische Kohlehydrat Isopropyl-β-d-thiogalactopyranosid (IPTG) ist das Isopropylthioglycosid der d-Galactose. Dieses Reagenz ist vor allem in der rekombinanten Proteinexpression weit verbreitet. In der Molekularbiologie kommt diese Substanz häufig zum Einsatz.

IPTG – wichtig für den Laktosestoffwechsel von Escherichia coli

Dieses lac-Operon spielt eine tragende Rolle beim Laktosestoffwechsel diverser enterischer Bakterien, wie zum Beispiel Escherichia coli. Die Hauptregulierungselemente, nämlich LacI (Iac-Repressor) und LacO (lac-Operator), sind wichtig in der Biotechnologie: Sie werden zur Steuerung der rekombinanten Expression von Proteinen in Escherichia coli und weiteren Bakterien verwendet.

Dies geschieht folgendermaßen: Die DNA-Sequenz eines heterogenen Proteins wird in ein Plasmid mit hoher Kopienzahl kloniert, welches auch den lac-Promotor enthält. So werden Bakterienzellen unter Einsatz dieses rekombinanten Plasmids transformiert. Spezielle Selektionsverfahren ermöglichen es, dass nur die Zellen, die das rekombinante Plasmid tragen, für weitere Schritte eingesetzt werden. Setzt man dem Fermentationsmedium IPTG zu, stellt man eine heterogene Expression des Gens sicher – unter der Kontrolle des LacI/LacO-Systems.

Konzentration von IPTG in Bakterienzellen bleibt konstant

IPTG ist ein strukturelles Analogon der Allolactose und ermöglicht, an den lac Repressor zu binden, was eine allosterische Konformationsänderung des Repressors auslöst, der daraufhin vom lac-Operator dissoziiert. Dies wiederum erlaubt es der RNA Polymerase, an den Promotor des lac-Operons zu binden und die Genexpression einzuleiten.

IPTG ist als Thioglycosid gegenüber der Hydrolyse durch b-Galactosidasen stabil. Die Konzentration von IPTG in Bakterienzellen bleibt – im Gegensatz zu Lactose – relativ konstant. Somit ist eine kontinuierliche Expression des heterologen Proteins möglich.

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