Question

【題目】為研究大腸桿菌乳糖代謝過程中lac基因表達的調控機制，科研人員做了相關實驗。

（1）在加入乳糖和去掉乳糖條件下，檢測培養的大腸桿菌細胞中lac mRNA和β-半乳糖苷酶的含量，得到圖所示結果。

①乳糖屬于糖類中的_________糖，細胞內的β-半乳糖苷酶可將乳糖分解為半乳糖和葡萄糖。

②據圖可知，加入乳糖時，lac基因啟動_________。去掉乳糖后，lac mRNA含量立即下降，推測其原因是_________，同時β-半乳糖苷酶含量在一定時間內維持穩定，其原因是β-半乳糖苷酶_________。

（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已存在的酶前體轉化為有活性的酶，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基中繁殖多代，之后將這些細菌轉移到_________培養基中培養，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，則證明是誘導合成的。

（3）科研人員發現一種lac基因突變型大腸桿菌能產生β-半乳糖苷酶，但不能在以乳糖為碳源的培養基中生長。他們在野生型和突變型細菌培養基中添加放射性標記的乳糖，發現野生型在乳糖誘導后會攝取乳糖，而突變型菌幾乎不能。據此推測乳糖還能夠誘導野生型菌產生某種蛋白X，蛋白X的功能是_________。

（4）由上述實驗推測，只有當乳糖存在時，_________酶與lac基因的啟動子結合，誘導lac基因表達，從而誘導_________的合成。這種機制使微生物在有底物存在時才合成相關酶，從而減少了細胞內_________的浪費。

Answer 1

【答案】二 轉錄lac基因轉錄停止，lac mRNA很快被分解合成后不會很快被分解不含放射性物質的沒有運輸乳糖進入細胞RNA聚合β-半乳糖苷酶和蛋白X物質和能量

【解析】

本題重在考查結合相關知識，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據圖可知，加入乳糖時，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基因才會啟動轉錄，因此去掉乳糖后，lac基因轉錄停止，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間內維持穩定，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已存在的酶前體轉化為有活性的酶，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；之后將這些細菌轉移到不含放射性物質的培養基中培養，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，若這些酶是細胞內已存在的酶前體轉化而來的，則檢測后含有放射性。

（3）在野生型和突變型細菌培養基中添加放射性標記的乳糖，發現野生型在乳糖誘導后會攝取乳糖，而突變型菌幾乎不能。據此推測乳糖還能夠誘導野生型菌產生某種蛋白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酶，從而減少了細胞內物質和能量的浪費。