Question

【題目】為研究大腸桿菌乳糖代謝過程中l(wèi)ac基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制，科研人員做了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

（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(xì)胞中l(wèi)ac mRNA和β-半乳糖苷酶的含量，得到圖所示結(jié)果。

①乳糖屬于糖類中的_________糖，細(xì)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(shí)，lac基因啟動(dòng)_________。去掉乳糖后，lac mRNA含量立即下降，推測其原因是_________，同時(shí)β-半乳糖苷酶含量在一定時(shí)間內(nèi)維持穩(wěn)定，其原因是β-半乳糖苷酶_________。

（2）為了證實(shí)乳糖的作用是誘導(dǎo)新的β-半乳糖苷酶合成而不是將細(xì)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(biāo)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(xì)菌轉(zhuǎn)移到_________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_________放射性，則證明是誘導(dǎo)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(xì)菌培養(yǎng)基中添加放射性標(biāo)記的乳糖，發(fā)現(xiàn)野生型在乳糖誘導(dǎo)后會(huì)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(dǎo)野生型菌產(chǎn)生某種蛋白X，蛋白X的功能是_________。

（4）由上述實(shí)驗(yàn)推測，只有當(dāng)乳糖存在時(shí)，_________酶與lac基因的啟動(dòng)子結(jié)合，誘導(dǎo)lac基因表達(dá)，從而誘導(dǎo)_________的合成。這種機(jī)制使微生物在有底物存在時(shí)才合成相關(guān)酶，從而減少了細(xì)胞內(nèi)_________的浪費(fèi)。

Answer 1

【答案】二 轉(zhuǎn)錄lac基因轉(zhuǎn)錄停止，lac mRNA很快被分解合成后不會(huì)很快被分解不含放射性物質(zhì)的沒有運(yùn)輸乳糖進(jìn)入細(xì)胞RNA聚合β-半乳糖苷酶和蛋白X物質(zhì)和能量

【解析】

本題重在考查結(jié)合相關(guān)知識(shí)，利用圖文信息解答的能力。

（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(shí)，lacmRNA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(huì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，因此去掉乳糖后，lac基因轉(zhuǎn)錄停止，且lacmRNA很快被分解，因此lacmRNA含量立即下降；去掉乳糖后，β-半乳糖苷酶含量在一定時(shí)間內(nèi)維持穩(wěn)定，其原因是β-半乳糖苷酶合成后不會(huì)很快被分解。

（2）為了證實(shí)乳糖的作用是誘導(dǎo)新的β-半乳糖苷酶合成而不是將細(xì)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(biāo)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(biāo)記；之后將這些細(xì)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(dǎo)合成的，則檢測后沒有放射性，若這些酶是細(xì)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(xì)菌培養(yǎng)基中添加放射性標(biāo)記的乳糖，發(fā)現(xiàn)野生型在乳糖誘導(dǎo)后會(huì)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(dǎo)野生型菌產(chǎn)生某種蛋白X，蛋白X的功能是運(yùn)輸乳糖進(jìn)入細(xì)胞。
（4）由上述實(shí)驗(yàn)推測，只有當(dāng)乳糖存在時(shí)，RNA聚合酶與lac基因的啟動(dòng)子結(jié)合，誘導(dǎo)lac基因表達(dá)，從而誘導(dǎo)β-半乳糖苷酶和蛋白X的合成。這種機(jī)制使微生物在有底物存在時(shí)才合成相關(guān)酶，從而減少了細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和能量的浪費(fèi)。