1选择题
某科研团队为提升某工业酶制剂的热稳定性，对该酶在不同温度条件下的催化性能进行了测定。已知信息：在底物浓度较低时，随底物浓度升高，酶促反应速率明显增大；当底物浓度达到一定值后，反应速率不再随底物浓度升高而增大（达到饱和）。实验测得：在最适温度 T₀ 下，该酶促反应的最大速率（Vmax）为 20 μmol·L⁻¹·min⁻¹；将温度升高至 T₀ + 10 ℃ 后，在底物浓度相同的条件下，该酶促反应的最大速率降至 8 μmol·L⁻¹·min⁻¹；若先将该酶在 T₀ + 10 ℃ 下保温 30 min，再调回 T₀ 并补充足量底物，测得反应速率仅为 2 μmol·L⁻¹·min⁻¹。下列叙述正确的是（ ）
- A. 温度由 T₀ 升高至 T₀ + 10 ℃ 后，反应速率下降是因为高温使酶的空间结构发生改变，酶活性降低
- B. 温度由 T₀ 升高至 T₀ + 10 ℃ 后，适当增大底物浓度可以使反应速率恢复到 20 μmol·L⁻¹·min⁻¹
- C. 该酶在 T₀ + 10 ℃ 下保温 30 min 后调回 T₀，反应速率不能恢复，说明低温与高温对酶的作用效果相同
- D. 只要适当降低反应体系的 pH，就能使该酶在 T₀ + 10 ℃ 下的活性完全恢复
答案：A
解析：本题结合工业酶制剂工程情境，考查温度对酶活性的影响及酶促反应速率曲线的饱和点含义。
A项：温度升高至 T₀ + 10 ℃ 后，最大反应速率由 20 降至 8 μmol·L⁻¹·min⁻¹，说明最大速率（Vmax）下降，即酶活性降低，原因是高温使酶的空间结构发生改变（部分变性），正确。
B项：题干明确
2选择题
某工程团队利用¹⁸O标记技术研究细胞呼吸中氧原子的去向。已知信息：向酵母菌培养液中通入用¹⁸O标记的氧气（¹⁸O₂），其余条件适宜，酵母菌进行有氧呼吸。一段时间后检测发现，细胞内生成的水中含有¹⁸O，而生成的CO₂中不含¹⁸O。若改用¹⁸O标记葡萄糖（C₆H₁₂¹⁸O₆）进行有氧呼吸，则葡萄糖中¹⁸O的转移途径是（ ）
- A. 葡萄糖→丙酮酸→H₂O
- B. 葡萄糖→丙酮酸→CO₂
- C. 葡萄糖→O₂→H₂O
- D. 葡萄糖→H₂O→CO₂
答案：B
解析：有氧呼吸第一阶段在细胞质基质中进行，1分子葡萄糖分解为2分子丙酮酸和少量[H]，释放少量能量，葡萄糖中的氧原子全部进入丙酮酸；第二阶段在线粒体基质中进行，丙酮酸与水反应生成CO₂和[H]，丙酮酸中的氧进入CO₂；第三阶段在线粒体内膜上进行，[H]与O₂结合生成水，水中的氧全部来自O₂（题干中通入¹⁸O₂后水中出现¹⁸O、CO₂中无¹⁸O，正好印证这一点）。因此葡萄糖中¹⁸O的路径是葡萄糖→丙酮酸→CO₂。易错点：①误认为水中的氧来自葡萄糖，从而错选A或D；②不清楚丙酮酸是第一阶段的产物、CO₂是第二阶段的产物，把元素转移与能量释放混淆；③误认为葡萄糖中的氧可直接生成O₂（O₂是光合作用光反应的产物，与呼吸过程无关）。故选B。
3选择题
某科研团队用小球藻进行光合作用实验，向悬浮液中通入¹⁴CO₂，并分别在不同光照时间取样，测定细胞内放射性物质的分布。已知信息：光照3秒时，90%以上的放射性出现在C₃化合物中；光照5秒时，C₃和C₅化合物中均检测到放射性；若在光照的同时加入某药物抑制C₃的还原，则较长时间后放射性仍主要停留在C₃中。下列有关叙述错误的是（ ）
- A. CO₂进入叶绿体后首先与C₅结合生成C₃，故短时光照下放射性先出现在C₃中
- B. 光照5秒时C₅中出现放射性，说明C₃被还原后可再生为C₅
- C. 该药物抑制C₃还原后C₅持续消耗不再生成，长时间后C₅含量会下降
- D. 放射性出现在C₃中，说明CO₂是先与[H]结合再转化为C₃的
答案：D
