Question

15．大腸桿菌中直接編碼乳糖代謝所需酶類的基因叫結(jié)構(gòu)基因，包括基因lac Z、基因lac Y、基因lac A，結(jié)構(gòu)基因的上游有3個(gè)對(duì)結(jié)構(gòu)基因起調(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(kāi)關(guān)”的作用，直接控制結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)基因能夠調(diào)節(jié)操縱基因狀態(tài)，從而對(duì)“開(kāi)關(guān)”起著控制作用，如圖是科學(xué)家提出的一種基因表達(dá)調(diào)控假設(shè)．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）細(xì)胞中RNA聚合酶的基本單位是氨基酸，它在基因中的結(jié)合位點(diǎn)稱為啟動(dòng)子．
（2）圖1中，過(guò)程①發(fā)生的場(chǎng)所是大腸桿菌擬核部位，過(guò)程②中遺傳信息的準(zhǔn)確傳遞，主要依據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則及氨基酸的密碼子．
（3）圖2中一個(gè)mRNA可翻譯出多種蛋白質(zhì)，其原因是一個(gè)RNA上有多個(gè)起始密碼或者翻譯后一條肽鏈，被切成多條肽鏈．
（4）研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)培養(yǎng)基中只含乳糖時(shí)，大腸桿菌才能合成乳糖代謝所需酶，其原因是當(dāng)乳糖進(jìn)入大腸桿菌細(xì)胞后，阻遏蛋白與乳糖結(jié)合，失去了與操縱基因結(jié)合的能力，保證RNA聚合酶正常發(fā)揮功能；菌體內(nèi)乳糖的濃度不會(huì)過(guò)高，滿足大腸桿菌需要即可，因?yàn)槊富�因操縱組會(huì)受到乳糖濃度的反饋抑制，該反饋抑制的意義在于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(fèi)．

Answer 1

分析 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(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯使細(xì)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(gè)結(jié)構(gòu)基因：lacZ、lacY、lacA．LacZ合成β-半乳糖苷酶，lacY合成透過(guò)酶，lacA合成乙�；�轉(zhuǎn)移酶．
②操縱基因O，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(dòng)基因P，位于操縱基因的附近，它的作用是發(fā)出信號(hào)，mRNA合成開(kāi)始，該基因也不能轉(zhuǎn)錄成mRNA．
④調(diào)節(jié)基因R：可調(diào)節(jié)操縱基因的活動(dòng)，調(diào)節(jié)基因能轉(zhuǎn)錄出mRNA，并合成一種蛋白，稱阻遏蛋白．

解答 解：（1）細(xì)胞中RNA聚合酶的作用是催化轉(zhuǎn)錄，其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，它在基因中的結(jié)合位點(diǎn)是啟動(dòng)子．
（2）圖1中①過(guò)程為轉(zhuǎn)錄，由于大腸桿菌是原核細(xì)胞，沒(méi)有成形的細(xì)胞核，所以發(fā)生的場(chǎng)所是大腸桿菌擬核部位．完成②過(guò)程中遺傳信息的準(zhǔn)確傳遞，主要依據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則及氨基酸的密碼子．
（3）圖2中一個(gè)mRNA可翻譯出多種蛋白質(zhì)，原因是一個(gè)RNA上有多個(gè)起始密碼，直接翻譯成多種蛋白質(zhì)，也可能翻譯后一條肽鏈被切成多條肽鏈．
（4）當(dāng)大腸桿菌培養(yǎng)基中的葡萄糖而沒(méi)有乳糖存在時(shí)，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(jī)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(fèi)．
故答案為：
（1）氨基酸   啟動(dòng)子
（2）大腸桿菌擬核部位     堿基互補(bǔ)配對(duì)原則及氨基酸的密碼子
（3）一個(gè)RNA上有多個(gè)起始密碼
（4）當(dāng)乳糖進(jìn)入大腸桿菌細(xì)胞后，阻遏蛋白與乳糖結(jié)合，失去了與操縱基因結(jié)合的能力，保證RNA聚合酶正常發(fā)揮功能     避免物質(zhì)和能量的浪費(fèi)

點(diǎn)評(píng) 本題考查了大腸桿菌細(xì)胞中乳糖代謝基因表達(dá)的調(diào)控原理，意在考查學(xué)生的理解RNA聚合酶的本質(zhì)和識(shí)別位點(diǎn)，理解轉(zhuǎn)錄和翻譯的場(chǎng)所和過(guò)程，試題較難．