第3章細胞代謝課時1降低化學反應活化能的酶一、選擇題1.[2024北京模擬]H2O2溶液常用于傷口及環境消毒，會引起細菌等微生物細胞內蛋白質結構發生改變。CAT是一種過氧化氫酶，可用于去除消毒后殘余的H2O2。關于CAT的敘述正確的是（C）A.基本組成單位是脫氧核苷酸B.能提供分解H2O2所需的活化能C.去除殘余H2O2的效果與反應溫度、pH有關D.只能催化H2O2分解體現出CAT的專一性和高效性解析CAT是一種過氧化氫酶，其化學本質是蛋白質，基本組成單位是氨基酸，A錯誤；酶的作用原理是降低化學反應的活化能，而不是為化學反應提供所需的活化能，B錯誤；CAT是一種過氧化氫酶，可用于去除消毒后殘余的H2O2，其去除殘余H2O2的效果受溫度和pH等的影響，C正確；酶的專一性是指一種酶只能催化一種或一類化學反應，只能催化H2O2分解體現出CAT的專一性，但不能體現CAT的高效性，D錯誤。2.[2023沈陽三模]酶是活細胞產生的具有催化作用的有機物，參與鈣離子主動運輸的載體蛋白（Ca2＋泵）是一種可催化ATP水解的酶，核酶被稱為“催化性小RNA分子”。下列相關敘述錯誤的是（B）A.Ca2＋泵和核酶都具有專一性B.Ca2＋泵與核酶均是在核糖體上合成的C.與核酶相比，蛋白質的徹底水解產物種類更多D.Ca2＋與Ca2＋泵相應位點結合才能激活Ca2＋泵的催化活性解析酶具有專一性，A正確。核酶的化學本質為RNA，其不在核糖體上合成，B錯誤。蛋白質徹底水解最多產生21種氨基酸；核酶的化學本質為RNA，RNA的徹底水解產物為磷酸、核糖和4種含氮堿基（A、U、G、C），C正確。3.如圖中曲線Ⅰ、Ⅱ分別表示物質A在無催化劑條件和有酶催化條件下生成物質P所需能量的變化過程。下列相關敘述錯誤的是（D）A.a＋b表示在無催化劑的條件下，物質A生成物質P需要的活化能B.圖中b表示酶降低的活化能C.若曲線Ⅱ為最適條件下的酶促反應曲線，改變反應條件后，a值將變大D.若將曲線Ⅰ改為無機催化劑催化的該反應，則b值將變大解析曲線Ⅰ表示物質A在無催化劑條件下生成物質P所需能量的變化過程，則無催化劑條件下物質A生成物質P需要的活化能是a＋b，A正確；曲線Ⅰ、Ⅱ分別表示物質A在無催化劑條件和有酶催化條件下生成物質P所需能量的變化過程，分析可知圖中b表示酶降低的活化能，B正確；若曲線Ⅱ為最適條件下的酶促反應曲線，改變反應條件后，酶活性將降低，酶降低化學反應所需活化能的能力減弱，使分子從常態轉變為容易發生化學反應的活躍狀態所需要的能量增加，所以此時a值將變大，C正確；無機催化劑也能降低化學反應的活化能，若將曲線Ⅰ改為用無機催化劑催化該反應，則b值將變小，D錯誤。4.[結合日常生活實際/2024江西大聯考]乳糖不耐受患者的腸道中不含乳糖酶，飲用的乳汁或牛乳中的乳糖經腸道細菌分解成乳酸后，會破壞腸道的堿性環境，導致患者發生輕度腹瀉。下列相關敘述正確的是（C）A.乳糖酶催化和保存的最適溫度是37℃B.可以通過直接口服乳糖酶治療乳糖不耐受C.飲用經乳糖酶處理的牛奶能緩解乳糖不耐受癥狀D.乳糖是一種存在于人和動物乳汁中的多糖解析酶應在低溫下保存，A錯誤；乳糖酶的化學本質是蛋白質，不能口服，B錯誤；乳糖酶能夠分解乳糖，故飲用經乳糖酶處理的牛奶能緩解乳糖不耐受癥狀，C正確；乳糖是二糖，D錯誤。5.[2024全國100所名校聯考]酶活性可用一定條件下單位時間內產物的增加量來表示。為準確測定最適溫度和最適pH條件下酶的活性，下列實驗操作不合理的是（C）A.使用過量的底物B.多次測定取平均值C.反應過程中適時補充酶制劑D.