解析：暗反应（卡尔文循环）的基本过程为：CO₂＋C₅→2C₃，C₃在ATP和[H]（NADPH）的作用下被还原为(CH₂O)并再生出C₅。分析各项：A正确，CO₂固定是CO₂与C₅结合生成C₃，故3秒时放射性集中于C₃；B正确，5秒时C₅出现放射性，说明C₃还原后碳又回到C₅中；C正确，药物抑制C₃还原，C₅不再由C₃再生，但固定CO₂的反应仍在消耗C₅，故C₅含量下降；D错误，CO₂不是先与[H]结合，而是先被C₅固定生成C₃，C₃再被[H]和ATP还原，这是常见易错点。另易错：混淆光反应产物（O₂、ATP、[H]）与暗反应产物（(CH₂O)、C₅）；误认为C₃还原需要光直接参与。故选D。
4填空题
某生物兴趣小组为探究酵母菌在不同通气条件下细胞内细胞器数量与功能的关系，设计了如下实验（已知信息）：
① 甲组酵母菌在持续通入无菌空气的培养液中培养，乙组酵母菌在密封无氧的培养液中培养，其他条件（温度、pH、培养液成分与体积、接种量）均相同且适宜，培养48 h后取样观察。
② 电镜观察与定量统计结果：甲组每个细胞中线粒体数量平均为42个，乙组平均为9个；两组细胞中内质网、核糖体、高尔基体的数量无显著差异。
③ 功能检测：甲组细胞呼吸的耗氧量显著高于乙组；两组细胞均能合成蛋白质。
请回答下列问题：
（1）线粒体是____________的主要场所，被称为细胞的“动力工厂”；线粒体具有________层膜结构。
（2）乙组酵母菌在无氧条件下主要进行____________，该过程在细胞的____________（填细胞结构名称）中进行，产生的能量较有氧呼吸________（填“多”或“少”），因此乙组细胞中线粒体数量明显减少，这说明细胞器的数量与细胞的____________相适应。
（3）两组细胞均能合成蛋白质，说明____________（填细胞器名称）在两种条件下均发挥功能；而细胞核中的染色质主要由____________和____________组成，染色质与染色体是____________在不同时期的两种形态。
（4）若将甲组细胞置于含有放射性同位素标记的氨基酸的培养液中短时间培养，最先出现放射性的细胞器是____________，这体现了生物膜系统在____________上的分工与合作。
答案：（1）有氧呼吸；2（双）。
（2）无氧呼吸（酒精发酵）；细胞质基质；少；功能（代谢需求/生命活动需求）。
（3）核糖体；DNA；蛋白质；同一物质。
（4）核糖体；分泌蛋白的合成与运输（或物质的合成、加工与运输）。
解析：本题以酵母菌通气培养的工程实验数据为情境，考查细胞器的结构与功能、细胞核的结构，突出“数据推理—结构功能相适应”的分析过程。
（1）易错点：把线粒体误答为“光合作用的场所”（那是叶绿体）；膜的层数记错，线粒体与叶绿体均为双层膜（2层），而高尔基体、内质网、液泡为单层膜，核糖体与中心体无膜。
（2）易错点：无氧呼吸的场所误填为线粒体（应为细胞质基质）；误认为无氧呼吸也能产生大量能量（实际产能少，且大部分能量存留在酒精中）。
（3）易错点：蛋白质合成场所误填为内质网或高尔基体（核糖体才是合成场所，内质网与高尔基体主要参与加工运输）；染色质成分误答为“RNA和蛋白质”（应为DNA和蛋白质）；误认为染色质与染色体是两种不同物质。
（4）易错点：误填内质网或高尔基体；分泌蛋白合成与运输的路径应为核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜，需注意先后顺序。
5解答题
某工程团队设计一款以固定化过氧化氢酶为核心的生物催化脱氧装置，用于去除密闭舱室空气中的H₂O₂。已知信息：①该装置将过氧化氢酶固定在多孔陶瓷载体上，H₂O₂流经载体时被分解为H₂O和O₂；②团队用该酶与FeCl₃分别催化同一浓度的H₂O₂溶液，在相同时间内测得：酶组产生O₂ 3.6 mmol，FeCl₃组产生O₂ 0.45 mmol；③反应前后酶本身的化学性质和质量均不改变。回答下列问题：
（1）该实验的自变量和因变量分别是什么？
（2）由数据计算酶组的催化效率约是FeCl₃组的多少倍？并用“降低化学反应活化能”解释这一差异。
