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高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》一 酶的作用和本质第1课时导学案
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这是一份高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》一 酶的作用和本质第1课时导学案，共14页。学案主要包含了特别提醒等内容，欢迎下载使用。
5.1 降低化学反应活化能的酶（1）
目标导航
1.通过对酶催化作用实例的讨论，说明酶在细胞代谢中的作用。
2.通过分析“关于酶本质的探索”资料，认同科学是在不断探索和争论中前进的。
3.通过探究“过氧化氢在不同条件下的分解”，学习控制自变量、观察因变量，设置对照组和实验组。
知识精讲
知识点01 酶在代谢中的作用
细胞的生活需要物质和能量。能量的释放、储存和利用，都必须通过化学反应来实现。细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。细胞代谢离不开酶的催化。
知识点02 比较过氧化氢在不同条件下的分解
1.比较过氧化氢酶在不同条件下的分解的方法步骤
1号试管
2号试管
3号试管
4号试管
体积分数3%的过氧化氢溶液（mL）
2mL
2mL
2mL
2mL
温度（℃）
室温
90℃
室温
室温
催化剂类型和数量（滴）
无
无
质量分数3.5%的FeCl3溶液2滴
质量分数20%的肝脏研磨液2滴
预期实验结果（气泡的冒出情况）
少
较少
较多
多
2.控制变量和设计对照实验
①实验过程中的变化因素称为变量。其中人为控制的对实验对象进行处理的因素叫作自变量；因自变量改变而变化的变量叫作因变量；除自变量外，实验过程中存在的一些对实验结果造成影响的可变因素，叫作无关变量，如上述实验中反应物的浓度和反应时间等。
②除作为自变量的因素外，无关变量都保持一致，并将结果进行比较的实验叫作对照实验。对照实验一般要设置对照组和实验组。
知识点03 酶催化作用的原理和本质
1.加热能促进过氧化氢分解，是因为加热使过氧化氢分子得到了能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。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称为活化能。与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。
2.下图是催化剂降低化学反应活化能的图解。
表示无酶催化条件下反应的活化能的曲线是ad段，表示有酶催化条件下反应的活化能的曲线是cd段，表示有酶催化条件下降低反应活化能的曲线是ac段。
3.酶的本质：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。
能力拓展
考法01 比较过氧化氢在不同条件下的分解
1.实验的变量与对照
自变量
因变量
无关变量
对照组
实验组
1号：常温（做对照）
用单位时间内产生气泡的数目多少表示H2O2分解速率
加入H2O2的量；实验室温度；FeCl3溶液和肝脏研磨液的新鲜程度
1号试管
2、3、4号试管
2号：90 ℃水浴加热
3号：加入3.5%FeCl3溶液2滴
4号：加入20%肝脏研磨液2滴
2.“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验说明的问题：
①与1号试管相比，2号试管气泡产生较快。原因是加热使过氧化氢分子得 到了能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。
②1、4号试管对照，4号试管气泡产生较快。原因是加入20%肝脏研磨液，说明酶具有催化作用。原因是肝脏研磨液中的过氧化氢酶降低了过氧化氢分解所需要的活化能。
③1、3、4(或3、4)号试管对照，4号试管气泡产生较快。说明与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。原因是与无机催化剂 相比，酶降低活化能的作用更显著。
特别提醒：
①制备肝脏研磨液时，应用新鲜的刚从活体动物内取出的肝脏的原因是新鲜肝脏中的酶能保持其原有的活性。
②对肝脏充分研磨的意义是加大肝细胞内过氧化氢酶与试管中H2O2的接触面积，从而加速H2O2的分解。
【典例1】过氧化物酶能分解H2O2，氧化焦性没食子酸呈橙红色。为探究白菜梗中是否存在过氧化物酶，设计实验如表所示。下列相关叙述正确的是( )
管号
1%焦性没食子酸/mL
2%H2O2溶液/mL
缓冲液/mL
过氧化物酶溶液/mL
白菜梗提取液/mL
煮沸冷却后的白菜梗提取液/mL
1
2
2
2
—
—
—
2
2
2
—
2
—
—
3
2
2
—
—
2
—
4
2
2
—
—
—
2
A.1号管为对照组，其余不都是实验组
B．2号管为对照组，其余都为实验组
C．若3号管显橙红色，无需对照就能证明白菜梗中存在过氧化物酶
D．若4号管不显橙红色，可证明白菜梗中无过氧化物酶
【答案】A
【解析】由题干信息可知，该实验的自变量为是否加入白菜梗的提取液，故加入白菜梗提取液的3号管为实验组，其他都为对照组，A项正确；由题干信息可知2号管是对照组，只有3号管是实验组，B项错误；若3号管显橙红色，还需要与1、2、4号管对照才能证明白菜梗中存在过氧化物酶，C项错误；4号管不显橙红色是因为高温处理使过氧化物酶变性失活，D项错误。
考法02 酶的概念、化学本质及生理功能
项目
内容
解读
产生部位
活细胞
酶是活细胞产生的，发挥作用可以在细胞内或细胞外
化学本质
绝大多数是蛋白质，少数是RNA
合成原料为氨基酸或核糖核苷酸
生理功能
催化作用
反应前后其本身的量和化学性质不变
【特别提醒】关于酶的几个易错点
项目
正确说法