測定前分別預保溫酶和底物解析本實驗的目的是準確測定最適溫度和最適pH條件下酶的活性，不需要在反應過程中補充酶制劑，為了提高實驗結果的準確性，實驗過程中應使用過量（充足）的底物，還需多次測定取平均值以及測定前分別預保溫酶和底物，綜上所述，C符合題意。6.[2024浙江大聯考]為研究淀粉酶的特性，某同學設計了如下實驗，下列相關敘述正確的是（C）A組：1％淀粉溶液＋蒸餾水B組：1％淀粉溶液＋稀釋200倍的新鮮唾液C組：2％蔗糖溶液＋稀釋200倍的新鮮唾液A.該實驗的目的是研究酶的高效性B.可用碘液來檢測底物是否完全分解C.為了增加實驗的嚴謹性，應增加一組：2％蔗糖溶液＋蒸餾水D.向淀粉溶液中加入0.3％氯化鈉溶液以利于實驗結果的出現，這屬于對自變量的控制解析分析題意知，A組與B組的自變量是淀粉酶的有無，可用于研究酶的催化作用，B組和C組的自變量是底物的種類，可用于研究酶的專一性，A錯誤；淀粉遇碘變藍，蔗糖不能與碘液發生反應，故不能用碘液來檢測C組的底物是否完全分解，B錯誤；實驗設計時應遵循對照原則與單一變量原則，為了增強實驗的嚴謹性，應增加一組：2％蔗糖溶液＋蒸餾水，C正確；向淀粉溶液中加入0.3％氯化鈉溶液可以提升實驗的效果，這屬于對無關變量的控制，D錯誤。7.[2023豫北名校大聯考]某興趣小組為了探究不同溫度對淀粉酶A和淀粉酶B活性的影響，在10～100℃等溫度梯度設置了10組實驗，實驗結果如圖所示。下列相關敘述正確的是（C）A.pH、酶的種類、反應時間均屬于該實驗的無關變量B.60℃時，酶A和酶B的空間結構都受到了不可逆的破壞C.90℃時，相同時間內酶A組和酶B組淀粉的剩余量不同D.實驗結果表明：酶A和酶B的最適溫度分別是50℃和70℃解析該實驗的自變量是酶的種類和溫度，pH和反應時間屬于該實驗的無關變量，A錯誤；60℃低于酶B的最適溫度，酶B的空間結構未被破壞，但高于酶A的最適溫度，酶A的空間結構受到一定程度的破壞，B錯誤；90℃條件下，酶A完全失活，無法繼續分解淀粉，酶B有活性，仍在繼續分解淀粉，C正確；由于各組的溫度梯度較大，故酶A和酶B的最適溫度分別是50℃左右和70℃左右，并非50℃和70℃，D錯誤。8.[2023遂寧模擬]某科研小組將新鮮的蘿卜磨碎、過濾制得提取液，以等體積等濃度H2O2為底物，對提取液中過氧化氫酶的活性進行相關研究，得到如圖所示的實驗結果。下列說法錯誤的是（B）A.從實驗一可以看出，與加Fe3＋相比，單位時間內加蘿卜提取液產生的氧氣多，其原因是酶降低反應活化能的效果更顯著B.若將實驗一中的蘿卜提取液換成等量的新鮮肝臟研磨液，則O2產生總量明顯增多C.實驗二是在最適溫度下測定的相同時間內H2O2的剩余量，引起A、B曲線出現差異的原因最可能是酶的量不同D.過氧化氫酶制劑的保存，一般應選擇低溫、pH為7的條件解析實驗一的兩條曲線是比較蘿卜提取液和Fe3＋催化H2O2產生O2的量，主要目的是研究提取液中的過氧化氫酶和Fe3＋的催化效率，過氧化氫酶的催化效率高是因為酶降低反應活化能的效果更顯著，A正確；O2產生總量取決于底物過氧化氫的量，與酶無關，B錯誤；實驗二處于最適溫度下，相同時間內過氧化氫的剩余量不同，最可能是酶的量不同，C正確；低溫和中性環境不會破壞過氧化氫酶分子的結構，有利于酶制劑的保存，D正確。9.[2023青島調研]酸性α－淀粉酶被廣泛應用于淀粉工業中，其在酸性條件下能將淀粉水解成還原糖。科研人員為研究底物濃度對酶促反應速率的影響，進行了相關實驗，結果如圖。下列說法錯誤的是（D）A.三組不同濃度的淀粉溶液體積相同，pH都為酸性B.該實驗中三種濃度的組別都為實驗組，相互對照C.10min后0.6mg/mL組產物量基本不再增加的原因是受底物濃度的限制D.