Question

20．為研究大腸桿菌乳糖代謝過(guò)程中l(wèi)ac 基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制，科研人員做了相關(guān)實(shí)驗(yàn)．
（1）在加入乳糖和去掉乳糖條件下，檢測(cè)培養(yǎng)的大腸桿菌細(xì)胞中l(wèi)ac mRNA和β-半乳糖苷酶的含量，得到如圖所示結(jié)果．
①乳糖屬于糖類中的二糖，細(xì)胞內(nèi)的β-半乳糖苷酶可將乳糖分解為半乳糖和葡萄糖．
②據(jù)圖可知，加入乳糖時(shí)，lac 基因才會(huì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，β-半乳糖苷酶隨即增加．去掉乳糖后，lac mRNA 含量立即下降，推測(cè)其原因是lac基因轉(zhuǎn)錄停止，lacmRNA很快被分解，同時(shí)β-半乳糖苷酶含量在一定時(shí)間內(nèi)維持穩(wěn)定，其原因是β-半乳糖苷酶合成后不會(huì)很快被分解．
（2）為了證實(shí)乳糖的作用是誘導(dǎo)新的β-半乳糖苷酶合成而不是將細(xì)胞內(nèi)已存在的酶前體轉(zhuǎn)化為有活性的酶，科研人員將大腸桿菌放入含³⁵S 標(biāo)記的氨基酸但無(wú)乳糖的培養(yǎng)基中繁殖多代，之后將這些細(xì)菌轉(zhuǎn)移到不含放射性物質(zhì)的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，加入乳糖后，分離、檢測(cè)新合成的β-半乳糖苷酶，若這些酶沒(méi)有放射性，則證明是誘導(dǎo)合成的．
（3）科研人員發(fā)現(xiàn)一種lac 基因突變型大腸桿菌能產(chǎn)生β-半乳糖苷酶，但不能在以乳糖為碳源的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)．他們?cè)谝吧�型和突變型�?xì)菌培養(yǎng)基中添加放射性標(biāo)記的乳糖，發(fā)現(xiàn)野生型在乳糖誘導(dǎo)后會(huì)攝取乳糖，而突變型菌幾乎不能．據(jù)此推測(cè)乳糖還能夠誘導(dǎo)野生型菌產(chǎn)生某種蛋白X，蛋白X 的功能是運(yùn)輸乳糖進(jìn)入細(xì)胞．
（4）由上述實(shí)驗(yàn)推測(cè)，只有當(dāng)乳糖存在時(shí)，RNA聚合酶與lac 基因的啟動(dòng)子結(jié)合，誘導(dǎo)lac 基因表達(dá)，從而誘導(dǎo)β-半乳糖苷酶和蛋白X的合成．這種機(jī)制使微生物在有底物存在時(shí)才合成相關(guān)酶，從而減少了細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和能量的浪費(fèi)．

Answer 1

分析 分析曲線圖：圖示是在加入乳糖和去掉乳糖條件下，培養(yǎng)的大腸桿菌細(xì)胞中l(wèi)ac mRNA和β-半乳糖苷酶的含量變化，由圖可知，加入乳糖后，大腸桿菌細(xì)胞中l(wèi)ac mRNA和β-半乳糖苷酶的含量都逐漸升高，而去掉乳糖后，大腸桿菌細(xì)胞中l(wèi)ac mRNA的含量逐漸降低，β-半乳糖苷酶的含量保持不變．

解答 解：（1）①乳糖屬于二糖，可被分解為半乳糖和葡萄糖．
②據(jù)圖可知，加入乳糖時(shí)，lac mRNA含量首先升高，β-半乳糖苷酶隨即增加，說(shuō)明加入乳糖后lac 基因才會(huì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，因此去掉乳糖后，lac基因轉(zhuǎn)錄停止，且lac mRNA很快被分解，因此lac mRNA含量立即下降；去掉乳糖后，β-半乳糖苷酶含量在一定時(shí)間內(nèi)維持穩(wěn)定，其原因是β-半乳糖苷酶合成后不會(huì)很快被分解．
（2）為了證實(shí)乳糖的作用是誘導(dǎo)新的β-半乳糖苷酶合成而不是將細(xì)胞內(nèi)已存在的酶前體轉(zhuǎn)化為有活性的酶，科研人員將大腸桿菌放入含³⁵S標(biāo)記的氨基酸但無(wú)乳糖的培養(yǎng)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(biāo)記；之后將這些細(xì)菌轉(zhuǎn)移到不含放射性物質(zhì)的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，加入乳糖后，分離、檢測(cè)新合成的β-半乳糖苷酶，若這些酶是誘導(dǎo)合成的，則檢測(cè)后沒(méi)有放射性，若這些酶是細(xì)胞內(nèi)已存在的酶前體轉(zhuǎn)化而來(lái)的，則檢測(cè)后含有放射性．
（3）在野生型和突變型細(xì)菌培養(yǎng)基中添加放射性標(biāo)記的乳糖，發(fā)現(xiàn)野生型在乳糖誘導(dǎo)后會(huì)攝取乳糖，而突變型菌幾乎不能．據(jù)此推測(cè)乳糖還能夠誘導(dǎo)野生型菌產(chǎn)生某種蛋白X，蛋白X的功能是運(yùn)輸乳糖進(jìn)入細(xì)胞．
（4）由上述實(shí)驗(yàn)推測(cè)，只有當(dāng)乳糖存在時(shí)，RNA聚合酶與lac 基因的啟動(dòng)子結(jié)合，誘導(dǎo)lac 基因表達(dá)，從而誘導(dǎo)β-半乳糖苷酶和蛋白X的合成．這種機(jī)制使微生物在有底物存在時(shí)才合成相關(guān)酶，從而減少了細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和能量的浪費(fèi)．
故答案為：
（1）①二
②轉(zhuǎn)錄    lac基因轉(zhuǎn)錄停止，lac mRNA很快被分解   合成后不會(huì)很快被分解
（2）不含放射性物質(zhì)的    沒(méi)有
（3）運(yùn)輸乳糖進(jìn)入細(xì)胞
（4）RNA聚合    β-半乳糖苷酶和蛋白X    物質(zhì)和能量

點(diǎn)評(píng) 本題結(jié)合曲線圖，考查微生物的分離和培養(yǎng)，要求考生能正確分析提供信息和曲線圖中的信息，能從中提取有效信息答題，屬于考綱理解層次的考查．