（3）若舱室温度由25℃升至80℃，该装置的脱氧效率会怎样变化？请说明原因。
（4）有人认为“酶只能在活细胞内起作用”，请结合该工程装置评价这一观点。
答案：（1）自变量是催化剂的种类（过氧化氢酶与无机催化剂FeCl₃）；因变量是相同时间内O₂的产生量（即H₂O₂的分解速率，反映催化效率）。
（2）3.6 ÷ 0.45 = 8，酶组催化效率约为FeCl₃组的8倍。原因：酶降低化学反应活化能的作用更显著，使H₂O₂分解反应在常温下更快进行，故催化效率更高（酶具有高效性）。
（3）效率先升高后显著下降（80℃时几乎为零）。原因：一定升温范围内分子运动加快、反应速率增大；但过氧化氢酶的化学本质是蛋白质，80℃高温使其空间结构被破坏（变性失活），失去催化能力。
（4）该观点错误。酶是由活细胞产生的，但只要条件适宜（适宜的温度、pH等），酶在细胞外、体外乃至工程装置中同样能催化反应；本装置中固定化的过氧化氢酶在细胞外持续分解H₂O₂即为实证。此外，酶在反应前后本身的化学性质和质量不变，可重复使用，这也是工程应用的基础。
解析：本题以工程催化装置为情境，综合考查酶的本质、高效性及作用机理。易错点：①把“高效性”与“专一性”混为一谈——本题比较的是同一种底物、不同催化剂的效率，体现的是高效性；②误认为酶在细胞外不起作用，忽略酶只要条件适宜即可发挥催化作用；③忽略酶本身在反应前后不变这一特点；④计算时未注意“相同时间内”，直接比较产气量即可得倍数。结论：抓住“自变量—因变量—降低活化能”三要素，按步骤作答即可。
6解答题
科研人员利用某植物非绿色块根（只进行细胞呼吸，不进行光合作用）研究O₂浓度对呼吸作用的影响。已知信息：①该块根有氧呼吸总反应式为 C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O → 6CO₂ + 12H₂O + 能量；无氧呼吸（酒精发酵）反应式为 C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 少量能量；②在相同温度和时间内测得不同O₂浓度下的气体交换量如下表：
O₂浓度 O₂吸收量/mmol CO₂释放量/mmol
------ ------------- --------------
0 0 8
2% 2 10
5% 4 8
10% 6 6
15% 6 6
回答下列问题：
（1）O₂浓度为0时，该块根进行何种呼吸？此时葡萄糖消耗量是多少mmol？
（2）O₂浓度为2%时，CO₂释放量大于O₂吸收量，判断此时两种呼吸并存的依据是什么？并计算此时无氧呼吸分解的葡萄糖量。
（3）从减少有机物消耗的角度，应选择哪一O₂浓度储存该块根？请通过计算说明理由。
（4）O₂浓度为10%与15%时，O₂吸收量和CO₂释放量相等且不再增加，说明此时限制呼吸强度的主要因素是什么？
答案：（1）只进行无氧呼吸（酒精发酵）。由反应式 C₆H₁₂O₆ → 2CO₂，得 n(葡萄糖)=8 ÷ 2 = 4 mmol。
（2）依据：有氧呼吸中O₂吸收量与CO₂释放量相等（1∶1），若CO₂释放量（10 mmol）大于O₂吸收量（2 mmol），多出的CO₂只能来自无氧呼吸，故两种呼吸并存。
计算：有氧呼吸吸收O₂ 2 mmol，产生CO₂ 2 mmol，消耗葡萄糖 2 ÷ 6 = 1/3 mmol；无氧呼吸产生CO₂ 10 − 2 = 8 mmol，消耗葡萄糖 8 ÷ 2 = 4 mmol。
（3）应选O₂浓度约5%。理由：总有机物消耗 = 有氧消耗 + 无氧消耗。0%时：0 + 4 = 4 mmol；2%时：1/3 + 4 ≈ 4.33 mmol；5%时：4/6 + (8−4)/2 = 2/3 + 2 ≈ 2.67 mmol；10%时：6/6 + 0 = 1 mmol；15%时：1 mmol。10%与15%时葡萄糖消耗量均为1 mmol，最低；但10%已使呼吸强度达到平台，继续提高O₂浓度不再增强呼吸，故从节能与实际操作角度，选择约10%（或答“10%～15%之间、以10%为宜”）更合理，此时有机物消耗最少。