該實驗說明增大底物濃度可改變淀粉酶的空間結構解析由題圖可知，淀粉溶液的濃度、時間是自變量，淀粉溶液的體積、pH等均為無關變量，應保持相同且適宜，A正確；三種濃度的組別都為實驗組，三組實驗相互對照，B正確；10min后0.6mg/mL組的產物量基本不再增加，是因為底物已基本被消耗完，即產物量基本不再增加的原因是受底物濃度的限制，C正確；該實驗說明適當增大底物濃度可以增大酶促反應速率，但不能說明增大底物濃度可改變淀粉酶的空間結構，D錯誤。10.[結合生產實踐/2024河北部分高中聯考]茶葉中的多酚氧化酶能使茶多酚氧化，形成茶多酚的氧化產物茶黃素、茶紅素和茶褐素等。綠茶加工過程中的殺青就是利用適當的高溫鈍化酶的活性，在短時間內制止由酶引起的一系列化學變化，形成綠茶綠葉綠湯的品質特點。下列敘述正確的是（B）A.多酚氧化酶只能催化茶多酚氧化是因為酶具有高效性B.綠茶能保持綠色與短時間內高溫破壞多酚氧化酶空間結構有關C.殺青后，多酚氧化酶不能與雙縮脲試劑發生紫色反應D.多酚氧化酶為茶多酚氧化形成茶黃素、茶紅素和茶褐素的過程提供能量解析多酚氧化酶只能催化茶多酚氧化，是因為酶具有專一性，A錯誤；據題意可知，綠茶能保持綠色與短時間內高溫破壞多酚氧化酶空間結構有關，B正確；高溫導致蛋白質變性，蛋白質結構變得伸展、松散，暴露出的肽鍵能與雙縮脲試劑發生紫色反應，故殺青后，多酚氧化酶能與雙縮脲試劑發生紫色反應，C錯誤；酶在催化反應過程中可以降低化學反應所需的活化能，不提供能量，D錯誤。二、非選擇題11.[2024河南部分學校聯考，10分]酶是活細胞產生的、具有催化作用的有機物，能使細胞代謝在溫和條件下快速有序地進行。請回答下列問題：（1）細胞中與消化酶的合成和分泌有關的細胞器有核糖體、內質網、高爾基體和線粒體；酶能使細胞代謝在溫和條件下進行，酶的作用機理是降低化學反應的活化能。（2）多酶片是腸溶衣（不溶于胃液，易溶于腸液）與糖衣（可溶于胃液）的雙層包衣片，內層為腸溶衣包裹的胰酶（胰蛋白酶、胰淀粉酶和胰脂肪酶），外層為糖衣包裹的胃蛋白酶，常用于治療消化不良。請從影響酶活性的角度分析，多酶片使用腸溶衣包裹胰酶的目的是保護胰酶免受胃液的破壞。（3）已知胰酶發揮作用的液體環境呈弱堿性。為進一步驗證胰酶在強酸性條件下會喪失生物活性，某同學利用pH為2的鹽酸、pH為10的NaOH、多酶片、蛋白塊、弱堿性緩沖液等設計實驗進行探究，請補充實驗思路及預期結果：取等量的多酶片內層的胰酶分別加入兩試管中，編號為甲、乙，甲試管加入弱堿性緩沖液，乙試管中先加入pH為2的鹽酸，一段時間后再滴加pH為10的NaOH，調節pH至弱堿性，再向甲、乙兩試管中分別加入相同大小的蛋白塊，保持適宜的溫度一段時間，預期結果為甲試管中蛋白塊變小，乙試管中蛋白塊基本無變化。解析（1）消化酶是胞外酶，屬于分泌蛋白，與其合成和分泌有關的細胞器有核糖體、內質網、高爾基體和線粒體。酶起催化作用，作用機理是降低化學反應的活化能，加快反應速率。（2）胃液的pH為0.9～1.5，胰酶在該pH下會變性失活，喪失催化功能，腸溶衣可保護胰酶免受胃液的破壞，使胰酶進入小腸后發揮作用。（3）為證明強酸使胰酶變性失活，可通過設計如下實驗：一組在弱堿性環境下只用胰酶處理蛋白塊，另一組先用pH為2的鹽酸處理胰酶，再調節pH至弱堿性，最后加入蛋白塊，觀察兩組蛋白塊的變化。由于強酸使胰酶變性失活，則甲試管中胰酶處理后蛋白塊變小，乙試管中強酸處理后胰酶的活性喪失，蛋白塊基本無變化。一、選擇題12.