错误说法
产生场所
活细胞(不考虑哺乳动物成熟的红细胞等)
具有分泌功能的细胞才能产生
化学本质
有机物(大多数为蛋白质，少数为RNA)
蛋白质
作用场所
可在细胞内、细胞外、体外发挥作用
只在细胞内起催化作用
作用
酶只起催化作用
酶具有调节、催化等多种功能
来源
酶只在生物体内合成
有的可来源于食物
作用实质
降低化学反应的活化能
为化学反应提供活化能
红细胞与酶
哺乳动物红细胞不能合成酶，但细胞内的化学反应需要酶的催化
哺乳动物红细胞中不存在酶
【典例2】下列关于酶的作用特点及本质的叙述，正确的是（ ）
A.酶不能脱离生物体起作用
B.酶只有释放到细胞外才起作用
C.所有的酶都是蛋白质
D.酶是具有催化作用的有机物
【答案】D
【解析】酶可以在体内或体外起作用，A错误；酶可以在细胞内或细胞外发挥作用，B错误；大多酶是蛋白质，少数是RNA，C错误；酶是具有催化作用的有机物，大多是蛋白质，D正确。
考法03 酶的催化作用机理
下图是表示酶作用机理的曲线
1.图中ac和bc段分别表示无催化剂和酶催化时反应进行所需要的活化能，ab段表示使用酶所降低的活化能。
2.若将酶变为无机催化剂，则b在纵轴上向上移动。用加热的方法不能降低活化能，但会提供活化能。
【典例3】.如图表示某反应“甲→乙”进行过程中，有酶参与和无酶参与时的能量变化，则下列叙述，不正确的是（ ）
A．此反应为吸能反应
B．E1为反应前后能量的变化
C．曲线Ⅱ表示有酶参与
D．酶参与反应时，所降低的活化能为E4
【答案】B
【解析】由图可知，该反应需要外界提供能量，因此该反应为吸能反应，A正确；E1表示在无催化剂的条件下化学反应需要的活化能，B错误；酶可以降低化学反应的活化能，因此曲线Ⅱ表示有酶参与，C正确；酶促反应的原理是降低化学反应需要的活化能，由此可以看出，酶参与反应时，所降低的活化能为E4，D正确。
分层提分
题组A 基础过关练
1．在如图所示的实验中属于自变量的是( )
A．催化剂 B．过氧化氢分解的速率
C．产生气泡量 D．试管中的过氧化氢溶液的量
【答案】A
【解析】由图示可知，图中的实验处理是分别向过氧化氢溶液中加入氯化铁和过氧化氢酶溶液，Fe3＋和过氧化氢酶都能催化过氧化氢分解，因此该实验的自变量是催化剂的不同。
2.酶具有催化功能的最根本的原因是（ ）
A.增加了反应物之间的接触 B.降低了反应物分子的活化能
C.提高了反应物分子中的活化能 D.本身数量和性质不改变，可反复利用
【答案】B
【解析】酶因为能够降低反应物分子的活化能，所以具有催化功能。
3.下列与酶有关的说法中正确的是（ ）
A. 所有的酶都是蛋白质
B. 酶与无机催化剂的催化效率相同
C. 酶在活细胞内产生，能在细胞外发挥催化作用
D. 酶在催化生化反应前后本身的性质会发生改变
【答案】C
【解析】 酶在活细胞内产生，在细胞内和细胞外都能发挥催化作用。
4.下图表示在生物细胞内进行的某种生化反应。有关叙述中，正确的是( )
A. 甲和乙都是反应的底物
B. 丙和丁的相对分子质量之和小于乙
C. 甲、乙、丙可能都不是蛋白质
D. 该反应的过程只能发生在细胞内
【答案】C
【解析】甲在化学反应前后数量和化学性质不变，甲表示生物催化剂——酶，乙是反应的底物，A错误；根据图示，此反应应为水解或分解反应，若为水解反应，丙、丁的分子量之和大于乙，B错误；甲是酶，绝大多数酶都是蛋白质，但也有少数酶是RNA，乙是反应物，丙是生成物，可能都不是蛋白质，C正确；该图所示的酶催化物质分解过程可发生于细胞内，如葡萄糖分解成丙酮酸，也可发生在细胞外，如蛋白质的消化分解，D错误。
5.根据以下关于过氧化氢实验的过程和结果，下列哪项分析不正确( )
试管
a
b
c
d
3%过氧化氢溶液
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
处理措施
不做任何处理
置于90 ℃水浴杯中
加2滴3.5%的FeCl3
加2滴20%的新鲜肝脏研磨液
实验结果
－
＋
＋＋
＋＋＋＋
注“－”表示无气泡产生；“＋” (的数量)表示气泡产生数量的多少。
A. a和b、a和c、a和d分别构成对照实验
B. c和d是对照实验，自变量是催化剂类型
C. a、b、c、d说明酶能高效地提供活化能
D. a、c、d不能说明生物催化剂具有专一性
【答案】C
【解析】a和b对照说明温度能加快过氧化氢的分解，a和c对照说明FeCl3具有催化作用，a和d对照说明酶具有催化作用，A正确；c和d对照，自变量是催化剂类型，说明酶具有高效性，B正确；酶不能为反应提供能量，酶的作用原理是降低化学反应的活化能，C错误；c组是无机催化剂，d组是有机催化剂，a、c、d不能说明生物催化剂的专一性，D正确。
6.下图曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示物质M在无催化剂条件和有酶催化条件下生成物质P所需能量的变化过程。下列叙述正确的是( )
A. ad段表示无催化剂时，反应所需要的活化能
B. ac段表示有酶催化时，酶降低的活化能
C. 若换用无机催化剂，b点将向上移动
D. 加热加压使物质M更容易从b状态转变为a状态
【答案】C
【解析】ac段表示无催化剂时，反应所需要的活化能，A错误；ab段表示有酶催化时，酶降低的活化能，B错误；无机催化剂也能降低化学反应的活化能，但与酶相比降低活化能不显著，因此若换用无机催化剂，b点将向上移动，C正确；加热加压使物质M更容易从c状态转变为a状态，D错误。
题组B 能力提升练
7.下列关于酶的叙述中，错误的是( )
A．酶的基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸
B．酶只能由分泌细胞合成，可在细胞外起催化作用
C．酶通过降低化学反应活化能来提高化学反应速率
D．催化过程中酶本身不变，但人体内的酶仍需自我更新
【答案】B
