4.
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,得到如图所示结果.
①乳糖属于糖类中的
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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 基因才会启动
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,β-半乳糖苷酶随即增加.去掉乳糖后,lac mRNA 含量立即下降,推测其原因是
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,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
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(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
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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
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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
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(4)由上述实验推测,只有当乳糖存在时,
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酶与lac 基因的启动子结合,诱导lac 基因表达,从而诱导
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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
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的浪费.