本文希望通过介绍乳糖操纵子的结构、相应的概念，以及IPTG的作用原理，能够让大家更加深入的理解基因工程菌的调控原理和方法，如果您觉得本文有价值，请分享到朋友圈，您的分享就是对本公号的支持。
乳糖操纵子是参与乳糖分解的一个基因群，由乳糖系统的阻遏物和操纵序列组成，使得一组与乳糖代谢相关的基因受到同步的调控。1961年雅各布（F．Jacob）和莫诺德（J．Monod）根据对该系统的研究而提出了著名的操纵子学说，影响非常深远。
细菌相关功能的结构基因常连在一起，形成一个基因簇。它们编码同一个代谢途径中的不同的酶。一个基因簇受到同一的调控，一开俱开，一闭俱闭。也就是说它们形成了一个被调控的单位，其它的相关功能的基因也包括在这个调控单位中。
操纵子(operon)是原核生物基因组特有的组织结构，它由多个毗邻的结构基因加上相关的调控序列构成，调控序列包括启动子和操作基因。本文以代表性的乳糖操作子进行详细介绍，希望起到一通百通的效果。
启动子是RNA 聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA 序列，它含有RNA 聚合酶特异性结合和转录起始所需的保守序列，多数位于结构基因转录起始点的上游,启动子本身不被转录。
操纵基因是操纵子中的控制基因，在操纵子上一般与启动子相邻，通常处于开放状态，使RNA 聚合酶通过并作用于启动子启动转录。但当它与调节基因所编码阻遏蛋白结合时，就从开放状态逐渐转变为关闭状态，使转录过程不能发生。
// 结构基因
结构基因是指编码任何蛋白质或非调控因子的RNA的基因，是操纵子的一部分。它编码的内容呈现广泛的功能和结构，包括结构蛋白、酶类（如催化酶）或不执行调控功能的RNA分子
乳糖分解代谢相关的三个基因，lacZ、Y、A就是很典型的是上述基因簇。它们的产物可催化乳糖的分解，产生葡萄糖和半乳糖。其中：
lacZ编码β-半乳糖苷酶（β-galactosidase），此酶由500kd的四聚体构成，它可以切断乳糖的半乳糖苷键，而产生半乳糖和葡萄糖。
lacY编码β一乳糖转移酶(lactose permease)，这种酶是一种分子量为30kDd膜结合蛋白，它构成转运系统，将半乳糖苷运入到细胞中。
lacA编码β-硫代半乳糖苷转乙酰基酶（thiogalactoside transacetylase），其功能只将乙酰-辅酶A上的乙酰基转移到β-半乳糖苷上。
阻遏蛋白（repressor protein）是基于某种调节基因所制成的一种控制蛋白质，在原核生物中具有抑制特定基因（群）产生特征蛋白质的作用。由于它能识别特定的操纵基因（即操纵子是阻遏蛋白的结合位点），当操纵序列结合阻遏蛋白时会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或使RNA聚合酶不能沿DNA向前移动，阻遏转录，介导负性调节，因而可抑制与这个操纵基因相联系的基因群，也就是操纵子的mRNA合成。
// 操纵子工作原理
在没有诱导物（乳糖或IPTG）存在时，Lac操纵子（元）处于阻遏状态。此时，I序列表达的Lac阻遏蛋白与O序列结合，阻碍RNA聚合酶与P序列结合，抑制转录启动。
诱导物（乳糖或IPTG）存在时，它们与阻遏物结合，导致阻遏物从操纵基因上下来，RNA聚合酶可通过启动子和操作基因正常转录出mRNA，从而进一步的合成出三种酶。
由于乳糖虽可诱导酶的合成，但又随之分解，产生很多复杂的动力学问题，因此常用安慰诱导物来进行各种实验。IPTG（异丙基-β-D-硫代吡喃半乳糖苷）是最典型的安慰诱导物。
IPTG中，半乳糖苷键中用硫代替了氧，虽然失去了水解活性，但硫代半乳糖苷和同源的氧代化合物与酶位点的亲和力相同。
IPTG不被菌体代谢，为乳糖类似物，一旦进入细胞就会产生持续长久的诱导效果，所以IPTG的诱导效率高，往往只需要很少量(1mmol/L)即可达到理想诱导效果。由于IPTG不被代谢，在胞内专一诱导外源蛋白的表达。不受细胞代谢的影响，诱导效果持续稳定。乳糖有双效作用，既能做为诱导剂异乳糖的前体物质，又可以做碳源，在诱导过程中，很不稳定，IPTG因其优异的稳定性决定了它适合做实验研究用。
IPTG在使用之前需要溶解和除菌，溶解直接使用无菌水进行溶解，溶解后在超净工作台内使用无菌过滤器抽滤，如果不能现配现用，则可以根据每次使用量，在除菌后，将其分装到无菌瓶中，计算一周内使用完的，建议放置到2-8度冷藏，如果长期保存，建议放置到-20度进行冷冻保存，冷冻保存时不可使用玻璃瓶分装。
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