Тест по биологии: Отличия ферментов от химических катализаторов (10 класс)
Тест по биологии «Отличия ферментов от химических катализаторов» для 10 класса — это проверочная работа, предназначенная для оценки понимания учащимися фундаментальных различий между биологическим и неорганическим катализом. Тест охватывает вопросы эффективности, специфичности, механизмов регуляции и энергетического сопряжения реакций.
1
Какое утверждение наиболее точно описывает разницу в эффективности между ферментами и неорганическими катализаторами?
Правильный ответ:
Ферменты ускоряют реакции в 10710^7107—10910^9109 раз и более, что на много порядков превышает эффективность неорганических катализаторов.Пояснение:
Биологические катализаторы (ферменты) являются самыми мощными из известных ускорителей реакций. Их сложная структура обеспечивает идеальную ориентацию субстрата, что позволяет снизить энергию активации намного сильнее, чем это делают простые химические катализаторы, ускоряя процесс в миллионы и миллиарды раз.2
В чем заключается свойство специфичности ферментов, отличающее их от большинства химических катализаторов?
Правильный ответ:
Ферменты катализируют превращение только одного конкретного субстрата или узкой группы родственных веществ, тогда как неорганические катализаторы часто действуют неизбирательно.Пояснение:
Высокая избирательность (специфичность) — уникальная черта ферментов. Активный центр фермента геометрически и химически соответствует строго определенному субстрату (“ключ-замок”), что исключает побочные реакции. Неорганические катализаторы, например кислоты, могут расщеплять множество разных связей без разбора.3
Какой уникальной способностью обладают ферменты в отношении энергетического баланса реакций, в отличие от простых катализаторов?
Правильный ответ:
Ферменты могут осуществлять эндергонические реакции (идущие с поглощением энергии) за счет их сопряжения с экзергоническими реакциями (распадом АТФ).Пояснение:
Обычный катализатор не может заставить идти термодинамически невыгодную реакцию. Ферменты же способны использовать механизм энергетического сопряжения: они используют энергию распада макроэргических соединений (главным образом АТФ) для проведения реакций синтеза, которые требуют затрат энергии.4
Какая особенность регуляции характерна для ферментов, но отсутствует у неорганических катализаторов?
Правильный ответ:
Активность ферментов может тонко регулироваться специальными молекулами (активаторами и ингибиторами) через аллостерические центры.Пояснение:
Живые системы должны управлять скоростью метаболизма. Ферменты имеют встроенные механизмы управления: их работа может быть ускорена или заблокирована сигнальными молекулами, связывающимися с регуляторными центрами. Кусок платины или кислота не имеют таких механизмов “включения/выключения”.5
Как различаются условия протекания реакций при биокатализе и промышленном химическом катализе?
Правильный ответ:
Ферменты работают в мягких условиях (нормальное давление, температура тела, нейтральный pH), тогда как химические катализаторы часто требуют жестких условий.Пояснение:
Ферменты — это белки, они денатурируют (разрушаются) при жестких условиях. Эволюция приспособила их к эффективной работе при физиологических параметрах. Химическая промышленность, напротив, часто вынуждена использовать огромные температуры и давления, чтобы заставить реакции идти с приемлемой скоростью.6
Что такое побочные продукты реакции, и как с ними обстоит дело при ферментативном катализе?
Правильный ответ:
Это вещества, образующиеся параллельно с основным продуктом; благодаря высокой специфичности ферментов побочные продукты в живых системах практически не образуются.Пояснение:
Благодаря тому, что активный центр фермента жестко фиксирует субстрат в определенном положении, химическое превращение идет по строго определенному пути. Это обеспечивает 100% выход нужного продукта без образования “химического мусора”, что часто случается при неорганическом катализе.7
Какой источник энергии чаще всего используют ферменты для проведения реакций синтеза?
Правильный ответ:
Энергию макроэргических связей молекулы АТФ (аденозинтрифосфата).Пояснение:
АТФ является универсальной “энергетической валютой” клетки. При гидролизе (расщеплении) макроэргических связей в АТФ выделяется значительное количество энергии, которую ферменты улавливают и используют для совершения химической работы (синтеза веществ).8
Что произойдет с ферментом и неорганическим катализатором (например, оксидом марганца) при нагревании до 100 градусов Цельсия?
Правильный ответ:
Фермент денатурирует и необратимо потеряет активность, а неорганический катализатор сохранит свои свойства и даже ускорит работу.Пояснение:
Термолабильность (неустойчивость к температуре) — важное отличие ферментов. Будучи белками, они имеют сложную третичную структуру, которая держится на слабых связях. Нагревание разрушает эту структуру. Неорганические катализаторы обычно имеют прочную кристаллическую решетку, устойчивую к нагреву.9
Каков итог энергетического баланса двух сопряженных реакций, проводимых ферментом (эндергонической и экзергонической)?
Правильный ответ:
Суммарное изменение свободной энергии отрицательно (энергия выделяется), так как часть энергии всегда рассеивается в виде тепла.Пояснение:
Согласно второму закону термодинамики, передача энергии не может быть 100% эффективной. Даже при сопряжении реакций ферментом, энергия, выделяемая при распаде АТФ, должна быть больше, чем энергия, затрачиваемая на синтез. Разница (избыток) рассеивается в виде тепла, делая общий процесс необратимым.10
Какой термин описывает способность организма ускорять или замедлять ферментативные реакции в ответ на внешние сигналы?