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第5章 细胞的能量供应和利用
第5章 细胞的能量供应和利用
第5章
DI WU ZHANG
细胞的能量供应和利用
酶的作用和本质
[拓宽教材]
1．(必修1 P78“实验”改编)下列叙述与题图实验不相符的是( )
A．该实验的自变量是催化剂的种类
B．该实验的因变量是催化剂的催化效率
C．该实验能证明酶降低活化能的作用更显著
D．加入肝脏研磨液和Fe3＋，前者的反应速率总是较快
解析：选D。在适宜的条件下，酶和无机催化剂相比，酶催化效率更高，不同条件下，二者无法比较。
2．(必修1 P81“资料分析”改编)资料1：20世纪80年代科学家发现了一种RnaseP酶，由20%蛋白质和80%RNA组成，如果将这种酶中的蛋白质除去，他们发现留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的活性。
资料2：唾液中含有唾液淀粉酶，要验证唾液淀粉酶的化学本质，设计并完成了下表所示的实验：
组别 待测液 检验试剂 现象
实验组 唾液 双缩脲试剂 出现紫色
对照组 已知蛋白液 双缩脲试剂 出现紫色
分析回答下列问题：
(1)资料1表明：____________________。
(2)资料2实验结论：________________。
答案：(1)RNA具有催化作用
(2)唾液淀粉酶的化学本质是蛋白质
[精练好题]
3．下列有关酶的叙述，正确的是( )
①酶是具有分泌功能的细胞产生的
②有的从食物中获得，有的是体内转化而来
③酶是活细胞产生的
④绝大多数酶的化学本质是蛋白质
⑤有的酶是蛋白质，有的是固醇
⑥酶在代谢中有多种功能
⑦酶在新陈代谢和生殖发育中起调控作用
⑧酶只是起催化作用
⑨酶只在细胞内发挥作用
A．①②⑤ B．③⑦⑨
C．③④⑧ D．④⑤⑥
解析：选C。酶是活细胞产生的具有催化功能的有机物；绝大多数酶是蛋白质类物质，少数酶为RNA；酶只有催化功能。
4．(2019·南宁三中高一期末)下列关于生活中各种酶的使用，说法错误的是( )
A．加酶洗衣粉中的酶不一定从生物体内直接提取
B．果胶酶能在一定程度上提高果汁的产量和质量
C．含酶牙膏的使用可以更好地预防龋齿
D．溶菌酶可帮助细胞溶解代谢的废弃物
答案：D
5．(2019·福州八县一中期末联考)对盛有H2O2的试管加热和加入催化剂都能够促进H2O2分解，下列相关的叙述正确的是( )
A．二者加速H2O2分解的原理是不同的
B．二者都可以使过氧化氢分子的能量提高
C．二者都可以降低过氧化氢分子的活化能
D．加入催化剂过氧化氢酶和铁离子的作用效果是相同的
答案：A
6．在实验中需要控制各种变量，其中人为改变的变量是( )
A．因变量 B．自变量
C．无关变量 D．控制变量
解析：选B。在实验中，需要控制相应的一些变量，以免影响实验结果。其中，因变量是指随着自变量的变化而变化的变量；除自变量外，对实验结果造成影响的一些可变因素称为无关变量；而人为改变的变量称为自变量。
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酶的作用和本质
1．某兴趣小组重现H2O2在不同条件下分解情况的实验，首先向a、b、c、d四支洁净的试管内分别加入等量等浓度H2O2，然后，a试管室温处理、b试管90 ℃水浴处理、c试管常温处理并滴加2滴新鲜肝脏研磨液、d试管常温处理并滴加2滴氯化铁溶液，最后统计四支试管内气泡产生的多少情况依次为极少、少量、大量、较多。下列相关叙述错误的是( )
A．a试管与b试管H2O2的活化能相同，d试管与c试管的活化能相同
B．c、d试管分别与a试管比较，说明Fe3＋和过氧化氢酶均具有催化功能
C．综合分析a试管、c试管和d试管，说明与无机催化剂相比过氧化氢酶降低活化能的效果更显著
D．与a试管相比较，b试管的水浴加热为过氧化氢的分解提供了能量