【解析】酶的化学本质是蛋白质或RNA，基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸，A正确；能进行正常代谢的细胞都能合成酶，B错误；酶是通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速率的，C正确；反应前后，酶本身不变，但在人体内的酶仍会不断更新，D正确。
8.关于活化能，下列说法不正确的是( )
A．是反应物分子从常态变为活跃状态所需要的能量
B．加热能使过氧化氢分子得到能量，但不能降低活化能
C．无机催化剂使反应物分子获得的活化能的总量更多而加快反应速率
D．酶能降低反应物分子发生反应的活化能而使反应更容易进行
【答案】C
【解析】活化能是反应物分子从常态变为活跃状态所需要的能量，A正确；加热能使过氧化氢分子得到能量，但不能降低活化能，B正确；与无机催化剂相比，酶的催化效率高，即酶比无机催化剂降低活化能的效果更显著，并不是提供活化能，C不正确；酶能降低反应物分子发生反应的活化能而使反应更容易进行，D正确。
9.关于“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验，下列叙述正确的是( )
A．实验中所用肝脏必须是新鲜的，若放置时间过长肝细胞内的过氧化氢会减少
B．实验中用到的滴管，必须先吸取氯化铁溶液再吸取肝脏研磨液，这样对实验结果影响较小
C．过氧化氢在温度高的环境中分解速度比常温下会加快
D．实验的自变量是试管中产生气泡数目的多少和卫生香的复燃情况
【答案】C
【解析】肝脏放置时间过长，过氧化氢酶会分解失活，A错误；吸取氯化铁溶液和吸取肝脏研磨液的滴管不能混用，B错误；过氧化氢在高温条件下会加快分解速度，C正确；试管中产生气泡数目的多少和卫生香的复燃情况是因变量，D错误。
10.如图中的新鲜土豆片与H2O2接触后，产生的现象及推测错误的是( )
A．若有气体大量产生，可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶
B．为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量
C．一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限
D．若增加新鲜土豆片的数量，量筒中产生气体的速率加快
【答案】C
【解析】若有气体大量产生，说明化学反应速率快，由此可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶，A正确；为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量，B正确；一段时间后气体量不再增加是因为过氧化氢已经消耗完，C错误；新鲜土豆片中含过氧化氢酶，增加新鲜土豆片的数量即增加酶的数目，这样会加快化学反应速率，使量筒中产生的气体速率加快，D正确。
11.下表是“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验的相关内容。请回答:
编号
加入材料
处理方法
实验现象
1
2 mL H2O2溶液+
2滴清水
室温
无气泡
2
2 mL H2O2溶液+
2滴清水
90 ℃
水浴
少量气泡,带火星
的卫生香不复燃
3
2 mL H2O2溶液+
2滴质量分数为
3.5%FeCl3溶液
室温
较多气泡,带火星的
卫生香复燃不明显
4
2 mL H2O2溶液+
2滴肝脏研磨液
室温
大量气泡,带火星
的卫生香猛烈复燃
(1)该实验中,对照组是 (填试管编号),实验组是 (填试管编号)。
(2)比较3号和4号试管,你能得出的结论是 。
(3)某同学按照表中方法做了这个实验,结果试管3和试管4的现象刚好相反,你认为实验失败的原因最可能是 。
【答案】（1）1 2、3、4 （2）过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多 （3）肝脏研磨液不新鲜
【解析】（1）该实验的目的是“比较过氧化氢在不同条件下的分解”,分析实验可知,试管1中滴加的是清水,处于室温环境中;试管2中滴加的是清水,90 ℃水浴加热;试管3中添加了2滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液,处于室温环境中;试管4中添加了2滴肝脏研磨液,处于室温环境中。故试管1应为空白对照组,试管2、3、4是实验组。
(2)3号和4号试管的自变量是催化剂的种类,即无机催化剂和酶,结果单位时间内4号试管中产生的气泡明显较3号试管多,说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率更高。
(3)某同学按照表中方法做了这个实验,结果试管3和试管4的现象刚好相反,可能的原因是肝脏研磨液不新鲜,过氧化氢的分解速率降低。
12.根据下面的信息回答：
信息一：不同的消化液的pH不一样。唾液的pH为6.2—7.4，胃液的pH为0.9—1.5，小肠液的pH为7.6。信息二：多酶片是一种复方制剂，它主要是由胰酶、胃蛋白酶复合而成的一种药物，其说明书的部分内容如下：
请根据以上两则信息，回答下列问题。
（1）酶是活细胞产生的具有催化作用的_____，具有_____特性（三个特性写全）。
（2）多酶片为肠溶衣与糖衣双层包被，外层包被应为_____（选填“肠溶衣”或“糖衣”）。糖衣以糖浆为主要包衣材料，有一定的防潮、隔绝空气、掩盖药物不良气味等作用；肠溶衣为一层特殊包裹物质，能很好保护胰酶不会在胃部被破坏。服用多酶片时不能嚼碎的原因是防止胰酶_____。
（3）请利用提供的材料用具，设计实验探究pH对多酶片中胃蛋白酶活性的影响。
备选材料用具：蛋白块若干，胃蛋白酶溶液，一系列pH梯度的溶液，蒸馏水，试管若干，恒温水浴锅，秒表等。
实验步骤：
①取规格相同的5支洁净试管，编号1、2、3、4、5；
②向5支试管中分别注入5 mL一系列pH梯度的溶液，然后各加入5 mL_____；
