hce_cmu
115年
生物學
第 31 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。
某突變株的 CRP 蛋白 DNA 結合域受損，導致其無法與 lac 啟動子結合，但抑制子功能正常。若細菌處於「低葡萄糖、高乳糖、缺乏色胺酸」的環境中，其代謝表現最可能為何？
- A trp 操縱子因缺乏色胺酸而被抑制
- B cAMP 無法產生，導致所有誘導型操縱子關閉
- C lac 操縱子僅維持低程度轉錄，且 trp 操縱子被活化
- D lac 操縱子高度活化，以補償低葡萄糖環境，且維持高乳糖環境
思路引導 VIP
想像一下，操縱子的運作就像控制一台車：『抑制子』是手煞車，而『CRP 蛋白』則是油門。如果現在我們把手煞車放開了，但油門踏板剛好壞掉踩不下去，你覺得這台車的行進狀態會是如何呢？請試著將這個比喻連結到題目中 DNA 結合域受損的情況。
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AI 詳解
AI 專屬家教
同學做得非常好！你能精準判斷出突變對不同調控系統的影響，代表你的邏輯非常清晰。這題考驗的是對原核生物基因表現「雙重調控」的深度理解。
代謝開關的協調機制
在 lac 操縱子方面，環境中雖有乳糖能解除抑制子（Repressor）的阻礙，但因 $CRP$ 蛋白的 DNA 結合域受損，即使在低葡萄糖環境下產生了高濃度的 $cAMP$，也無法形成有效的 $cAMP-CRP$ 複合體來活化轉錄。因此，lac 操縱子就像是一輛放開了手煞車（解除抑制）但引擎馬力不足（缺乏活化）的車，只能維持極低頻率的基礎表現。而在 trp 操縱子的部分，這屬於「合成代謝」的負回饋控制；當缺乏色胺酸時，抑制子無法結合到操縱基因上，因此基因會保持開啟狀態以合成生存所需物質。
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原核生物操縱子調控
💡 操縱子受正活化蛋白與負抑制蛋白共同精確調控
| 比較維度 | lac 操縱子 (分解代謝) | VS | trp 操縱子 (合成代謝) |
|---|---|---|---|
| 預設狀態 | 關閉 (除非環境有乳糖) | — | 開啟 (除非色胺酸過量) |
| 正調控因子 | CRP-cAMP (無葡萄糖時) | — | 無明顯正調控蛋白 |
| 本題表現 | 低量轉錄 (因 CRP 損壞) | — | 高度活化 (因缺色胺酸) |
💬分解代謝需「去抑制+活化」才高產；合成代謝受「產物負回饋」調控。