解析：选A。加热能为过氧化氢的分解提供能量，但不会改变活化能的大小，而催化剂能降低活化能，其中酶降低活化能的效果更为显著。
2．在过氧化氢酶和Fe3＋的催化效率比较实验中，把肝脏制成研磨液的目的是( )
A．有利于过氧化氢酶的释放
B．保护过氧化氢酶
C．提高过氧化氢酶的活性
D．以上说法都不对
答案：A
3．下列关于活化能的叙述，不正确的是( )
A．分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量
B．无机催化剂、水浴加热都可以降低化学反应的活化能
C．酶可以降低化学反应的活化能
D．同无机催化剂相比，酶降低化学反应活化能的作用效果更显著
解析：选B。酶和无机催化剂均能降低化学反应的活化能。相比之下，酶降低活化能的作用效果更显著。水浴加热虽然能加快化学反应速度，但并没有降低反应的活化能。
4．下图中曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示物质A在无催化剂条件和有酶催化条件下生成物质P所需的能量变化过程。下列相关叙述正确的是( )
A．AD段表示在无催化剂条件下，物质A生成物质P需要的活化能
B．若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则B点在纵轴上将向下移动
C．若仅增加反应物A的量，则图中曲线的原有形状均发生改变
D．若曲线Ⅱ为最适酶促条件下的曲线，改变酶促条件后，则B点在纵轴上将向上移动
解析：选D。分析题图，在无催化剂条件下，物质A生成物质P所需的活化能为AC段，在有酶催化的条件下，生成物质P所需的活化能为BC段。若曲线Ⅱ为最适酶促反应条件下的曲线，改变酶促反应条件后，所需的活化能会变大，因此B点在纵轴上将向上移动。
5．下列关于过氧化氢酶的叙述，不正确的是( )
A．过氧化氢酶本质上是蛋白质
B．过氧化氢酶可以在条件适宜的情况下被蛋白酶水解
C．Fe3＋和过氧化氢酶都能加速过氧化氢的分解反应
D．过氧化氢酶可以使过氧化氢分解产生更多的气体
解析：选D。过氧化氢酶的化学本质是蛋白质，故A正确。酶具有专一性，所以在适宜条件下过氧化氢酶可以被蛋白酶水解，故B正确。无机催化剂和过氧化氢酶都可以催化过氧化氢的分解，所以都可以加速它的分解反应，故C正确。过氧化氢酶只是加快了过氧化氢分解的速率但不能增加产量，故D错误。
6．(2019·山西大同一中高一上月考)下列有关唾液淀粉酶的叙述，正确的是( )
①唾液淀粉酶从细胞释放到口腔不穿过生物膜
②唾液淀粉酶被吞咽入胃依然能消化淀粉
③唾液淀粉酶的空间结构与其功能密切相关
④双缩脲试剂A液与B液等体积混合后与其反应呈紫色
A．一项 B．两项
C．三项 D．四项
解析：选B。唾液淀粉酶属于分泌蛋白，由囊泡运输，故不穿过生物膜，①正确；唾液淀粉酶被吞咽入胃会失去活性，进而被胃蛋白酶分解，②错误；蛋白质的空间结构具有多样性，与执行的功能是相适应的，③正确；双缩脲试剂使用时，先加A液1 mL，再加B液4滴，摇匀，④错误。
7．一透析袋(其膜为半透膜)中装有物质M和分解它的酶，此袋放在盛有蒸馏水的容器中，第二天检查时，在蒸馏水中发现有物质X，根据这一现象，下列选项正确的是( )
①酶分解了物质X ②M被分解 ③X是物质M的组成成分 ④X能透过透析袋
A．①②③ B．②③④
C．①③④ D．①②④
答案：B
8．活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。下图为酶的作用模型。请据图回答下列问题：
(1)从图中可以看出，没有酶催化时，发生化学反应需要的活化能________，有酶催化时，发生化学反应需要的活化能________，a指____________________________________。
因此，酶催化作用的实质是_________________________________________________。