③将试管置于37℃的恒温水浴锅中保温5 min；
④向5支试管中各加入等量且适量的蛋白块，继续在恒温水浴锅中保温；
⑤观察5支试管中蛋白块体积变化的情况，并记录_____的时间。
【答案】（1）有机物 高效性、专一性、作用条件温和 （2）糖衣 胰酶在胃部的酸性环境中失活（变性或空间结构被破坏），且会被胃蛋白酶（催化）水解 （3）②胃蛋白酶溶液 ⑤蛋白块消失（完全被水解）
【解析】（1）酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，大部分是蛋白质，少数是RNA，具有高效性、专一性、作用条件温和三个特性。（2）多酶片为肠溶衣与糖衣双层包被，糖衣以糖浆为主要包衣材料，有一定的防潮、隔绝空气、掩盖药物不良气味等作用；肠溶衣为一层特殊包裹物质，能很好保护胰酶不会在胃部被破坏。因此外层是糖衣，可溶于胃液，内层是肠溶衣，不易溶于胃液，可溶于肠液。胰酶的适宜pH是7.6左右，而胃中pH为0.9—1.5左右，胰酶会在胃部的酸性环境中变性失活，且会被胃蛋白酶催化水解，因此患者服用多酶片时不能嚼碎。（3）该实验的目的是探究pH对胃蛋白酶活性的影响，自变量是pH，因变量是胃蛋白酶活性，蛋白块消失的时间是衡量指标，根据对照原则和单一变量原则进一步完善实验步骤为：①取规格相同的5支洁净试管，分别编号1、2、3、4、5；②向5支试管中分别注入5mL 一系列pH梯度的溶液，然后各加入5mL胃蛋白酶溶液；③将试管置于37°C的恒温水浴锅中保温5min；④向5支试管中各加入等量且适量的蛋白块，继续在恒温水浴锅中保温；⑤观察5支试管中蛋白块体积变化，并记录蛋白块消失的时间。
题组C 培优拔尖练
13.（2019浙江4月选考）为研究酶的特性，进行了实验，基本过程如下表所示：
据此分析，下列叙述错误的是
A．实验的可变因素是催化剂的种类
B．可用产生气泡的速率作检测指标
C．该实验能说明酶的作用具有高效性
D．不能用鸡肝匀浆代替马铃薯匀浆进行实验
【答案】D
【解析】实验中的可改变的自变量为催化剂的种类，A选项正确；过氧化氢分解产生水和氧气，故可以通过产生气泡的速率作为判断反应速率的指标，B选项正确；该实验通过比较酶的催化速率和二氧化锰的催化速率来验证酶的高效性，C选项正确；鸡肝匀浆和马铃薯匀浆中均含有过氧化氢酶，均可用作过氧化氢酶的性质的探究实验，D选项错误。故错误的选项选择D。
14.（2017·新课标Ⅱ卷）下列关于生物体中酶的叙述，正确的是（ ）
A．在细胞中，核外没有参与DNA合成的酶
B．由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性
C．从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法
D．唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37 ℃
【答案】C
【解析】线粒体和叶绿体中也能进行DNA复制，所以也有参与DNA合成的酶，A错误；酶是活细胞产生的，既能在生物体内发挥作用，也能在细胞外发挥作用，只要给予适宜的温度和pH，活细胞产生的酶在生物体外仍然有催化活性，B错误；向某些蛋白质溶液中加入某些无机盐溶液后，可以降低蛋白质的溶解度，使蛋白质凝聚而从溶液中析出，这种作用叫作盐析，可在胃蛋白酶的提取液中加浓（NH4）2SO4使蛋白质凝聚沉淀，C正确；酶在低温环境中保存，D错误。
15.某生物兴趣小组为了研究pH对某种酶活性的影响,设置a、b、c三组实验,各组pH条件均不同,其他条件相同且适宜。测定各组在不同反应时间内的产物量,结果如图所示。下列相关分析不正确的是( )
A.a组的pH可能高于b组的pH
B.a组pH条件下,该酶降低化学反应的活化能可能最多
C.在c组pH条件下比较适宜保存酶
D.实验要求“其他条件相同且适宜”的目的是减小实验误差
【答案】C
【解析】依题意并分析图示可知,a组酶的活性高于b组酶的活性,因此a组的pH可能高于b组的pH;与b、c组相比,a组酶的活性最高,说明a组pH条件下,该酶降低化学反应的活化能可能最多;c组产物的最大生成量明显低于a、b组,说明在c组pH条件下,酶已经变性失活,不适宜保存酶;实验中的“其他条件”为无关变量,实验要求“其他条件相同且适宜”的目的是减小实验误差。
16.抗氧化成为当下的一个热门话题,很多广告宣传告诉人们:体内的活性氧浓度越低越好,长期大量服用抗氧化剂,可以延缓衰老。在多数人的想象中,活性氧对机体正常的肌肉工作效率只有负面影响。为了探究真伪,科研人员利用大鼠的横膈肌进行了如下实验。下列相关叙述不正确的是( )
组别
材料
处理
横膈肌收缩力度
1
大鼠的
横膈肌
一定量X溶液
b
2
大鼠的
横膈肌
等量H2O2酶处理
后的X溶液
大鼠的
横膈肌
等量添加抗氧化剂
的X溶液
大鼠的横
膈肌(若
干小组)
在每组X溶液中分别添加一定剂量的0.1~10μmol/L的过氧化氢
随过氧化氢浓度增加,先增大后降低
记录现象后在高H2O2浓度的溶液中再加入抗氧化剂
增加
注:X溶液为横膈肌细胞所处环境的模拟培养液。
A.本实验的设计遵循了对照原则,其对照形式仅为空白对照
B.本实验的目的之一是探究过氧化氢(活性氧)对大鼠横膈肌收缩力度的影响
C.实验需要控制好大鼠的横膈肌的生理状态、X溶液浓度等无关变量
D.实验结果表明,一定浓度的活性氧对肌肉功能的正常发挥起促进作用,证明广告中对抗氧化宣传是不够科学的
【答案】A
【解析】H2O2酶可专一、高效地催化过氧化氢水解。根据对照实验设计的单因子变量原则可分析自变量与因变量之间的关系,进而得出实验结论。本实验的设计遵循了对照原则,其对照形式包括空白对照、相互对照,A错误;1组和2组对比,可得知本实验的目的之一是探究过氧化氢(活性氧)对大鼠横膈肌收缩力度的影响,B正确;该实验的自变量为过氧化氢浓度和抗氧化剂的有无,实验需要控制好大鼠的横膈肌的生理状态、X溶液浓度等无关变量,使无关变量相同且适宜,C正确;实验结果表明,与对照组相比,2组和3组肌肉收缩力度均较小,4组中随过氧化氢浓度增加, 肌肉收缩力度先增大后降低,在高H2O2浓度的溶液中再加入抗氧化剂,肌肉收缩力度增加,说明一定浓度的活性氧对肌肉功能的正常发挥起促进作用,证明广告中对抗氧化宣传是不够科学的,D正确。
