Question

【题目】大肠杆菌中直接编码乳糖代谢酶的基因叫结构基因。它的上游有3个对其起调控作用的核苷酸序列，其中操纵基因对结构基因起着“开关”作用。而操纵基因又受调节基因控制（如图所示）。据此回答下列问题：

(1)图中①过程发生的场所是________，该过程需要________催化，过程②称为遗传信息的________。

(2)研究发现，当大肠杆菌培养基中只有葡萄糖而没乳糖时，大肠杆菌则不合成乳糖代谢酶，这是因为调节基因控制合成的阻遏蛋白与操纵基因结合，使结构基因不能转录合成乳糖代谢酶。这种调节机制既保证了大肠杆菌能量的供应，又可以避免____________。

(3)当培养基中仅有乳糖时，乳糖即成为大肠杆菌营养物质中的________.当乳糖进入大肠杆菌后会与图中________结合，导致了________改变，从而失去与________结合的能力，保证RNA聚合酶正常发挥功能，最终合成乳糖代谢酶。

Answer 1

【答案】大肠杆菌拟核部位（拟核区） RNA聚合酶 翻译 物质和能量的浪费 碳源 阻遏蛋白 阻遏蛋白分子空间结构 操纵基因

【解析】

大肠杆菌乳糖操纵子包括4类基因：
①结构基因，能通过转录、翻译使细胞产生一定的酶系统和结构蛋白，这是与生物性状的发育和表型直接相关的基因。乳糖操纵子包含3个结构基因：lacZ、lacY、lacA。

②操纵基因，控制结构基因的转录速度，位于结构基因的附近，本身不能转录成mRNA。
③启动基因，位于操纵基因的附近，它的作用是发出信号，mRNA合成开始，该基因也不能转录成mRNA。
④调节基因：可调节操纵基因的活动，调节基因能转录出mRNA，并合成一种蛋白，称阻遏蛋白。

(1)图中①过程为转录，由于大肠杆菌是原核细胞，没有成形的细胞核，所以发生的场所是大肠杆菌拟核部位，该过程需要RNA聚合酶催化，过程②是以mRNA为模板合成蛋白质的过程，称为遗传信息的翻译。

(2)研究发现，当大肠杆菌培养基中只有葡萄糖而没乳糖时，大肠杆菌则不合成乳糖代谢酶，这是因为调节基因控制合成的阻遏蛋白与操纵基因结合，使结构基因不能转录，所以大肠杆菌不能合成乳糖代谢所需酶。该调节机制既保证了大肠杆菌能量的供应，又可以避免物质和能量的浪费。

(3)当培养基中仅有乳糖时，乳糖即成为大肠杆菌营养物质中的碳源。当乳糖进入大肠杆菌后会与图中阻遏蛋白结合，导致了阻遏蛋白分子空间结构改变，从而失去与操纵基因结合的能力，保证RNA聚合酶正常发挥功能，最终合成乳糖代谢酶。