(2)酶的化学本质是_________________，酶起作用的部位是_____________________。
解析：酶能降低化学反应的活化能，从而提高反应速率。绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。
答案：(1)高 低 酶所降低的活化能 降低化学反应的活化能
(2)蛋白质或RNA 细胞内或细胞外
9．在编号为1～4号的4支试管内各注入10 mL 3%的过氧化氢溶液，1号试管作为对照，2号试管内迅速放入新鲜猪肝1～2小块，3号试管内放入一枚锈铁钉，4号试管内放入煮熟的猪肝1～2小块，根据实验现象回答下列问题：
(1)立即出现大量气泡的试管为________号，这种气体是________，产生大量气泡的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)4号试管内有什么变化？________。理由是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)2号和3号试管内都能产生气体，但产生气体的速度不同，原因是
________________________________________________________________________。
解析：1号试管作为对照；在2号试管中，猪肝中的过氧化氢酶能将过氧化氢分解成水和氧气；3号试管内放入锈铁钉是为了提供Fe3＋，Fe3＋作为催化剂将过氧化氢分解成水和氧气；4号试管内煮熟的猪肝中的过氧化氢酶受高温的影响，酶的结构被破坏从而失去活性，过氧化氢不能被分解，没有任何现象发生。2号试管与3号试管相比，2号试管内的过氧化氢迅速分解产生大量的氧气，而3号试管内的Fe3＋是无机催化剂，虽然能分解过氧化氢，但反应速率很慢，所以2号和3号试管相比，说明酶的催化效率更高。
答案：(1)2 氧气 新鲜猪肝内的过氧化氢酶迅速催化过氧化氢分解，产生大量氧气
(2)无变化 煮熟的猪肝细胞内的过氧化氢酶被破坏，失去了活性
(3)酶(或过氧化氢酶)的催化效率更高
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第5章 细胞的能量供应和利用
第5章 细胞的能量供应和利用
酶的特性
[拓宽教材]
1．(必修1 P86“拓展题T1”改编)下图为不同条件下同种酶促反应速率的变化曲线，下列有关叙述错误的是( )
A．影响AB段反应速率的主要因素是底物的浓度
B．影响BC段反应速率的主要限制因素是酶量
C．温度导致酶促反应Ⅰ和Ⅱ的速率不同
D．曲线Ⅰ显示，该酶促反应的最适温度为37 ℃
解析：选D。由题图可以看出，在AB段，随着底物浓度的升高，反应速率不断增加，限制反应速率的主要因素是底物的浓度；在BC段，随着底物浓度的升高，反应速率不再增加，限制反应速率的主要因素不再是底物的浓度，而是酶量；曲线Ⅰ和Ⅱ的反应温度不一样，曲线的差异是由温度的差异引起的。只根据37 ℃、25 ℃时酶促反应速率的比较无法确定该酶作用的最适温度。
2．(必修1 P83“学科交叉”改编)目前已发现的酶有4 000多种，它们分别催化不同的化学反应。分析回答下列问题：
(1)无机催化剂与酶的相同点：具有________作用。
(2)无机催化剂与酶的不同点：无机催化剂不具有__________，其催化化学反应的范围比较广。
答案：(1)催化 (2)高效性
[精练好题]
3．在各小型圆底烧瓶内盛等量的H2O2，并向各瓶中迅速加入等量的如图所示的相应的物质，烧瓶口紧包着一个小气球，使烧瓶沉于烧杯底部的同一位置(瓶内有气体产生，烧瓶即可浮起)。下列相关分析正确的是( )
A．图甲中的烧瓶最先浮起
B．肝脏研磨液中的过氧化氢酶和Fe3＋的作用机理不同
C．图丁中，沉入底部的烧瓶不能浮起
D．图乙与图丙对比，可说明酶具有高效性
答案：D
4．(原创)对化学本质为蛋白质的酶而言，如图符合其催化反应变化规律的曲线应是( )
