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lacmRNA和β-半乳糖苷酶的含量，得到如图

Question

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___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___，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___，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___．
（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___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___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___．
（4）由上述实验推测，只有当乳糖存在时，___酶与lac 基因的启动子结合，诱导lac 基因表达，从而诱导___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___的浪费．

Answer 1

（1）①乳糖属于二糖，可被分解为半乳糖和葡萄糖．
②据图可知，加入乳糖时，lac mRNA含量首先升高，β-半乳糖苷酶随即增加，说明加入乳糖后lac 基因才会启动转录，因此去掉乳糖后，lac基因转录停止，且lac mRNA很快被分解，因此lac mRNA含量立即下降；去掉乳糖后，β-半乳糖苷酶含量在一定时间内维持稳定，其原因是β-半乳糖苷酶合成后不会很快被分解．
（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，则大肠杆菌中合成的β-半乳糖苷酶含有³⁵S标记；之后将这些细菌转移到不含放射性物质的培养基中培养，加入乳糖后，分离、检测新合成的β-半乳糖苷酶，若这些酶是诱导合成的，则检测后没有放射性，若这些酶是细胞内已存在的酶前体转化而来的，则检测后含有放射性．
（3）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的功能是运输乳糖进入细胞．
（4）由上述实验推测，只有当乳糖存在时，RNA聚合酶与lac 基因的启动子结合，诱导lac 基因表达，从而诱导β-半乳糖苷酶和蛋白X的合成．这种机制使微生物在有底物存在时才合成相关酶，从而减少了细胞内物质和能量的浪费．
故答案为：
（1）①二
②转录    lac基因转录停止，lac mRNA很快被分解   合成后不会很快被分解
（2）不含放射性物质的    没有
（3）运输乳糖进入细胞
（4）RNA聚合    β-半乳糖苷酶和蛋白X    物质和能量