Question

15．大肠杆菌中直接编码乳糖代谢所需酶类的基因叫结构基因，包括基因lac Z、基因lac Y、基因lac A，结构基因的上游有3个对结构基因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”的作用，直接控制结构基因的转录，调节基因能够调节操纵基因状态，从而对“开关”起着控制作用，如图是科学家提出的一种基因表达调控假设．请回答下列问题：

（1）细胞中RNA聚合酶的基本单位是氨基酸，它在基因中的结合位点称为启动子．
（2）图1中，过程①发生的场所是大肠杆菌拟核部位，过程②中遗传信息的准确传递，主要依据碱基互补配对原则及氨基酸的密码子．
（3）图2中一个mRNA可翻译出多种蛋白质，其原因是一个RNA上有多个起始密码或者翻译后一条肽链，被切成多条肽链．
（4）研究发现，当培养基中只含乳糖时，大肠杆菌才能合成乳糖代谢所需酶，其原因是当乳糖进入大肠杆菌细胞后，阻遏蛋白与乳糖结合，失去了与操纵基因结合的能力，保证RNA聚合酶正常发挥功能；菌体内乳糖的浓度不会过高，满足大肠杆菌需要即可，因为酶基因操纵组会受到乳糖浓度的反馈抑制，该反馈抑制的意义在于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．

Answer 1

分析 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．LacZ合成β-半乳糖苷酶，lacY合成透过酶，lacA合成乙酰基转移酶．
②操纵基因O，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P，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R：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．

解答 解：（1）细胞中RNA聚合酶的作用是催化转录，其化学本质是蛋白质，它在基因中的结合位点是启动子．
（2）图1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．完成②过程中遗传信息的准确传递，主要依据碱基互补配对原则及氨基酸的密码子．
（3）图2中一个mRNA可翻译出多种蛋白质，原因是一个RNA上有多个起始密码，直接翻译成多种蛋白质，也可能翻译后一条肽链被切成多条肽链．
（4）当大肠杆菌培养基中的葡萄糖而没有乳糖存在时，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．
故答案为：
（1）氨基酸   启动子
（2）大肠杆菌拟核部位     碱基互补配对原则及氨基酸的密码子
（3）一个RNA上有多个起始密码
（4）当乳糖进入大肠杆菌细胞后，阻遏蛋白与乳糖结合，失去了与操纵基因结合的能力，保证RNA聚合酶正常发挥功能     避免物质和能量的浪费

点评 本题考查了大肠杆菌细胞中乳糖代谢基因表达的调控原理，意在考查学生的理解RNA聚合酶的本质和识别位点，理解转录和翻译的场所和过程，试题较难．