Question

【題目】大腸桿菌中直接編碼乳糖代謝所需酶類的基因叫結構基因，包括基因 lacZ、基因 lacY、基因 lacA，結構基因的上游有 3 個對結構基因起調控作用的核苷酸序列，其中操縱基因（O）對結構基因起著 “開關”的作用，直接控制結構基因的表達，調節基因（R）能夠調節操縱基因狀態，從而對“開關”起著控制作用，下圖1是科學家提出的一種基因表達調控假設。請據圖回答下列問題：

（1）研究發現，當大腸桿菌培養基中僅有葡萄糖而沒有乳糖存在時，調節基因的表達產物—阻遏蛋白會與操縱基因結合，阻礙RNA聚合酶與__（P）結合，在__（填“轉錄”或“翻譯”）水平上抑制結構基因的表達。該調節機制既保證了大腸桿菌能量的供應，又可以避免__。

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

（3）當培養基中沒有葡萄糖僅有乳糖時，大腸桿菌必須合成乳糖代謝酶，下圖2表示了這一誘導過程。據圖可知，如果乳糖與__結合，使其__改變而失去功能，則結構基因表達，合成乳糖代謝酶，催化乳糖分解。乳糖被分解后又可導致結構基因__（填“表達”或“不表達”），該調節機制為__調節。

Answer 1

【答案】啟動子 轉錄 物質和能量的浪費 rRNA、tRNA 阻遏蛋白 空間結構 不表達 （負）反饋

【解析】

大腸桿菌乳糖操縱子包括4類基因：①結構基因，能通過轉錄、翻譯使細胞產生一定的酶系統和結構蛋白，這是與生物性狀的發育和表型直接相關的基因。乳糖操縱子包含3個結構基因：lacZ、lacY、lacA．LacZ合成β-半乳糖苷酶，lacY合成透過酶，lacA合成乙酰基轉移酶。②操縱基因O，控制結構基因的轉錄速度，位于結構基因的附近，本身不能轉錄成mRNA。③啟動基因P，位于操縱基因的附近，它的作用是發出信號，mRNA合成開始，該基因也不能轉錄成mRNA。④調節基因R：可調節操縱基因的活動，調節基因能轉錄出mRNA，并合成一種蛋白，稱阻遏蛋白。

（1）當大腸桿菌培養基中的葡萄糖而沒有乳糖存在時，調節基因控制合成的阻遏蛋白與操縱基因結合，阻礙RNA聚合酶與啟動子結合，使結構基因不能轉錄，所以大腸桿菌不能合成乳糖代謝所需酶。該調節機制既保證了大腸桿菌能量的供應，又可以避免物質和能量的浪費。

（2）圖1中的②階段是翻譯，在核糖體上進行，需mRNA 提供翻譯模板，還需要tRNA搬運氨基酸，rRNA和蛋白質結合形成核糖體，故還需要rRNA和tRNA。

（3）當培養基中沒有葡萄糖僅有乳糖時，大腸桿菌必須合成乳糖代謝酶，上圖2表示了這一誘導過程，據圖可知，當乳糖進入大腸桿菌細胞后，乳糖與阻遏蛋白結合，引起阻遏蛋白分子空間結構改變，阻遏蛋白失去與操縱基因結合的能力，保證RNA聚合酶正常發揮功能，則結構基因表達，合成乳糖代謝酶，催化乳糖分解。乳糖被分解后又可導致結構基因不表達，該調節機制為負反饋調節機制。