（4）此时O₂浓度已不再是限制因素，限制呼吸强度的主要因素是呼吸酶的数量（活性）及线粒体数量等内部因素（或答“酶的量”）。
解析：本题以数据表替代曲线图，考查有氧呼吸与无氧呼吸的比较及储存应用，突出计算与推理步骤。易错点：①忘记无氧呼吸（酒精发酵）也产生CO₂，误把CO₂释放量全部当作有氧呼吸量；②混淆O₂吸收量与CO₂释放量的比值意义——有氧呼吸为1∶1，差值部分来自无氧呼吸；③计算葡萄糖时用错比例，有氧呼吸是1葡萄糖∶6O₂∶6CO₂，无氧呼吸是1葡萄糖∶2CO₂；④判断储存条件时只看O₂浓度高低，不通过计算比较有机物总消耗。结论：先拆分气体来源，再按反应式计量计算，最后比较总消耗量。
7解答题
某科研团队研发用于生物燃料电池的工程酵母菌。为优化其产能效率，团队在恒温密闭发酵罐中开展实验，记录数据如下：
已知信息：
① 发酵罐中接种等量同种酵母菌，培养液中葡萄糖充足，其他条件相同且适宜。
② 第1组：持续通入无菌空气（有氧条件），培养10小时，测得培养液中CO₂释放速率为12 mg·h⁻¹。
③ 第2组：先通入无菌空气培养4小时，随后停止通气并密封（无氧条件）继续培养6小时；测得无氧阶段CO₂释放速率为4 mg·h⁻¹。
④ 两组实验中酵母菌的呼吸速率在各自阶段内保持恒定。
⑤ 相关反应式：有氧呼吸 C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O → 6CO₂ + 12H₂O + 能量；无氧呼吸 C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 能量。
⑥ 相对分子质量：C₆H₁₂O₆ 为 180，CO₂ 为 44。
请回答下列问题：
（1）第1组酵母菌进行有氧呼吸的主要场所是什么？该结构具有几层膜？简述其与该呼吸方式相适应的结构特点。
（2）与第1组相比，第2组酵母菌在无氧阶段产生CO₂的速率明显降低，但两者产生等量CO₂时消耗葡萄糖的量是否相同？请写出计算依据。
（3）若该发酵罐内酵母菌总量为 5×10¹⁰ 个，且全部酵母菌代谢情况与上述记录一致，求第2组在10小时内共消耗葡萄糖多少毫克？（写出完整计算过程，结果保留两位小数）
（4）实验结束后，研究人员欲检测酵母菌细胞核中DNA的分布情况。请说明染色质与染色体的关系，并指出细胞核在该工程菌代谢中的作用。
答案：（1）有氧呼吸的主要场所是线粒体，具有双层膜。结构特点：线粒体内膜向内折叠形成嵴，增大了内膜表面积；内膜和基质中含有大量与有氧呼吸有关的酶，有利于有氧呼吸高效进行。
（2）不相同。有氧呼吸时，1分子葡萄糖产生6分子CO₂（比例 1:6）；无氧呼吸时，1分子葡萄糖产生2分子CO₂（比例 1:2）。因此，产生等量CO₂时，无氧呼吸消耗的葡萄糖量是有氧呼吸的3倍，即两者消耗葡萄糖的量不相同。
（3）
① 有氧阶段（前4小时）CO₂释放量：12 mg·h⁻¹ × 4 h = 48 mg。
② 无氧阶段（后6小时）CO₂释放量：4 mg·h⁻¹ × 6 h = 24 mg。
③ 有氧阶段消耗葡萄糖：由 C₆H₁₂O₆ → 6CO₂ 得
m(葡萄糖) = 48 mg × (180 ÷ 264) = 48 × 0.6818 ≈ 32.73 mg。
④ 无氧阶段消耗葡萄糖：由 C₆H₁₂O₆ → 2CO₂ 得
m(葡萄糖) = 24 mg × (180 ÷ 88) = 24 × 2.0455 ≈ 49.09 mg。
⑤ 共消耗葡萄糖：32.73 mg + 49.09 mg = 81.82 mg。
