在原核蛋白表达体系中，如E.coli（大肠杆菌表达系统），外源基因通常需要诱导剂的诱导才能进行表达。本文将详细介绍常用诱导剂IPTG的诱导原理，以及外源蛋白诱导表达的原理和实验步骤。
原核生物的大多数基因按功能相关性成簇地排列在染色体上，形成一个转录单位，也称为操纵子，用于协同基因表达。E.coli的乳糖操纵子包含Z、Y和A三个结构基因，分别编码β-半乳糖苷酶、通透酶和乙酰基转移酶。此外，还有调控基因：操纵序列O（operator）和启动序列P（promoter），而I编码Lac阻遏物，不属于乳糖操纵子。
乳糖操纵子的结构基因
IPTG诱导原理：Lac阻遏物是一种具有4个相同亚基的四级结构蛋白，每个亚基都有一个与诱导剂结合的位点。在没有乳糖存在时，lac操纵子处于阻遏状态，Lac阻遏物能与操纵基因O结合，阻碍RNA聚合酶与P序列结合，从而抑制转录启动。而当有诱导剂（如IPTG）存在时，诱导剂与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白构象发生变化，导致阻遏物从操纵基因O上解离，RNA聚合酶不再受阻，启动子P开始转录，启动反应发生。在这个操纵子体系中，真正的诱导剂并非乳糖本身。乳糖进入细胞后，经β-半乳糖苷酶催化，转变为半乳糖，即生理上的诱导剂。而在实验中，通常选用异丙基硫代半乳糖苷（IPTG）作为诱导剂，IPTG是一种作用极强且不被细菌代谢的稳定诱导剂，因此在实验室中被广泛应用。
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