Question

20．為研究大腸桿菌乳糖代謝過程中l(wèi)ac 基因表達的調(diào)控機制，科研人員做了相關(guān)實驗．
（1）在加入乳糖和去掉乳糖條件下，檢測培養(yǎng)的大腸桿菌細胞中l(wèi)ac mRNA和β-半乳糖苷酶的含量，得到如圖所示結(jié)果．
①乳糖屬于糖類中的二糖，細胞內(nèi)的β-半乳糖苷酶可將乳糖分解為半乳糖和葡萄糖．
②據(jù)圖可知，加入乳糖時，lac 基因才會啟動轉(zhuǎn)錄，β-半乳糖苷酶隨即增加．去掉乳糖后，lac mRNA 含量立即下降，推測其原因是lac基因轉(zhuǎn)錄停止，lacmRNA很快被分解，同時β-半乳糖苷酶含量在一定時間內(nèi)維持穩(wěn)定，其原因是β-半乳糖苷酶合成后不會很快被分解．
（2）為了證實乳糖的作用是誘導新的β-半乳糖苷酶合成而不是將細胞內(nèi)已存在的酶前體轉(zhuǎn)化為有活性的酶，科研人員將大腸桿菌放入含³⁵S 標記的氨基酸但無乳糖的培養(yǎng)基中繁殖多代，之后將這些細菌轉(zhuǎn)移到不含放射性物質(zhì)的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，加入乳糖后，分離、檢測新合成的β-半乳糖苷酶，若這些酶沒有放射性，則證明是誘導合成的．
（3）科研人員發(fā)現(xiàn)一種lac 基因突變型大腸桿菌能產(chǎn)生β-半乳糖苷酶，但不能在以乳糖為碳源的培養(yǎng)基中生長．他們在野生型和突變型細菌培養(yǎng)基中添加放射性標記的乳糖，發(fā)現(xiàn)野生型在乳糖誘導后會攝取乳糖，而突變型菌幾乎不能．據(jù)此推測乳糖還能夠誘導野生型菌產(chǎn)生某種蛋白X，蛋白X 的功能是運輸乳糖進入細胞．
（4）由上述實驗推測，只有當乳糖存在時，RNA聚合酶與lac 基因的啟動子結(jié)合，誘導lac 基因表達，從而誘導β-半乳糖苷酶和蛋白X的合成．這種機制使微生物在有底物存在時才合成相關(guān)酶，從而減少了細胞內(nèi)物質(zhì)和能量的浪費．

Answer 1

分析 分析曲線圖：圖示是在加入乳糖和去掉乳糖條件下，培養(yǎng)的大腸桿菌細胞中l(wèi)ac mRNA和β-半乳糖苷酶的含量變化，由圖可知，加入乳糖后，大腸桿菌細胞中l(wèi)ac mRNA和β-半乳糖苷酶的含量都逐漸升高，而去掉乳糖后，大腸桿菌細胞中l(wèi)ac mRNA的含量逐漸降低，β-半乳糖苷酶的含量保持不變．

解答 解：（1）①乳糖屬于二糖，可被分解為半乳糖和葡萄糖．
②據(jù)圖可知，加入乳糖時，lac mRNA含量首先升高，β-半乳糖苷酶隨即增加，說明加入乳糖后lac 基因才會啟動轉(zhuǎn)錄，因此去掉乳糖后，lac基因轉(zhuǎn)錄停止，且lac mRNA很快被分解，因此lac mRNA含量立即下降；去掉乳糖后，β-半乳糖苷酶含量在一定時間內(nèi)維持穩(wěn)定，其原因是β-半乳糖苷酶合成后不會很快被分解．
（2）為了證實乳糖的作用是誘導新的β-半乳糖苷酶合成而不是將細胞內(nèi)已存在的酶前體轉(zhuǎn)化為有活性的酶，科研人員將大腸桿菌放入含³⁵S標記的氨基酸但無乳糖的培養(yǎng)基中繁殖多代，則大腸桿菌中合成的β-半乳糖苷酶含有³⁵S標記；之后將這些細菌轉(zhuǎn)移到不含放射性物質(zhì)的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，加入乳糖后，分離、檢測新合成的β-半乳糖苷酶，若這些酶是誘導合成的，則檢測后沒有放射性，若這些酶是細胞內(nèi)已存在的酶前體轉(zhuǎn)化而來的，則檢測后含有放射性．
（3）在野生型和突變型細菌培養(yǎng)基中添加放射性標記的乳糖，發(fā)現(xiàn)野生型在乳糖誘導后會攝取乳糖，而突變型菌幾乎不能．據(jù)此推測乳糖還能夠誘導野生型菌產(chǎn)生某種蛋白X，蛋白X的功能是運輸乳糖進入細胞．
（4）由上述實驗推測，只有當乳糖存在時，RNA聚合酶與lac 基因的啟動子結(jié)合，誘導lac 基因表達，從而誘導β-半乳糖苷酶和蛋白X的合成．這種機制使微生物在有底物存在時才合成相關(guān)酶，從而減少了細胞內(nèi)物質(zhì)和能量的浪費．
故答案為：
（1）①二
②轉(zhuǎn)錄    lac基因轉(zhuǎn)錄停止，lac mRNA很快被分解   合成后不會很快被分解
（2）不含放射性物質(zhì)的    沒有
（3）運輸乳糖進入細胞
（4）RNA聚合    β-半乳糖苷酶和蛋白X    物質(zhì)和能量

點評 本題結(jié)合曲線圖，考查微生物的分離和培養(yǎng)，要求考生能正確分析提供信息和曲線圖中的信息，能從中提取有效信息答題，屬于考綱理解層次的考查．