Question

【题目】为研究大肠杆菌乳糖代谢过程中lac基因表达的调控机制，科研人员做了相关实验。

（1）在加入乳糖和去掉乳糖条件下，检测培养的大肠杆菌细胞中lac mRNA和β-半乳糖苷酶的含量，得到图所示结果。

①乳糖属于糖类中的_________糖，细胞内的β-半乳糖苷酶可将乳糖分解为半乳糖和葡萄糖。

②据图可知，加入乳糖时，lac基因启动_________。去掉乳糖后，lac mRNA含量立即下降，推测其原因是_________，同时β-半乳糖苷酶含量在一定时间内维持稳定，其原因是β-半乳糖苷酶_________。

（2）为了证实乳糖的作用是诱导新的β-半乳糖苷酶合成而不是将细胞内已存在的酶前体转化为有活性的酶，科研人员将大肠杆菌放入含35S标记的氨基酸但无乳糖的培养基中繁殖多代，之后将这些细菌转移到_________培养基中培养，加入乳糖后，分离、检测新合成的β-半乳糖苷酶，若这些酶_________放射性，则证明是诱导合成的。

（3）科研人员发现一种lac基因突变型大肠杆菌能产生β-半乳糖苷酶，但不能在以乳糖为碳源的培养基中生长。他们在野生型和突变型细菌培养基中添加放射性标记的乳糖，发现野生型在乳糖诱导后会摄取乳糖，而突变型菌几乎不能。据此推测乳糖还能够诱导野生型菌产生某种蛋白X，蛋白X的功能是_________。

（4）由上述实验推测，只有当乳糖存在时，_________酶与lac基因的启动子结合，诱导lac基因表达，从而诱导_________的合成。这种机制使微生物在有底物存在时才合成相关酶，从而减少了细胞内_________的浪费。

Answer 1

【答案】二 转录lac基因转录停止，lac mRNA很快被分解合成后不会很快被分解不含放射性物质的没有运输乳糖进入细胞RNA聚合β-半乳糖苷酶和蛋白X物质和能量

【解析】

本题重在考查结合相关知识，利用图文信息解答的能力。

（1）①乳糖属于二糖，可被分解为半乳糖和葡萄糖。

②据图可知，加入乳糖时，lacmRNA含量首先升高，β-半乳糖苷酶随即增加，说明加入乳糖后lac基因才会启动转录，因此去掉乳糖后，lac基因转录停止，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时间内维持稳定，其原因是β-半乳糖苷酶合成后不会很快被分解。

（2）为了证实乳糖的作用是诱导新的β-半乳糖苷酶合成而不是将细胞内已存在的酶前体转化为有活性的酶，科研人员将大肠杆菌放入含35S标记的氨基酸但无乳糖的培养基中繁殖多代，则大肠杆菌中合成的β-半乳糖苷酶含有35S标记；之后将这些细菌转移到不含放射性物质的培养基中培养，加入乳糖后，分离、检测新合成的β-半乳糖苷酶，若这些酶是诱导合成的，则检测后没有放射性，若这些酶是细胞内已存在的酶前体转化而来的，则检测后含有放射性。

（3）在野生型和突变型细菌培养基中添加放射性标记的乳糖，发现野生型在乳糖诱导后会摄取乳糖，而突变型菌几乎不能。据此推测乳糖还能够诱导野生型菌产生某种蛋白X，蛋白X的功能是运输乳糖进入细胞。
（4）由上述实验推测，只有当乳糖存在时，RNA聚合酶与lac基因的启动子结合，诱导lac基因表达，从而诱导β-半乳糖苷酶和蛋白X的合成。这种机制使微生物在有底物存在时才合成相关酶，从而减少了细胞内物质和能量的浪费。