5.1 降低化学反应活化能的酶（1）
目标导航
1.通过对酶催化作用实例的讨论，说明酶在细胞代谢中的作用。
2.通过分析“关于酶本质的探索”资料，认同科学是在不断探索和争论中前进的。
3.通过探究“过氧化氢在不同条件下的分解”，学习控制自变量、观察因变量，设置对照组和实验组。
知识精讲
知识点01 酶在代谢中的作用
细胞的生活需要物质和能量。能量的释放、储存和利用，都必须通过化学反应来实现。细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。细胞代谢离不开酶的催化。
知识点02 比较过氧化氢在不同条件下的分解
1.比较过氧化氢酶在不同条件下的分解的方法步骤
1号试管
2号试管
3号试管
4号试管
体积分数3%的过氧化氢溶液（mL）
2mL
2mL
2mL
2mL
温度（℃）
室温
90℃
室温
室温
催化剂类型和数量（滴）
无
无
质量分数3.5%的FeCl3溶液2滴
质量分数20%的肝脏研磨液2滴
预期实验结果（气泡的冒出情况）
少
较少
较多
多
2.控制变量和设计对照实验
①实验过程中的变化因素称为变量。其中人为控制的对实验对象进行处理的因素叫作自变量；因自变量改变而变化的变量叫作因变量；除自变量外，实验过程中存在的一些对实验结果造成影响的可变因素，叫作无关变量，如上述实验中反应物的浓度和反应时间等。
②除作为自变量的因素外，无关变量都保持一致，并将结果进行比较的实验叫作对照实验。对照实验一般要设置对照组和实验组。
知识点03 酶催化作用的原理和本质
1.加热能促进过氧化氢分解，是因为加热使过氧化氢分子得到了能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。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称为活化能。与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。
2.下图是催化剂降低化学反应活化能的图解。
表示无酶催化条件下反应的活化能的曲线是ad段，表示有酶催化条件下反应的活化能的曲线是cd段，表示有酶催化条件下降低反应活化能的曲线是ac段。
3.酶的本质：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。
能力拓展
考法01 比较过氧化氢在不同条件下的分解
1.实验的变量与对照
自变量
因变量
无关变量
对照组
实验组
1号：常温（做对照）
用单位时间内产生气泡的数目多少表示H2O2分解速率
加入H2O2的量；实验室温度；FeCl3溶液和肝脏研磨液的新鲜程度
1号试管
2、3、4号试管
2号：90 ℃水浴加热
3号：加入3.5%FeCl3溶液2滴
4号：加入20%肝脏研磨液2滴
2.“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验说明的问题：
①与1号试管相比，2号试管气泡产生较快。原因是加热使过氧化氢分子得 到了能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。
②1、4号试管对照，4号试管气泡产生较快。原因是加入20%肝脏研磨液，说明酶具有催化作用。原因是肝脏研磨液中的过氧化氢酶降低了过氧化氢分解所需要的活化能。
③1、3、4(或3、4)号试管对照，4号试管气泡产生较快。说明与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。原因是与无机催化剂 相比，酶降低活化能的作用更显著。
特别提醒：
①制备肝脏研磨液时，应用新鲜的刚从活体动物内取出的肝脏的原因是新鲜肝脏中的酶能保持其原有的活性。
②对肝脏充分研磨的意义是加大肝细胞内过氧化氢酶与试管中H2O2的接触面积，从而加速H2O2的分解。
【典例1】过氧化物酶能分解H2O2，氧化焦性没食子酸呈橙红色。为探究白菜梗中是否存在过氧化物酶，设计实验如表所示。下列相关叙述正确的是( )
管号
1%焦性没食子酸/mL
2%H2O2溶液/mL
缓冲液/mL
过氧化物酶溶液/mL
白菜梗提取液/mL
煮沸冷却后的白菜梗提取液/mL
1
2
2
2
—
—
—
2
2
2
—
2
—
—
3
2
2
—
—
2
—
4
2
2
—
—
—
2
A.1号管为对照组，其余不都是实验组
B．2号管为对照组，其余都为实验组
C．若3号管显橙红色，无需对照就能证明白菜梗中存在过氧化物酶
D．若4号管不显橙红色，可证明白菜梗中无过氧化物酶
【答案】A
【解析】由题干信息可知，该实验的自变量为是否加入白菜梗的提取液，故加入白菜梗提取液的3号管为实验组，其他都为对照组，A项正确；由题干信息可知2号管是对照组，只有3号管是实验组，B项错误；若3号管显橙红色，还需要与1、2、4号管对照才能证明白菜梗中存在过氧化物酶，C项错误；4号管不显橙红色是因为高温处理使过氧化物酶变性失活，D项错误。
考法02 酶的概念、化学本质及生理功能
项目
内容
解读
产生部位
活细胞
酶是活细胞产生的，发挥作用可以在细胞内或细胞外
化学本质
绝大多数是蛋白质，少数是RNA
合成原料为氨基酸或核糖核苷酸
生理功能
催化作用
反应前后其本身的量和化学性质不变
【特别提醒】关于酶的几个易错点
项目
正确说法
错误说法
产生场所
活细胞(不考虑哺乳动物成熟的红细胞等)
具有分泌功能的细胞才能产生
化学本质
有机物(大多数为蛋白质，少数为RNA)
蛋白质
作用场所
可在细胞内、细胞外、体外发挥作用
只在细胞内起催化作用
作用
酶只起催化作用
酶具有调节、催化等多种功能
来源
酶只在生物体内合成
有的可来源于食物
作用实质
降低化学反应的活化能