[2023河南TOP二十名校聯考]已知氯離子和銅離子可以改變唾液淀粉酶活性位點的空間結構，為探究氯離子和銅離子對唾液淀粉酶活性的影響，某研究小組設計了如下實驗：加入試劑淀粉唾液淀粉酶NaCl蒸餾水CuSO4碘液組別1＋＋－＋－＋2＋＋＋－－＋3＋＋－－＋＋注：“＋”代表加入，“－”代表不加，各組同一步驟中加入物質的濃度和量都相同。下列敘述錯誤的是（B）A.為證明唾液淀粉酶能催化淀粉水解，設置的第4組需加入淀粉、蒸餾水、碘液B.若第2組加碘液檢測后顏色比第1組淺，說明氯離子能提高唾液淀粉酶的活性C.僅憑第3組檢測后顏色比第1組深，得出銅離子抑制唾液淀粉酶活性的結論是不可靠的D.本實驗還需要設置一組加入淀粉、唾液淀粉酶、Na2SO4、碘液的對照組解析為證明唾液淀粉酶能催化淀粉水解，還應設置不加唾液淀粉酶的對照組，因此第4組需加入淀粉、蒸餾水、碘液，用碘液檢測淀粉是否水解，與第1組形成對照，A正確。若第2組加碘液檢測后顏色比第1組淺，說明第2組淀粉的水解量多，唾液淀粉酶的活性高，但只能說明NaCl能提高唾液淀粉酶的活性，不能排除鈉離子的影響，B錯誤。第3組檢測后顏色比第1組深，能得出CuSO4抑制唾液淀粉酶活性的結論，但無法確定是銅離子的作用，C正確。本實驗還需要設置一組加入淀粉、唾液淀粉酶、Na2SO4、碘液的對照組，以排除Na＋、SO42－13.[結合日常生活實際/2024岳陽質監]魚宰殺后魚肉中的腺苷三磷酸降解生成肌苷酸，能極大地提升魚肉鮮味。肌苷酸在酸性磷酸酶（ACP）作用下降解又導致魚肉鮮味下降。研究者通過實驗來探究魚肉鮮味下降的外因，實驗結果如圖所示。下列有關敘述正確的是（D）A.本實驗的自變量只有pH和溫度，因變量是酸性磷酸酶（ACP）的相對活性B.不同魚的ACP的最適溫度和最適pH有差異，根本原因在于不同魚體內的ACP結構不同C.pH低于3.8、溫度超過60℃條件下，對鱔魚肌肉酸性磷酸酶（ACP）活性影響的機理不同D.由圖可知，宰殺后放置相同的時間，鮰魚在pH6.0、溫度40℃左右的條件下，魚肉鮮味下降最快解析由題意和題圖可知，本實驗的自變量為魚的種類、pH和溫度，因變量為ACP相對酶活性，A錯誤；不同魚的ACP的最適溫度和最適pH有差異，根本原因在于控制合成ACP的基因不同，B錯誤；溫度超過60℃（高溫）、pH低于3.8（過酸），鱔魚肌肉ACP都會因為空間結構的改變而失去活性，影響機理是相同的，C錯誤；由圖可知，鮰魚在pH6.0、溫度40℃條件下ACP相對酶活性最高，導致魚肉鮮味下降最快，D正確。14.[2024天津模擬]圖1所示為酶作用模型及兩種抑制劑影響酶活性模型。果蔬褐變的主要原因是多酚氧化酶（PPO）催化酚形成黑色素。某同學設計實驗探究不同溫度下兩種PPO活性的大小，結果如圖2所示，其中酶A和酶B分別為兩種不同的PPO，各組加入的PPO的量相同。下列敘述錯誤的是（C）A.由圖1推測，競爭性抑制劑與底物競爭酶的結合部位，從而影響酶促反應速率B.非競爭性抑制劑與酶結合后，改變了酶的空間結構，其機理與高溫抑制酶活性的機理相似C.圖2實驗的自變量是溫度、酶的種類和抑制劑的種類，PPO用量是無關變量D.在研究的溫度范圍內，圖2中相同溫度條件下酶B催化效率更高解析據圖可知，競爭性抑制劑與底物具有類似結構，競爭性抑制劑能夠和底物爭奪酶的同一活性部位，從而影響酶促反應速率，A正確。非競爭性抑制劑與酶活性位點以外的其他位點結合，通過改變酶的空間結構使酶的活性受到抑制，高溫會使酶的空間結構被破壞，從而使酶的活性受到抑制，兩者的作用機理相似，B正確。圖2實驗的目的是探究不同溫度下兩種PPO活性的大小，實驗的自變量為溫度、酶的種類，因變量為酶的剩余量，PPO用量是無關變量，C錯誤。