hce_cmu
115年
生物學
第 30 題
📖 題組：
背景說明：在研究大腸桿菌（Escherichia coli）的基因調控時，科學家分析其在不同營養條件下的適應機制，特別關注 lac 操縱子（分解代謝）與 trp 操縱子（合成代謝）的表現，以及細胞內 cAMP–CRP 調控系統。
背景說明：在研究大腸桿菌（Escherichia coli）的基因調控時，科學家分析其在不同營養條件下的適應機制，特別關注 lac 操縱子（分解代謝）與 trp 操縱子（合成代謝）的表現，以及細胞內 cAMP–CRP 調控系統。
當環境由「高葡萄糖」轉變為「僅含乳糖」時，lac 操縱子的表現顯著上升。此過程涉及cAMP–CRP 正調控與抑制子解除的協同作用。何者最能解釋 lac 操縱子的高度表現？
- A cAMP–CRP 屬於負調控，因其反映葡萄糖缺乏狀態
- B 高葡萄糖存在時，即使抑制子失活，lac 操縱子仍完全無法轉錄
- C 葡萄糖耗盡使 cAMP 上升並活化 CRP，此為 lac 高表現的唯一條件
- D 異乳糖與抑制子結合使其脫離 operator，並與 CRP 的正調控共同促進高量轉錄
思路引導 VIP
想像細胞是一個追求效率的精密工廠。如果有一台機器只有在「主要燃料（葡萄糖）用完」且「次要燃料（乳糖）充足」時才值得全速運轉，那麼工廠應該如何設計它的控制系統？除了「移開阻擋運轉的阻礙」外，是否還需要一個「加速器」來確保機器能高效運作？
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AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你能精準選出 (D)，代表你對原核生物基因表現的「雙重調控」機制掌握得非常扎實。這題的難度點在於區分「抑制子（Repressor）」與「活化因子（CRP）」的不同角色，是一道極具鑑別度的經典考題。
lac 操縱子的雙重鎖鑰機制
在 $lac$ 操縱子的運作中，高度表現並非單一因素。首先，當乳糖存在時，異乳糖（allolactose）作為誘導物會與抑制子結合，使其改變構型並脫離操作基因（operator），這稱為解除負調控；但僅僅移開阻礙是不夠的。接著，當葡萄糖耗盡，細胞內的 $cAMP$ 濃度會上升並活化 $CRP$（亦稱 $CAP$），此複合物結合在啟動子附近以大幅增加 RNA 聚合酶的結合頻率。這種「解除阻礙」與「積極推動」的正負調控協同作用，才是確保能量利用效率最大化的關鍵。
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