为化学反应提供活化能
红细胞与酶
哺乳动物红细胞不能合成酶，但细胞内的化学反应需要酶的催化
哺乳动物红细胞中不存在酶
【典例2】下列关于酶的作用特点及本质的叙述，正确的是（ ）
A.酶不能脱离生物体起作用
B.酶只有释放到细胞外才起作用
C.所有的酶都是蛋白质
D.酶是具有催化作用的有机物
【答案】D
【解析】酶可以在体内或体外起作用，A错误；酶可以在细胞内或细胞外发挥作用，B错误；大多酶是蛋白质，少数是RNA，C错误；酶是具有催化作用的有机物，大多是蛋白质，D正确。
考法03 酶的催化作用机理
下图是表示酶作用机理的曲线
1.图中ac和bc段分别表示无催化剂和酶催化时反应进行所需要的活化能，ab段表示使用酶所降低的活化能。
2.若将酶变为无机催化剂，则b在纵轴上向上移动。用加热的方法不能降低活化能，但会提供活化能。
【典例3】.如图表示某反应“甲→乙”进行过程中，有酶参与和无酶参与时的能量变化，则下列叙述，不正确的是（ ）
A．此反应为吸能反应
B．E1为反应前后能量的变化
C．曲线Ⅱ表示有酶参与
D．酶参与反应时，所降低的活化能为E4
【答案】B
【解析】由图可知，该反应需要外界提供能量，因此该反应为吸能反应，A正确；E1表示在无催化剂的条件下化学反应需要的活化能，B错误；酶可以降低化学反应的活化能，因此曲线Ⅱ表示有酶参与，C正确；酶促反应的原理是降低化学反应需要的活化能，由此可以看出，酶参与反应时，所降低的活化能为E4，D正确。
分层提分
题组A 基础过关练
1．在如图所示的实验中属于自变量的是( )
A．催化剂 B．过氧化氢分解的速率
C．产生气泡量 D．试管中的过氧化氢溶液的量
【答案】A
【解析】由图示可知，图中的实验处理是分别向过氧化氢溶液中加入氯化铁和过氧化氢酶溶液，Fe3＋和过氧化氢酶都能催化过氧化氢分解，因此该实验的自变量是催化剂的不同。
2.酶具有催化功能的最根本的原因是（ ）
A.增加了反应物之间的接触 B.降低了反应物分子的活化能
C.提高了反应物分子中的活化能 D.本身数量和性质不改变，可反复利用
【答案】B
【解析】酶因为能够降低反应物分子的活化能，所以具有催化功能。
3.下列与酶有关的说法中正确的是（ ）
A. 所有的酶都是蛋白质
B. 酶与无机催化剂的催化效率相同
C. 酶在活细胞内产生，能在细胞外发挥催化作用
D. 酶在催化生化反应前后本身的性质会发生改变
【答案】C
【解析】 酶在活细胞内产生，在细胞内和细胞外都能发挥催化作用。
4.下图表示在生物细胞内进行的某种生化反应。有关叙述中，正确的是( )
A. 甲和乙都是反应的底物
B. 丙和丁的相对分子质量之和小于乙
C. 甲、乙、丙可能都不是蛋白质
D. 该反应的过程只能发生在细胞内
【答案】C
【解析】甲在化学反应前后数量和化学性质不变，甲表示生物催化剂——酶，乙是反应的底物，A错误；根据图示，此反应应为水解或分解反应，若为水解反应，丙、丁的分子量之和大于乙，B错误；甲是酶，绝大多数酶都是蛋白质，但也有少数酶是RNA，乙是反应物，丙是生成物，可能都不是蛋白质，C正确；该图所示的酶催化物质分解过程可发生于细胞内，如葡萄糖分解成丙酮酸，也可发生在细胞外，如蛋白质的消化分解，D错误。
5.根据以下关于过氧化氢实验的过程和结果，下列哪项分析不正确( )
试管
a
b
c
d
3%过氧化氢溶液
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
处理措施
不做任何处理
置于90 ℃水浴杯中
加2滴3.5%的FeCl3
加2滴20%的新鲜肝脏研磨液
实验结果
－
＋
＋＋
＋＋＋＋
注“－”表示无气泡产生；“＋” (的数量)表示气泡产生数量的多少。
A. a和b、a和c、a和d分别构成对照实验
B. c和d是对照实验，自变量是催化剂类型
C. a、b、c、d说明酶能高效地提供活化能
D. a、c、d不能说明生物催化剂具有专一性
【答案】C
【解析】a和b对照说明温度能加快过氧化氢的分解，a和c对照说明FeCl3具有催化作用，a和d对照说明酶具有催化作用，A正确；c和d对照，自变量是催化剂类型，说明酶具有高效性，B正确；酶不能为反应提供能量，酶的作用原理是降低化学反应的活化能，C错误；c组是无机催化剂，d组是有机催化剂，a、c、d不能说明生物催化剂的专一性，D正确。
6.下图曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示物质M在无催化剂条件和有酶催化条件下生成物质P所需能量的变化过程。下列叙述正确的是( )
A. ad段表示无催化剂时，反应所需要的活化能
B. ac段表示有酶催化时，酶降低的活化能
C. 若换用无机催化剂，b点将向上移动
D. 加热加压使物质M更容易从b状态转变为a状态
【答案】C
【解析】ac段表示无催化剂时，反应所需要的活化能，A错误；ab段表示有酶催化时，酶降低的活化能，B错误；无机催化剂也能降低化学反应的活化能，但与酶相比降低活化能不显著，因此若换用无机催化剂，b点将向上移动，C正确；加热加压使物质M更容易从c状态转变为a状态，D错误。
题组B 能力提升练
7.下列关于酶的叙述中，错误的是( )
A．酶的基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸
B．酶只能由分泌细胞合成，可在细胞外起催化作用
C．酶通过降低化学反应活化能来提高化学反应速率
D．催化过程中酶本身不变，但人体内的酶仍需自我更新
【答案】B
【解析】酶的化学本质是蛋白质或RNA，基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸，A正确；能进行正常代谢的细胞都能合成酶，B错误；酶是通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速率的，C正确；反应前后，酶本身不变，但在人体内的酶仍会不断更新，D正确。
8.关于活化能，下列说法不正确的是( )
