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原核生物中,大多数基因表达的调控是通过操纵子机制实现的。如大肠杆菌中,结构基因 E、D、C、B、A 直接编码色氨酸合成所需酶类,这些基因的上游有若干对这些基因起调控作用的序列,其中操纵基因对这些基因起着“开关”的作用,直接控制它们的表达,调节基因能够对“开关”起着控制作用。图 1 表示环境中没有色氨酸时,阻遏蛋白无活性,操纵子开启;图 2 表示有色氨酸时,阻遏蛋白与之结合到操纵基因上,操纵子关闭。请回答下列问题:调节基因 trp操纵子-|||-3^2 肩动子,操组基因E D C B A.-|||-基因 DNA模板链-|||-5-|||-5` 3`mRNA 5^n 3`mRNA编码-|||-①-|||-② 多条多肽-|||-③-|||-失活的阻遏蛋白 trp生物合成途径中的酶-|||-图1 自然氨酸-|||-RNA聚合酶移动停止-|||-米-|||-B. D. C B A-|||-失活的 5-|||-阻遏蛋白 操纵基因-|||-1m 被阻遏-|||-700-|||-色氨酸 激活的-|||-四-|||-阻遏蛋白 图2(1)在大肠杆菌中①②过程能同时发生,其原因是 。(2)启动子是一段特殊结构的 DNA 片段,它是 部位,当培养基中存在色氨酸时,色氨酸与阻遏蛋白结合,使其 发生改变,从而功能被激活,被激活的阻遏蛋白与 结合,使得 RNA 聚合酶的移动停止,结构基因 (填“表达”或“不表达”)。(3)研究发现,当敲除调节基因后,无论有无色氨酸,色氨酸合成酶的合成速率都达不到 100%,敲除前后相关酶的合成量与色氨酸的浓度关系如下图 3 所示。调节基因 trp操纵子-|||-3^2 肩动子,操组基因E D C B A.-|||-基因 DNA模板链-|||-5-|||-5` 3`mRNA 5^n 3`mRNA编码-|||-①-|||-② 多条多肽-|||-③-|||-失活的阻遏蛋白 trp生物合成途径中的酶-|||-图1 自然氨酸-|||-RNA聚合酶移动停止-|||-米-|||-B. D. C B A-|||-失活的 5-|||-阻遏蛋白 操纵基因-|||-1m 被阻遏-|||-700-|||-色氨酸 激活的-|||-四-|||-阻遏蛋白 图2(1)随着研究的深入,发现色氨酸合成酶相关基因转录后形成的 mRNA 的 端有一段“前导序列”。“前导序列”包含具有一定反向重复特征的 4 个区域,其中富含色氨酸密码子,所以在翻译的初期需要消耗较多的色氨酸。当细胞中色氨酸含量较低时,核糖体在 mRNA 上移动速度较慢并停止于 1 区,此时 2、3 区配对,操纵基因继续转录;当色氨酸充足时,核糖体覆盖于 1−2 区,则 3,4 区配对形成一个阻止 mRNA 继续合成的茎—环结构(图 4),阻止操纵基因的转录。推测“前导序列”的作用是 。调节基因 trp操纵子-|||-3^2 肩动子,操组基因E D C B A.-|||-基因 DNA模板链-|||-5-|||-5` 3`mRNA 5^n 3`mRNA编码-|||-①-|||-② 多条多肽-|||-③-|||-失活的阻遏蛋白 trp生物合成途径中的酶-|||-图1 自然氨酸-|||-RNA聚合酶移动停止-|||-米-|||-B. D. C B A-|||-失活的 5-|||-阻遏蛋白 操纵基因-|||-1m 被阻遏-|||-700-|||-色氨酸 激活的-|||-四-|||-阻遏蛋白 图2(2)由上述研究分析可知,图 2 中阻遏蛋白的抑制作用是 (填“完全的”或“不完全的”),细胞通过阻遏蛋白和“前导序列”精密,高效地进行基因表达调控,其意义是 。(3)“前导序列”在代谢过程中起到了一种 rm“RNA 开关”功能,这种调控机制在癌症治疗领域也有广阔的应用前景,其原理是 。
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