Question

17．大腸桿菌可以直接利用葡萄糖，也可以通過合成β-半乳糖苷酶將乳糖分解為葡萄糖和半乳糖加以利用．圖l是將大腸桿菌培養(yǎng)在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基中，測定培養(yǎng)基葡萄糖濃度、細胞總數(shù)及細胞內β-半乳糖苷酶活性變化的曲線．圖2是大腸桿菌乳糖代謝基因在轉錄水平上受到調控的模型．

（1）100min后，細胞內有（填“有”或“無”）分解葡萄糖的酶，有氧呼吸消耗水的場所是細胞質基質．
（2）阻遏蛋白與操縱基因結合時會阻礙RNA聚合酶與啟動子的結合，抑制轉錄，而某些特定空間結構的物質能與阻遏蛋白結合，使阻遏蛋白的發(fā)生變化，失去與操縱基因緊密結合的能力，從而改變其對基因轉錄的影響．
（3）培養(yǎng)基中葡萄糖和乳糖同時存在時，β-半乳糖苷酶基因不表達，葡萄糖耗盡時基因被誘導表達，這種調節(jié)從進化而言使大腸桿菌很好地適應易變的環(huán)境，又可以減少物質和能量的浪費．
（4）雖然不同的啟動子序列有所不同，但比較已經研究過的上百種原核生物的啟動子的序列發(fā)現(xiàn)有一些共同的規(guī)律，它們一般含較多的A-T堿基對，這種結構特點有助于DNA局部雙鏈解開．
（5）真核生物細胞核基因轉錄過程中，新產生的mRNA可能和DNA模板穩(wěn)定結合形成DNA-RNA雙鏈，使另外一條DNA鏈單獨存在，此狀態(tài)稱為R-loop．研究顯示，R-loop會引起DNA損傷等一些不良效應，而原核細胞卻沒有發(fā)現(xiàn)R-loop的形成．產生這種差異的原因可能是原核生物邊轉錄mRNA邊與核糖體結合進行翻譯．
（6）結構基因經誘導轉錄形成mRNA后，少量mRNA短時問就可以合成大量的蛋白質是因為一條mRNA結合多個核糖體（多聚核糖體）．
（7）用PCR擴增β-半乳糖苷酶基因時，需要的條件主要有擴增緩沖液、模板DNA、4種脫氧核苷酸、引物和TaqDNA聚合酶（或熱穩(wěn)定性DNA聚合酶）．
（8）運用蛋白質工程對β-半乳糖苷酶進行改造，需通過基因修飾或基因合成對現(xiàn)有的β-半乳糖苷酶進行改造．

Answer 1

分析 分析圖1：圖l是將大腸桿菌培養(yǎng)在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基中，測定培養(yǎng)基葡萄糖濃度、細胞總數(shù)及細胞內β-半乳糖苷酶活性變化的曲線．大腸桿菌可以直接利用葡萄糖，也可以通過合成β-半乳糖苷酶將乳糖分解為葡萄糖和半乳糖加以利用．培養(yǎng)基中葡萄糖和乳糖同時存在時，β-半乳糖苷酶基因不表達，葡萄糖耗盡時基因被誘導表達，這種調節(jié)從進化而言使大腸桿菌很好地適應易變的環(huán)境，又可以減少 物質和能量的浪費．
分析圖2：圖2是大腸桿菌乳糖代謝基因在轉錄水平上受到調控的模型．

解答 解：（1）100min后，β-半乳糖苷酶的濃度升高，而β-半乳糖苷酶能將乳糖分解為葡萄糖和半乳糖加以利用，因此100min后，細胞內有分解葡萄糖的酶；大腸桿菌是原核生物，沒有線粒體，其有氧呼吸消耗水的場所是細胞質基質．
（2）由圖2可知，阻遏蛋白與操縱基因結合時會阻礙RNA聚合酶與啟動子的結合，抑制轉錄．
（3）培養(yǎng)基中葡萄糖和乳糖同時存在時，β-半乳糖苷酶基因不表達，葡萄糖耗盡時基因被誘導表達，這種調節(jié)從進化而言使大腸桿菌很好地適應易變的環(huán)境，又可以減少 物質和能量的浪費．
（4）原核生物的啟動子一般含較多的A-T堿基對，這有助于DNA局部雙鏈解開．
（5）真核生物細胞核基因轉錄過程中，新產生的mRNA可能和DNA模板穩(wěn)定結合形成DNA-RNA雙鏈，使另外一條DNA鏈單獨存在，此狀態(tài)稱為R-loop．原核生物沒有核膜，其轉錄和翻譯同時進行，即邊轉錄形成的mRNA邊與核糖體結合進行翻譯，因此原核細胞沒有發(fā)現(xiàn)R-loop的形成．
（6）一條mRNA可結合多個核糖體（多聚核糖體）同時進行翻譯，因此少量mRNA短時間就可以合成大量的蛋白質．
（7）用PCR擴增β-半乳糖苷酶基因時，需要的條件主要有擴增緩沖液、模板DNA、4種脫氧核苷酸、引物和TaqDNA聚合酶（或熱穩(wěn)定性DNA聚合酶）．
（8）蛋白質工程指以蛋白質的結構規(guī)律及其與生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質進行基因改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需要．因此，運用蛋白質工程對β-半乳糖苷酶進行改造，需通過基因修飾或基因合成對現(xiàn)有的β-半乳糖苷酶進行改造．
故答案為：
（1）有細胞質基質
（2）RNA聚合酶    空間結構
（3）很好地適應易變的環(huán)境物質和能量的浪費
（4）DNA局部雙鏈解開
（5）原核生物邊轉錄mRNA邊與核糖體結合進行翻譯
（6）一條mRNA結合多個核糖體（多聚核糖體）
（7）引物    TaqDNA聚合酶（或熱穩(wěn)定性DNA聚合酶）
（8）基因修飾或基因合成

點評 本題結合圖解，考查細胞呼吸、遺傳信息的轉錄和翻譯、基因工程和蛋白質工程等知識，要求考生識記細胞呼吸的過程及場所；識記遺傳信息轉錄和翻譯的過程、場所、條件及產物等基礎知識；識記PCR技術的條件；識記蛋白質工程的概念，能結合題中和圖中的知識準確答題．