A．是反应物分子从常态变为活跃状态所需要的能量
B．加热能使过氧化氢分子得到能量，但不能降低活化能
C．无机催化剂使反应物分子获得的活化能的总量更多而加快反应速率
D．酶能降低反应物分子发生反应的活化能而使反应更容易进行
【答案】C
【解析】活化能是反应物分子从常态变为活跃状态所需要的能量，A正确；加热能使过氧化氢分子得到能量，但不能降低活化能，B正确；与无机催化剂相比，酶的催化效率高，即酶比无机催化剂降低活化能的效果更显著，并不是提供活化能，C不正确；酶能降低反应物分子发生反应的活化能而使反应更容易进行，D正确。
9.关于“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验，下列叙述正确的是( )
A．实验中所用肝脏必须是新鲜的，若放置时间过长肝细胞内的过氧化氢会减少
B．实验中用到的滴管，必须先吸取氯化铁溶液再吸取肝脏研磨液，这样对实验结果影响较小
C．过氧化氢在温度高的环境中分解速度比常温下会加快
D．实验的自变量是试管中产生气泡数目的多少和卫生香的复燃情况
【答案】C
【解析】肝脏放置时间过长，过氧化氢酶会分解失活，A错误；吸取氯化铁溶液和吸取肝脏研磨液的滴管不能混用，B错误；过氧化氢在高温条件下会加快分解速度，C正确；试管中产生气泡数目的多少和卫生香的复燃情况是因变量，D错误。
10.如图中的新鲜土豆片与H2O2接触后，产生的现象及推测错误的是( )
A．若有气体大量产生，可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶
B．为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量
C．一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限
D．若增加新鲜土豆片的数量，量筒中产生气体的速率加快
【答案】C
【解析】若有气体大量产生，说明化学反应速率快，由此可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶，A正确；为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量，B正确；一段时间后气体量不再增加是因为过氧化氢已经消耗完，C错误；新鲜土豆片中含过氧化氢酶，增加新鲜土豆片的数量即增加酶的数目，这样会加快化学反应速率，使量筒中产生的气体速率加快，D正确。
11.下表是“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验的相关内容。请回答:
编号
加入材料
处理方法
实验现象
1
2 mL H2O2溶液+
2滴清水
室温
无气泡
2
2 mL H2O2溶液+
2滴清水
90 ℃
水浴
少量气泡,带火星
的卫生香不复燃
3
2 mL H2O2溶液+
2滴质量分数为
3.5%FeCl3溶液
室温
较多气泡,带火星的
卫生香复燃不明显
4
2 mL H2O2溶液+
2滴肝脏研磨液
室温
大量气泡,带火星
的卫生香猛烈复燃
(1)该实验中,对照组是 (填试管编号),实验组是 (填试管编号)。
(2)比较3号和4号试管,你能得出的结论是 。
(3)某同学按照表中方法做了这个实验,结果试管3和试管4的现象刚好相反,你认为实验失败的原因最可能是 。
【答案】（1）1 2、3、4 （2）过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高得多 （3）肝脏研磨液不新鲜
【解析】（1）该实验的目的是“比较过氧化氢在不同条件下的分解”,分析实验可知,试管1中滴加的是清水,处于室温环境中;试管2中滴加的是清水,90 ℃水浴加热;试管3中添加了2滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液,处于室温环境中;试管4中添加了2滴肝脏研磨液,处于室温环境中。故试管1应为空白对照组,试管2、3、4是实验组。
(2)3号和4号试管的自变量是催化剂的种类,即无机催化剂和酶,结果单位时间内4号试管中产生的气泡明显较3号试管多,说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率更高。
(3)某同学按照表中方法做了这个实验,结果试管3和试管4的现象刚好相反,可能的原因是肝脏研磨液不新鲜,过氧化氢的分解速率降低。
12.根据下面的信息回答：
信息一：不同的消化液的pH不一样。唾液的pH为6.2—7.4，胃液的pH为0.9—1.5，小肠液的pH为7.6。信息二：多酶片是一种复方制剂，它主要是由胰酶、胃蛋白酶复合而成的一种药物，其说明书的部分内容如下：
请根据以上两则信息，回答下列问题。
（1）酶是活细胞产生的具有催化作用的_____，具有_____特性（三个特性写全）。
（2）多酶片为肠溶衣与糖衣双层包被，外层包被应为_____（选填“肠溶衣”或“糖衣”）。糖衣以糖浆为主要包衣材料，有一定的防潮、隔绝空气、掩盖药物不良气味等作用；肠溶衣为一层特殊包裹物质，能很好保护胰酶不会在胃部被破坏。服用多酶片时不能嚼碎的原因是防止胰酶_____。
（3）请利用提供的材料用具，设计实验探究pH对多酶片中胃蛋白酶活性的影响。
备选材料用具：蛋白块若干，胃蛋白酶溶液，一系列pH梯度的溶液，蒸馏水，试管若干，恒温水浴锅，秒表等。
实验步骤：
①取规格相同的5支洁净试管，编号1、2、3、4、5；
②向5支试管中分别注入5 mL一系列pH梯度的溶液，然后各加入5 mL_____；
③将试管置于37℃的恒温水浴锅中保温5 min；
④向5支试管中各加入等量且适量的蛋白块，继续在恒温水浴锅中保温；
⑤观察5支试管中蛋白块体积变化的情况，并记录_____的时间。
【答案】（1）有机物 高效性、专一性、作用条件温和 （2）糖衣 胰酶在胃部的酸性环境中失活（变性或空间结构被破坏），且会被胃蛋白酶（催化）水解 （3）②胃蛋白酶溶液 ⑤蛋白块消失（完全被水解）
