Question

【題目】大腸桿菌中直接編碼乳糖代謝所需酶類(lèi)的基因叫結(jié)構(gòu)基因，包括基因 lacZ、基因 lacY、基因 lacA，結(jié)構(gòu)基因的上游有 3 個(gè)對(duì)結(jié)構(gòu)基因起調(diào)控作用的核苷酸序列，其中操縱基因（O）對(duì)結(jié)構(gòu)基因起著 “開(kāi)關(guān)”的作用，直接控制結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，調(diào)節(jié)基因（R）能夠調(diào)節(jié)操縱基因狀態(tài)，從而對(duì)“開(kāi)關(guān)”起著控制作用，下圖1是科學(xué)家提出的一種基因表達(dá)調(diào)控假設(shè)。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題：

（1）研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大腸桿菌培養(yǎng)基中僅有葡萄糖而沒(méi)有乳糖存在時(shí)，調(diào)節(jié)基因的表達(dá)產(chǎn)物—阻遏蛋白會(huì)與操縱基因結(jié)合，阻礙RNA聚合酶與__（P）結(jié)合，在__（填“轉(zhuǎn)錄”或“翻譯”）水平上抑制結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。該調(diào)節(jié)機(jī)制既保證了大腸桿菌能量的供應(yīng)，又可以避免__。

（2）在阻遏蛋白產(chǎn)生的過(guò)程中，②階段除需mRNA 提供信息指導(dǎo)外，還需要的RNA有__。

（3）當(dāng)培養(yǎng)基中沒(méi)有葡萄糖僅有乳糖時(shí)，大腸桿菌必須合成乳糖代謝酶，下圖2表示了這一誘導(dǎo)過(guò)程。據(jù)圖可知，如果乳糖與__結(jié)合，使其__改變而失去功能，則結(jié)構(gòu)基因表達(dá)，合成乳糖代謝酶，催化乳糖分解。乳糖被分解后又可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因__（填“表達(dá)”或“不表達(dá)”），該調(diào)節(jié)機(jī)制為__調(diào)節(jié)。

Answer 1

【答案】啟動(dòng)子 轉(zhuǎn)錄 物質(zhì)和能量的浪費(fèi) rRNA、tRNA 阻遏蛋白 空間結(jié)構(gòu) 不表達(dá) （負(fù)）反饋

【解析】

大腸桿菌乳糖操縱子包括4類(lèi)基因：①結(jié)構(gòu)基因，能通過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯使細(xì)胞產(chǎn)生一定的酶系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)蛋白，這是與生物性狀的發(fā)育和表型直接相關(guān)的基因。乳糖操縱子包含3個(gè)結(jié)構(gòu)基因：lacZ、lacY、lacA．LacZ合成β-半乳糖苷酶，lacY合成透過(guò)酶，lacA合成乙酰基轉(zhuǎn)移酶。②操縱基因O，控制結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄速度，位于結(jié)構(gòu)基因的附近，本身不能轉(zhuǎn)錄成mRNA。③啟動(dòng)基因P，位于操縱基因的附近，它的作用是發(fā)出信號(hào)，mRNA合成開(kāi)始，該基因也不能轉(zhuǎn)錄成mRNA。④調(diào)節(jié)基因R：可調(diào)節(jié)操縱基因的活動(dòng)，調(diào)節(jié)基因能轉(zhuǎn)錄出mRNA，并合成一種蛋白，稱(chēng)阻遏蛋白。

（1）當(dāng)大腸桿菌培養(yǎng)基中的葡萄糖而沒(méi)有乳糖存在時(shí)，調(diào)節(jié)基因控制合成的阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合，阻礙RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合，使結(jié)構(gòu)基因不能轉(zhuǎn)錄，所以大腸桿菌不能合成乳糖代謝所需酶。該調(diào)節(jié)機(jī)制既保證了大腸桿菌能量的供應(yīng)，又可以避免物質(zhì)和能量的浪費(fèi)。

（2）圖1中的②階段是翻譯，在核糖體上進(jìn)行，需mRNA 提供翻譯模板，還需要tRNA搬運(yùn)氨基酸，rRNA和蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖體，故還需要rRNA和tRNA。

（3）當(dāng)培養(yǎng)基中沒(méi)有葡萄糖僅有乳糖時(shí)，大腸桿菌必須合成乳糖代謝酶，上圖2表示了這一誘導(dǎo)過(guò)程，據(jù)圖可知，當(dāng)乳糖進(jìn)入大腸桿菌細(xì)胞后，乳糖與阻遏蛋白結(jié)合，引起阻遏蛋白分子空間結(jié)構(gòu)改變，阻遏蛋白失去與操縱基因結(jié)合的能力，保證RNA聚合酶正常發(fā)揮功能，則結(jié)構(gòu)基因表達(dá)，合成乳糖代謝酶，催化乳糖分解。乳糖被分解后又可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)，該調(diào)節(jié)機(jī)制為負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制。