Question

【題目】大腸桿菌中直接編碼乳糖代謝酶的基因叫結(jié)構(gòu)基因。它的上游有3個對其起調(diào)控作用的核苷酸序列，其中操縱基因?qū)�結(jié)構(gòu)基因起著“開關(guān)”作用。而操縱基因又受調(diào)節(jié)基因控制（如圖所示）。據(jù)此回答下列問題：

(1)圖中①過程發(fā)生的場所是________，該過程需要________催化，過程②稱為遺傳信息的________。

(2)研究發(fā)現(xiàn)，當大腸桿菌培養(yǎng)基中只有葡萄糖而沒乳糖時，大腸桿菌則不合成乳糖代謝酶，這是因為調(diào)節(jié)基因控制合成的阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合，使結(jié)構(gòu)基因不能轉(zhuǎn)錄合成乳糖代謝酶。這種調(diào)節(jié)機制既保證了大腸桿菌能量的供應(yīng)，又可以避免____________。

(3)當培養(yǎng)基中僅有乳糖時，乳糖即成為大腸桿菌營養(yǎng)物質(zhì)中的________.當乳糖進入大腸桿菌后會與圖中________結(jié)合，導致了________改變，從而失去與________結(jié)合的能力，保證RNA聚合酶正常發(fā)揮功能，最終合成乳糖代謝酶。

Answer 1

【答案】大腸桿菌擬核部位（擬核區(qū)） RNA聚合酶 翻譯 物質(zhì)和能量的浪費 碳源 阻遏蛋白 阻遏蛋白分子空間結(jié)構(gòu) 操縱基因

【解析】

大腸桿菌乳糖操縱子包括4類基因：
①結(jié)構(gòu)基因，能通過轉(zhuǎn)錄、翻譯使細胞產(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個結(jié)構(gòu)基因：lacZ、lacY、lacA。

②操縱基因，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啟動基因，位于操縱基因的附近，它的作用是發(fā)出信號，mRNA合成開始，該基因也不能轉(zhuǎn)錄成mRNA。
④調(diào)節(jié)基因：可調(diào)節(jié)操縱基因的活動，調(diào)節(jié)基因能轉(zhuǎn)錄出mRNA，并合成一種蛋白，稱阻遏蛋白。

(1)圖中①過程為轉(zhuǎn)錄，由于大腸桿菌是原核細胞，沒有成形的細胞核，所以發(fā)生的場所是大腸桿菌擬核部位，該過程需要RNA聚合酶催化，過程②是以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)的過程，稱為遺傳信息的翻譯。

(2)研究發(fā)現(xiàn)，當大腸桿菌培養(yǎng)基中只有葡萄糖而沒乳糖時，大腸桿菌則不合成乳糖代謝酶，這是因為調(diào)節(jié)基因控制合成的阻遏蛋白與操縱基因結(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。

(3)當培養(yǎng)基中僅有乳糖時，乳糖即成為大腸桿菌營養(yǎng)物質(zhì)中的碳源。當乳糖進入大腸桿菌后會與圖中阻遏蛋白結(jié)合，導致了阻遏蛋白分子空間結(jié)構(gòu)改變，從而失去與操縱基因結(jié)合的能力，保證RNA聚合酶正常發(fā)揮功能，最終合成乳糖代謝酶。