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    17．科学家通过对大肠杆菌乳糖代谢的研究，弄清了原核生物基因表达调控的机制．大肠杆菌中直接编码乳糖分都代谢所需酶类的基因叫结构基因，包括基因lacZ、基因lacY，基因lacA，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，下图1是科学家提出的一种基因表达调控假设．回答下列问题：

    （1）细胞中RNA聚合酶的化学本质是蛋白质，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，完成①②过程需要的能量直接来自ATP，ATP中的“A”与调节基因和mRNA中的“A”不是（填“是”或“不是”）同一物质．
    （3）研究发现，当大肠杆菌培养基中的葡萄糖而没有乳糖存在时，大肠杆菌不能合成乳糖代谢所需酶，试依据图1解释其原因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．上述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．
    （4）当培养基中没有葡萄糖仅有乳糖时，大肠杆菌必须合成乳糖代谢酶，上图2表示了这一诱导过程，据图可知，当乳糖进入大肠杆菌细胞后，乳糖与阻遏蛋白结合，引起阻遏蛋白分子空间结构改变，阻遏蛋白失去与操纵基因结合的能力，保证RNA聚合酶正常发挥功能．

    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，完成①②过程需要的能量直接来自ATP，ATP中的“A”是腺苷，由腺嘌呤和核糖构成，所以与调节基因和mRNA中的“A”腺嘌呤不是同一物质．
    （3）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．
    （4）当培养基中没有葡萄糖仅有乳糖时，大肠杆菌必须合成乳糖代谢酶，上图2表示了这一诱导过程，据图可知，当乳糖进入大肠杆菌细胞后，乳糖与阻遏蛋白结合，引起阻遏蛋白分子空间结构改变，阻遏蛋白失去与操纵基因结合的能力，保证RNA聚合酶正常发挥功能．
    故答案为：
    （1）蛋白质   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   不是
    （3）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   避免物质和能量的浪费
    （4）操纵基因

    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和应用能力，试题较难．

    练习册系列答案
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