【解析】（1）酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，大部分是蛋白质，少数是RNA，具有高效性、专一性、作用条件温和三个特性。（2）多酶片为肠溶衣与糖衣双层包被，糖衣以糖浆为主要包衣材料，有一定的防潮、隔绝空气、掩盖药物不良气味等作用；肠溶衣为一层特殊包裹物质，能很好保护胰酶不会在胃部被破坏。因此外层是糖衣，可溶于胃液，内层是肠溶衣，不易溶于胃液，可溶于肠液。胰酶的适宜pH是7.6左右，而胃中pH为0.9—1.5左右，胰酶会在胃部的酸性环境中变性失活，且会被胃蛋白酶催化水解，因此患者服用多酶片时不能嚼碎。（3）该实验的目的是探究pH对胃蛋白酶活性的影响，自变量是pH，因变量是胃蛋白酶活性，蛋白块消失的时间是衡量指标，根据对照原则和单一变量原则进一步完善实验步骤为：①取规格相同的5支洁净试管，分别编号1、2、3、4、5；②向5支试管中分别注入5mL 一系列pH梯度的溶液，然后各加入5mL胃蛋白酶溶液；③将试管置于37°C的恒温水浴锅中保温5min；④向5支试管中各加入等量且适量的蛋白块，继续在恒温水浴锅中保温；⑤观察5支试管中蛋白块体积变化，并记录蛋白块消失的时间。
题组C 培优拔尖练
13.（2019浙江4月选考）为研究酶的特性，进行了实验，基本过程如下表所示：
据此分析，下列叙述错误的是
A．实验的可变因素是催化剂的种类
B．可用产生气泡的速率作检测指标
C．该实验能说明酶的作用具有高效性
D．不能用鸡肝匀浆代替马铃薯匀浆进行实验
【答案】D
【解析】实验中的可改变的自变量为催化剂的种类，A选项正确；过氧化氢分解产生水和氧气，故可以通过产生气泡的速率作为判断反应速率的指标，B选项正确；该实验通过比较酶的催化速率和二氧化锰的催化速率来验证酶的高效性，C选项正确；鸡肝匀浆和马铃薯匀浆中均含有过氧化氢酶，均可用作过氧化氢酶的性质的探究实验，D选项错误。故错误的选项选择D。
14.（2017·新课标Ⅱ卷）下列关于生物体中酶的叙述，正确的是（ ）
A．在细胞中，核外没有参与DNA合成的酶
B．由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性
C．从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法
D．唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37 ℃
【答案】C
【解析】线粒体和叶绿体中也能进行DNA复制，所以也有参与DNA合成的酶，A错误；酶是活细胞产生的，既能在生物体内发挥作用，也能在细胞外发挥作用，只要给予适宜的温度和pH，活细胞产生的酶在生物体外仍然有催化活性，B错误；向某些蛋白质溶液中加入某些无机盐溶液后，可以降低蛋白质的溶解度，使蛋白质凝聚而从溶液中析出，这种作用叫作盐析，可在胃蛋白酶的提取液中加浓（NH4）2SO4使蛋白质凝聚沉淀，C正确；酶在低温环境中保存，D错误。
15.某生物兴趣小组为了研究pH对某种酶活性的影响,设置a、b、c三组实验,各组pH条件均不同,其他条件相同且适宜。测定各组在不同反应时间内的产物量,结果如图所示。下列相关分析不正确的是( )
A.a组的pH可能高于b组的pH
B.a组pH条件下,该酶降低化学反应的活化能可能最多
C.在c组pH条件下比较适宜保存酶
D.实验要求“其他条件相同且适宜”的目的是减小实验误差
【答案】C
【解析】依题意并分析图示可知,a组酶的活性高于b组酶的活性,因此a组的pH可能高于b组的pH;与b、c组相比,a组酶的活性最高,说明a组pH条件下,该酶降低化学反应的活化能可能最多;c组产物的最大生成量明显低于a、b组,说明在c组pH条件下,酶已经变性失活,不适宜保存酶;实验中的“其他条件”为无关变量,实验要求“其他条件相同且适宜”的目的是减小实验误差。
16.抗氧化成为当下的一个热门话题,很多广告宣传告诉人们:体内的活性氧浓度越低越好,长期大量服用抗氧化剂,可以延缓衰老。在多数人的想象中,活性氧对机体正常的肌肉工作效率只有负面影响。为了探究真伪,科研人员利用大鼠的横膈肌进行了如下实验。下列相关叙述不正确的是( )
组别
材料
处理
横膈肌收缩力度
1
大鼠的
横膈肌
一定量X溶液
b
2
大鼠的
横膈肌
等量H2O2酶处理
后的X溶液
大鼠的
横膈肌
等量添加抗氧化剂
的X溶液
大鼠的横
膈肌(若
干小组)
在每组X溶液中分别添加一定剂量的0.1~10μmol/L的过氧化氢
随过氧化氢浓度增加,先增大后降低
记录现象后在高H2O2浓度的溶液中再加入抗氧化剂
增加
注:X溶液为横膈肌细胞所处环境的模拟培养液。
A.本实验的设计遵循了对照原则,其对照形式仅为空白对照
B.本实验的目的之一是探究过氧化氢(活性氧)对大鼠横膈肌收缩力度的影响
C.实验需要控制好大鼠的横膈肌的生理状态、X溶液浓度等无关变量
D.实验结果表明,一定浓度的活性氧对肌肉功能的正常发挥起促进作用,证明广告中对抗氧化宣传是不够科学的
【答案】A
【解析】H2O2酶可专一、高效地催化过氧化氢水解。根据对照实验设计的单因子变量原则可分析自变量与因变量之间的关系,进而得出实验结论。本实验的设计遵循了对照原则,其对照形式包括空白对照、相互对照,A错误;1组和2组对比,可得知本实验的目的之一是探究过氧化氢(活性氧)对大鼠横膈肌收缩力度的影响,B正确;该实验的自变量为过氧化氢浓度和抗氧化剂的有无,实验需要控制好大鼠的横膈肌的生理状态、X溶液浓度等无关变量,使无关变量相同且适宜,C正确;实验结果表明,与对照组相比,2组和3组肌肉收缩力度均较小,4组中随过氧化氢浓度增加, 肌肉收缩力度先增大后降低,在高H2O2浓度的溶液中再加入抗氧化剂,肌肉收缩力度增加,说明一定浓度的活性氧对肌肉功能的正常发挥起促进作用,证明广告中对抗氧化宣传是不够科学的,D正确。
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