Тест по биологии: Механизм действия катализаторов в химических реакциях (10 класс)
Тест по биологии «Механизм действия катализаторов в химических реакциях» для 10 класса — это углубленная проверочная работа, предназначенная для оценки понимания учащимися биохимических и термодинамических основ ферментативного катализа. Тест охватывает темы энергетических барьеров, равновесия реакций и специфики работы ферментов как биологических катализаторов.
1
Каково основное термодинамическое воздействие катализатора на химическую реакцию?
Правильный ответ:
Катализатор ускоряет достижение химического равновесия, не смещая его положения.Пояснение:
Фундаментальное свойство любого катализатора заключается в том, что он одинаково ускоряет как прямую, так и обратную реакцию. Это позволяет системе быстрее прийти в состояние термодинамического равновесия, однако соотношение концентраций реагентов и продуктов в равновесии остается неизменным, так как оно определяется разностью энергий исходных и конечных веществ, на которую катализатор не влияет.2
Как называются реакции, которые протекают с выделением свободной энергии (самопроизвольные реакции)?
Правильный ответ:
Экзергонические.Пояснение:
Экзергоническими называются химические реакции, в ходе которых свободная энергия системы уменьшается (изменение энергии Гиббса отрицательно). Такие реакции термодинамически выгодны и могут протекать самопроизвольно, хотя часто требуют преодоления активационного барьера.3
Что представляет собой энергия активации химической реакции?
Правильный ответ:
Минимальное количество дополнительной энергии, необходимое реагентам для преодоления энергетического барьера и вступления в реакцию.Пояснение:
Энергия активации — это своеобразный энергетический “порог” или барьер, который молекулы должны преодолеть, чтобы перейти в нестабильное переходное состояние и превратиться в продукты. Без получения этой энергии даже термодинамически выгодные реакции не происходят или идут крайне медленно.4
Каким именно образом ферменты ускоряют химические реакции?
Правильный ответ:
Они снижают энергию активации реакции, предоставляя альтернативный путь через образование фермент-субстратного комплекса.Пояснение:
Механизм действия ферментов основан на снижении высоты энергетического барьера. Образуя комплекс с субстратом, фермент деформирует химические связи, сближает реагенты и ориентирует их нужным образом, что требует меньше энергии для достижения переходного состояния по сравнению с некатализируемой реакцией.5
Почему бумажные рукописи могут храниться столетиями, не сгорая самопроизвольно, несмотря на то, что реакция окисления целлюлозы экзергонична?
Правильный ответ:
Потому что при комнатной температуре молекулы целлюлозы не обладают достаточной энергией для преодоления высокого барьера энергии активации.Пояснение:
Реакция окисления целлюлозы термодинамически выгодна (идет с выделением тепла), но она имеет очень высокую энергию активации. При обычных условиях лишь ничтожная доля молекул способна преодолеть этот барьер, поэтому процесс идет бесконечно медленно. Огонь (высокая температура) или катализатор помогают преодолеть этот барьер.6
Какое вещество является субстратом для фермента сахаразы (инвертазы)?
Правильный ответ:
Сахароза.Пояснение:
Сахараза (или инвертаза) — это фермент, специфически катализирующий реакцию гидролиза дисахарида сахарозы. В результате действия этого фермента сахароза распадается на две молекулы моносахаридов: глюкозу и фруктозу.7
Что происходит с катализатором в конце химической реакции?
Правильный ответ:
Он высвобождается в неизменном виде и может снова вступать во взаимодействие с новыми молекулами субстрата.Пояснение:
Определение катализатора подразумевает, что это вещество участвует в промежуточных стадиях процесса, но полностью восстанавливается к концу реакции. Это позволяет одной молекуле фермента перерабатывать тысячи и миллионы молекул субстрата за короткое время.8
Какой участок молекулы фермента отвечает за связывание субстрата и осуществление катализа?
Правильный ответ:
Активный центр.Пояснение:
Активный центр — это уникальная область фермента, обычно имеющая вид кармана или щели, сформированная радикалами аминокислот. Именно здесь происходит специфическое узнавание субстрата, его связывание и химическое превращение.9
Как называется модель взаимодействия фермента и субстрата, предполагающая гибкость активного центра?
Правильный ответ:
Модель индуцированного соответствия («рука-перчатка»).Пояснение:
Модель индуцированного соответствия, предложенная Д. Кошландом, утверждает, что активный центр не является жесткой структурой. При приближении субстрата фермент меняет свою конформацию, подстраиваясь под форму субстрата для обеспечения наилучшего катализа.10
Что происходит с активностью ферментов при повышении температуры выше оптимальной (обычно более 50–60 °C)?
Правильный ответ:
Активность резко падает из-за тепловой денатурации белковой молекулы.Пояснение:
Ферменты имеют белковую природу, и их сложная третичная структура поддерживается слабыми связями (водородными, ионными). При высоких температурах эти связи разрываются, белок разворачивается (денатурирует), структура активного центра разрушается, и катализ прекращается.11
Какая характеристика отличает ферменты от неорганических катализаторов?
Правильный ответ:
Ферменты обладают высокой субстратной специфичностью (избирательностью).Пояснение:
Неорганические катализаторы (например, платина) часто могут ускорять широкий спектр реакций. Ферменты же, благодаря уникальному строению активного центра, катализируют превращение только одного конкретного вещества или узкой группы родственных веществ.12
Какие реакции называются эндергоническими?
Правильный ответ:
Реакции, в ходе которых свободная энергия системы увеличивается (идут с поглощением энергии).Пояснение:
Эндергонические реакции (например, фотосинтез или биосинтез белка) характеризуются положительным изменением свободной энергии (ΔG>0Delta G > 0ΔG>0). Они не могут идти самопроизвольно и требуют притока энергии извне (сопряжения с экзергоническими процессами, например, гидролизом АТФ).13
Что такое субстратная специфичность фермента?
Правильный ответ:
Способность фермента катализировать превращение только одного определенного вещества или типа связи.Пояснение:
Субстратная специфичность обусловлена строгим стерическим (пространственным) и химическим соответствием между молекулой субстрата и активным центром фермента. Это позволяет клетке точно контролировать метаболические пути, избегая хаоса побочных реакций.14
Какую роль играет образование фермент-субстратного комплекса в ходе реакции?
Правильный ответ:
Оно обеспечивает правильную ориентацию молекул и деформацию связей, что облегчает образование продуктов.Пояснение:
Образование комплекса ES — ключевой момент катализа. В комплексе субстрат фиксируется в непосредственной близости от каталитических групп фермента в ориентации, благоприятной для реакции, что резко повышает вероятность успешного химического превращения.15
Как влияют катализаторы на состояние химического равновесия обратимой реакции?