原核生物基因表达调控通常发生在转录水平。以大肠杆菌为例,请分析说明当乳糖和葡萄糖都存在于培养基上时大肠杆菌细胞的乳糖操纵子是如何被调节的。
 
【正确答案】(1)简述乳糖操纵子的结构。 细菌的乳糖操纵子具有控制基因转录的正调节蛋白CAP结合序列(CAP结合位点)、RNA聚合酶结合的启动子序列(P)、阻遏蛋白结合的操纵基因序列(O)以及结构基因序列Z、Y和X。对该操纵子而言,调节基因产生的阻遏蛋白具有活性,可以与操纵基因结合关闭操纵子。 (2)培养基中乳糖能够导致大肠杆菌细胞中产生少量别乳糖,其作为诱导物,与阻遏蛋白结合,诱发阻遏蛋白空间构象发生变化,从而无法与操纵序列结合,这种情况下,操纵子开启。此外,乳糖操纵子开启后,还需要cAMP与乳糖操纵子的正调控蛋白CAP结合形成有活性的cAMP-CAP复合物募集RNA聚合酶以加速转录。但是,当葡萄糖存在时,细胞中的cAMP含量会降低,不能形成一定量的cAMP-CAP复合物,虽然操纵子开启,但是缺乏正调控,转录水平处于比较低的状态。这种情况下,大肠杆菌先利用葡萄糖。当葡萄糖消耗殆尽后,随着cAMP含量的升高,cAMP-CAP复合物含量增加,发挥其募集RNA聚合酶的功能,加速转录,产生利用乳糖的酶,利用乳糖。
【答案解析】[考点] 原核生物基因转录调控、乳糖操纵子、诱导物。 知识拓展:原核生物基因调控的操纵子相关内容包括:①简述乳糖操纵子的正负调节方式;②阐述什么是葡萄糖效应;等等。