（4）染色质与染色体是同一种物质在细胞不同时期的两种形态（主要成分均为DNA和蛋白质）：细胞分裂间期呈细长丝状的染色质，分裂期高度螺旋化、缩短变粗成为染色体。细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心，工程菌的代谢途径（如相关酶的合成）受细胞核中遗传信息的调控。
解析：本题以生物燃料电池工程酵母菌为情境，综合考查细胞结构（线粒体、细胞核、染色质与染色体）及呼吸作用计算，强调运算步骤的完整性。
（1）易错点：把线粒体误认为单层膜结构，或答成
8解答题
某科研团队研制一种用于检测活细胞能量代谢的荧光探针，该探针可特异性地与ATP结合而发出荧光，与ADP结合则不发光。研究人员将探针分别加入离体培养的小鼠肝细胞悬液中，并在不同条件下检测荧光强度，获得如下数据（相对荧光强度以初始值为100计）：
已知信息：
① 组1：向培养液中加入适量葡萄糖，有氧条件下培养30 min，荧光强度上升为135；
② 组2：在组1基础上加入一定量的呼吸抑制剂（抑制线粒体内膜上的有氧呼吸第三阶段），其他条件相同，培养30 min，荧光强度为110；
③ 组3：将肝细胞置于无氧且无葡萄糖的培养液中培养30 min，荧光强度下降为62。
已知有氧呼吸的总反应式为：C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O → 6CO₂ + 12H₂O + 能量。
请回答下列问题：
（1）ATP的结构简式可写作A-P~P~P，其中A表示________，P表示________，~表示________。1分子ATP中含有________个高能磷酸键。
（2）组1荧光强度上升，说明细胞内ATP含量增加。请从ATP与ADP相互转化的角度，写出ATP合成的反应式（用文字或符号表示均可），并说明该过程所需能量在组1中的主要来源。
（3）加入呼吸抑制剂后（组2），荧光强度较组1明显下降，请解释其原因，并指出该结果说明有氧呼吸的哪一阶段与ATP生成关系最密切。
（4）组3荧光强度下降最显著，请结合ATP与ADP的转化特点说明：为什么细胞不能通过持续分解ATP来维持生命活动？
答案：（1）A表示腺苷（由腺嘌呤和核糖组成），P表示磷酸基团，~表示高能磷酸键（特殊的化学键）。1分子ATP中含有2个高能磷酸键。
（2）ATP合成反应式：ADP + Pi + 能量 → ATP（酶催化）。组1中该过程所需能量主要来源于葡萄糖的有氧呼吸（葡萄糖氧化分解释放的能量，其中一部分用于ADP与Pi合成ATP）。
（3）呼吸抑制剂抑制线粒体内膜上进行的有氧呼吸第三阶段，使有氧呼吸产生的能量减少，ADP与Pi合成ATP的速率下降，细胞内ATP含量降低，故荧光强度低于组1。该结果说明有氧呼吸第三阶段（电子传递链与氧化磷酸化）与ATP生成关系最密切，是产生ATP最多的阶段。
（4）ATP与ADP的相互转化虽然时刻不停地进行，但二者的转化是不可逆的（反应条件、酶、能量来源与去路均不同），细胞内ATP的含量很少且相对稳定，靠少量ATP不断分解并迅速再合成来供能；若ATP合成受阻（如组3中既无氧又无葡萄糖，无法通过细胞呼吸产生能量），ATP被消耗后无法及时再生，细胞就会因能源物质枯竭而停止生命活动，因此ATP不能被持续单向分解。
解析：本题以工程实践中荧光探针检测ATP为情境，考查ATP的结构简式、ATP与ADP的相互转化及其与细胞呼吸的联系，突出计算与推理过程。
（1）易错点：把ATP中的A误认为腺嘌呤（实为腺苷，含腺嘌呤和核糖）；把高能磷酸键数目误记为3个（应为2个，A-P中为普通磷酸酯键）。
（2）易错点：合成反应式写成ATP→ADP的方向；忽略酶的催化和Pi的参与。
（3）易错点：误认为呼吸抑制剂抑制的是有氧呼吸第一阶段（糖酵解，发生在细胞质基质）；答题只写“能量少”而不指出第三阶段。
（4）易错点：误认为ATP与ADP转化是可逆反应（物质可逆、能量不可逆、酶与场所不同）；忽视ATP在细胞内含量少、转化迅速的特点。