由圖2可知，各溫度條件下酶B剩余量都最少，說明酶B與底物結合率更高，所以相同溫度條件下酶B催化效率更高，D正確。15.[情境創新/2023張家口二模]將過氧化氫酶固定于海綿塊，利用海綿上浮法可以探究pH對過氧化氫酶活性的影響。根據浮力原理給固定了過氧化氫酶的海綿釘上紐扣（加重力），給紐扣綁上細線，并把細線另一端統一綁定在同一根數據線上，在最適溫度下將海綿分別置于盛有過氧化氫溶液但pH不同的燒杯中，觀察、記錄海綿上浮的時間，實驗操作及結果如圖所示。下列推測錯誤的是（C） A.海綿上浮法的原理是過氧化氫酶能催化過氧化氫分解產生氧氣從而使海綿上浮B.據圖可知，pH約為7時過氧化氫酶降低化學反應活化能的能力最強C.給海綿釘上紐扣的目的是使海綿的上浮速率加快，更利于觀察D.若適當降低溫度，圖乙中的曲線形狀基本不變，但曲線可能會上移解析由圖可知，pH約為7時，過氧化氫酶的活性最高，降低化學反應活化能的能力最強，B正確；給海綿釘上紐扣的作用是加重力，目的是使海綿的上浮速率減慢，更利于觀察，C錯誤；探究pH對過氧化氫酶活性的影響是在最適溫度下進行的，若適當降低溫度，反應速率減慢，上浮時間增加，因此圖乙中的曲線形狀基本不變，但曲線可能會上移，D正確。二、非選擇題16.[12分]已知過氧化氫在高溫下會分解，酶在高溫下會變性失活，為探究高溫下過氧化氫分解反應的影響因素，某生物興趣小組設計了如下實驗：（1）實驗過程與結果：①取兩支潔凈試管，分別編號為甲、乙；②在甲試管中加入2mL體積分數為3％新配制的過氧化氫溶液，在乙試管中加入1mL質量分數為20％的新鮮肝臟研磨液，將兩支試管分別置于100℃恒溫水浴鍋中5min；③將乙試管中的肝臟研磨液加入甲試管，振蕩搖勻，再置于100℃恒溫水浴鍋中5min，結果未觀察到氣泡產生。（2）結果分析：推斷觀察不到氣泡產生的可能原因。①高溫使過氧化氫酶變性失活；②高溫使底物過氧化氫全部分解。（3）驗證實驗：請在原實驗的基礎上設計實驗驗證你的推斷（實驗材料自選）。①實驗方案：方案一：將試管溫度慢慢降至37℃，無氣泡產生。繼續向試管中加入2mL體積分數為3％新配制的過氧化氫溶液，觀察有無氣泡產生。方案二：將試管溫度慢慢降至37℃，無氣泡產生。繼續向試管中加入1mL質量分數為20％的新鮮肝臟研磨液，觀察有無氣泡產生。②結果預測：若方案一無氣泡產生，方案二有氣泡產生，則原因①成立；若方案一有氣泡產生，方案二無氣泡產生，則原因②成立；若方案一無氣泡產生，方案二無氣泡產生（方案及結果預測合理即可），則原因①和原因②都成立。解析分析可知，觀察不到氣泡產生的可能原因有高溫使過氧化氫酶變性失活、高溫使底物過氧化氫全部分解。若是高溫導致底物全部分解，則在37℃條件下再次加入過氧化氫后應該有氣泡產生，若是高溫導致酶失活，則溫度降低后酶不會恢復活性，若加入新鮮的肝臟研磨液（含酶），則會產生氣泡。故實驗方案一可為：將試管溫度慢慢降至37℃，無氣泡產生；繼續向試管中加入2mL體積分數為3％新配制的過氧化氫溶液，觀察有無氣泡產生。方案二可為：將試管溫度慢慢降至37℃，無氣泡產生；繼續向試管中加入1mL質量分數為20％的新鮮肝臟研磨液，觀察有無氣泡產生。若酶在高溫條件下失活，則方案一無氣泡產生，方案二有氣泡產生；若底物在高溫條件下被全部分解，則方案一有氣泡產生，方案二無氣泡產生；若兩種原因都成立，則方案一和方案二都無氣泡產生。17.[說明檢測原理，9分]脲酶能夠將尿素分解成二氧化碳和氨（氨溶于水后形成銨根離子）。某研究人員利用一定濃度的尿素溶液進行了銅離子對脲酶活性的影響實驗，得到如圖所示結