解析：选D。酶的活性在最适温度前随温度升高而升高，超过最适温度后，随温度升高活性降低，直至变性失活，故A项所示是温度与反应速率的关系曲线，A错误；酶的活性在超过最适pH后，随着pH的升高，酶活性逐渐降低，甚至失活，其反应速率也降低，B错误；底物的量一定，酶浓度较低时，酶浓度越高的化学反应速率越快，因此酶量为2X时的反应速率大于酶量为X时的反应速率，所以两条曲线中的产物量在开始时不能重叠，而最后产物的量相等，故曲线最后应重叠，C错误；在酶的量一定时，随着底物浓度的升高，酶促反应速率逐渐加快，当底物浓度达到一定值后，由于酶的数量有限，随着底物浓度的升高，酶促反应速率不再改变，D正确。
5．(2019·成都外国语学校高一期末)某同学查阅资料得知，α?淀粉酶的最适温度是55 ℃。下表是他为此进行的验证实验，但因各组结果相同而不能达到实验目的。以下改进措施中可行的是( )
试管 实验温度 3%淀粉溶液 2%α?淀粉酶溶液 1 min后碘液检测
1 45 ℃ 2 mL 1 mL 溶液呈棕黄色
2 55 ℃ 2 mL 1 mL 溶液呈棕黄色
3 65 ℃ 2 mL 1 mL 溶液呈棕黄色
注：溶液呈棕黄色即表示没有检测出淀粉。
A．适当增加3%淀粉溶液的体积
B．适当提高α?淀粉酶溶液的浓度
C．将实验温度改为0 ℃、55 ℃、100 ℃
D．将检测试剂碘液改为斐林试剂
解析：选A。试管1、2、3没能成功，是因为所用淀粉量过少，或者酶量较多，酶具有高效性，故在45 ℃、55 ℃、65 ℃条件下都没有淀粉剩余，可以增加淀粉量或者减少酶量，重新设置实验，A正确，B错误；验证α?淀粉酶的最适温度是55 ℃，将实验温度设置为0 ℃、55 ℃、100 ℃，因为温度梯度过大，实验结果不能说明酶的最适温度就是55 ℃，C错误；斐林试剂检测还原糖需要水浴加热，会破坏设置的温度条件，D错误。
6．(2019·河南名校联盟高一期末)下列是有关某种淀粉酶的实验，处理方式及结果如表、图所示。下列有关分析正确的是( )
试管编号 试管Ⅰ 试管Ⅱ 试管Ⅲ
pH 8 8 7
温度 60 ℃ 40 ℃ 40 ℃
淀粉酶 1 mL 1 mL 1 mL
淀粉 1 mL 1 mL 1 mL
A．物质甲是该种酶的活性抑制剂
B．该种酶在碱性环境中催化速率较快
C．试管Ⅱ中，该种酶在35 min后便会失活
D．在20 min时向试管Ⅰ加淀粉，产物的量会增加
答案：B
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酶的特性
1．下列关于酶特性实验设计的叙述中，正确的是( )
A．验证酶的专一性时，自变量只能是酶的种类
B．验证酶的高效性时，自变量是酶的浓度
C．探究温度对酶活性的影响时，自变量是温度
D．探究酶催化作用的最适pH时，应设置过酸、过碱、中性三组
解析：选C。验证酶的专一性时，自变量可以是反应物的种类或酶的种类。验证酶的高效性时，自变量是催化剂的种类。探究酶催化作用的最适pH时，应设置酸性→中性→碱性多组不同pH的实验组，使实验尽可能精确。
2．(2019·湖南师大附中高一期末)过氧化氢对人类具有致癌危险性，但是我们的人体却没有受到过氧化氢的“威胁”，原因是我们人体能产生过氧化氢酶并及时把其分解成水和氧气。下图是某兴趣小组在过氧化氢酶的最适温度条件下，探究其他因素对过氧化氢分解的影响的实验中所绘制的曲线图。请判断下列相关说法中不正确的是( )
A．图①所代表的实验中，自变量是过氧化氢酶和FeCl3
B．图①可以得出的实验结论是过氧化氢酶具有高效性
C．图②中限制AB段O2产生速率的因素是H2O2的浓度
D．提高温度能使图②中C点对应的过氧化氢浓度下的O2产生速率增大
答案：D
3．如图曲线表示在不同条件下某化学反应的能量变化过程，下列分析不正确的是( )
A．1、2、3反应所需要的活化能分别是D－A、C－A、B－A
B．若条件为是否加催化剂及催化剂的种类，则1、2、3分别是不加催化剂、加无机催化剂、加酶的反应
C．若反应条件为酶促反应所处的pH不同，1、2、3反应条件可能是pH1＞pH2＞pH3
D．若条件为酶促反应所处温度(T)不同，1、2、3反应条件一定是T1＞T3＞T2
解析：选D。1、2、3反应所需要的活化能分别是D－A、C－A、B－A，A正确；若条件为是否加催化剂及催化剂的种类，则1、2、3分别是不加催化剂、加无机催化剂、加酶的反应，B正确；若反应条件为酶促反应所处的pH不同，1、2、3反应条件可能是pH1＞pH2＞pH3 ，C正确；若条件为酶促反应所处温度(T)不同，1、2、3反应条件不一定是T1＞T3＞T2，D错误。
4．现有两种淀粉酶A与B，某生物兴趣小组为探究不同温度条件下这两种淀粉酶的活性，设计如下探究实验：
1 2 3 4 5 6 7 8
Ⅰ.设置水浴缸温度(℃) 20 30 40 50 20 30 40 50
Ⅱ.取8支试管各加入淀粉溶液10 mL，分别保温5分钟
Ⅲ.另取8支试管各加入等量淀粉酶溶液，分别保温5分钟 酶A 酶A 酶A 酶A 酶B 酶B 酶B 酶B
Ⅳ.将同组两个试管中的淀粉溶液与淀粉酶溶液混合摇匀，保温5分钟
实验结果：对各组淀粉剩余量进行检测，结果如下图所示。分析回答下列问题：
(1)该实验的自变量是____________和____________。
(2)根据实验结果分析，酶B在______ ℃条件时活性较高。
(3)本实验能不能用斐林试剂检测生成物麦芽糖的含量来表示？____________，理由是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)若要进一步探究酶B的最适温度，实验设计的主要思路应是在________ ℃之间设立较小等温度梯度的分组实验，按上述步骤进行实验，分析结果得出结论。
解析：(1)自变量是在实验过程中可以变化的量，根据表格可以看出本实验有两个自变量，即酶的种类和温度。(2)酶B在40 ℃条件时淀粉剩余量较少，所以酶B在40 ℃条件时活性较高。(3)因为用斐林试剂需水浴加热，加热也会对酶的活性产生影响，使实验结果不可靠，所以不能用斐林试剂检测生成物麦芽糖的含量来表示。(4)要进一步探究酶B的最适温度，实验设计的主要思路应是设计更多的温度梯度，分别测量淀粉的分解情况，即在30～50 ℃之间设立较小等温度梯度的分组实验，按上述步骤进行实验，分析结果得出结论。
答案：(1)温度 酶的种类 (2)40
(3)不能 斐林试剂检测时需水浴加热，会导致反应体系温度发生改变，影响实验结果 (4)30～50
5．已知a?淀粉酶的最适温度为60 ℃，某同学为了探究pH对a?淀粉酶活性的影响，在35 ℃和45 ℃两个温度条件下分别设置了7支试管，每支试管中均加入4 mL淀粉溶液(淀粉的初始含量为y0 g)，然后加入缓冲液，设置pH分别为1.0、3.0、5.0、7.0、9.0、11.0、13.0，再加入2 mL a?淀粉酶溶液，反应3 min后迅速在每支试管中同时加入足量的NaOH溶液，测定每支试管中淀粉的剩余量，得到如图所示的曲线。请回答下列问题：
(1)反应3 min后迅速加入足量的NaOH溶液的目的是_____________________。该同学认为反应时间过长或加入的淀粉量少都可能导致实验失败，其依据是酶的催化具有__________的特点。
(2)分析图中数据可知，实线部分表示在温度为______条件下测定的结果；使a?淀粉酶完全失活的pH范围为__________；图中a点限制酶促反应速率的外界因素主要是________。
(3)若该同学在某pH条件下测定淀粉的剩余量为 y1 g，则用淀粉的消耗速率表示该条件下酶促反应速率为 __________g/min。
答案：(1)使酶瞬间失活，以控制反应时间 高效性
(2)45 ℃ pH＜1或pH＞13 温度
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