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115年:營養生理生化(1)

三大營養素產能代謝途徑中，下列那些是主要的串聯分子？①glucose-6-phosphate ②pyruvate③acetyl-CoA ④citrate ⑤malate

A①②
B②③
C③④
D④⑤

詳細解析

本題觀念：

本題考查的是代謝整合 (Metabolic Integration) 的核心概念，特別是三大營養素（醣類、脂質、蛋白質）在產能代謝途徑中的共同交匯點 (Metabolic Hubs/Junctions)。在生物化學中，三大營養素的分解代謝並非完全獨立，而是透過特定的關鍵分子進行串聯與轉換，最終進入三羧酸循環 (TCA cycle) 產生能量。

選項分析

  • ① Glucose-6-phosphate (G6P, 葡萄糖-6-磷酸)：

    • 分析：G6P 是醣類代謝的重要樞紐，連接著糖解作用 (Glycolysis)、肝糖合成與分解 (Glycogen metabolism)、五碳糖磷酸途徑 (Pentose Phosphate Pathway) 以及糖質新生 (Gluconeogenesis)。
    • 結論：雖然 G6P 在醣類代謝中地位崇高，但它並不是脂質（脂肪酸）或蛋白質（胺基酸）分解代謝的主要直接匯入點。脂肪酸分解產生的 Acetyl-CoA 無法逆轉回 G6P（動物體內）。因此，它不是三大營養素最主要的共同串聯分子。

  • ② Pyruvate (丙酮酸)：

    • 分析：
      • 醣類：糖解作用的最終產物。
      • 蛋白質：許多生糖胺基酸 (Glucogenic amino acids，如 Alanine) 可經由轉氨作用直接轉化為 Pyruvate。
      • 脂質：三酸甘油酯分解出的甘油 (Glycerol) 可經由轉化進入糖解途徑最終形成 Pyruvate。
      • 功能：Pyruvate 是細胞質代謝與粒線體代謝的橋樑，可被氧化去羧形成 Acetyl-CoA，或還原成乳酸，亦可進行轉氨作用回到胺基酸，是極為關鍵的串聯分子。
    • 結論：正確。

  • ③ Acetyl-CoA (乙醯輔酶A)：

    • 分析：這是代謝途徑中最重要的中心樞紐 (Central Hub)。
      • 醣類：經由 Pyruvate 進入粒線體氧化脫羧產生。
      • 脂質：脂肪酸經由 β\beta-氧化 (Beta-oxidation) 直接產生大量的 Acetyl-CoA。
      • 蛋白質：生酮胺基酸 (Ketogenic amino acids，如 Leucine, Lysine) 分解後直接產生 Acetyl-CoA；生糖胺基酸轉成 Pyruvate 後也需轉為 Acetyl-CoA 才能進入 TCA cycle。
    • 結論：正確。所有產能營養素最終幾乎都匯集於此，進入 TCA 循環燃燒產生 ATP，或作為合成脂肪酸、酮體、膽固醇的原料。

  • ④ Citrate (檸檬酸) & ⑤ Malate (蘋果酸)：

    • 分析：這兩者是三羧酸循環 (TCA cycle) 的中間產物 (Intermediates)。雖然 Citrate 可作為脂肪酸合成的穿梭分子 (Citrate Shuttle)，Malate 參與 Malate-Aspartate Shuttle，但它們通常被視為循環內的一環，而非三大營養素分解途徑匯流的「初始交匯點」。三大營養素主要先轉化為 Acetyl-CoA (或 Pyruvate) 後，才進一步生成 Citrate 進入循環。

答案解析

根據生物化學的代謝路徑圖，三大營養素（醣類、脂質、蛋白質）的分解代謝主要在兩個關鍵節點匯合：

  1. Pyruvate：接收來自葡萄糖（糖解）、甘油（脂質）、生糖胺基酸（蛋白質）的碳骨架。
  2. Acetyl-CoA：接收來自 Pyruvate（源自醣類/甘油/胺基酸）、脂肪酸（脂質 β\beta-氧化）、生酮胺基酸（蛋白質）的乙醯基。

因此，Pyruvate 與 Acetyl-CoA 是三大營養素產能代謝中最主要的串聯分子。

正確選項為 B (②③)。

核心知識點

考生應熟記以下代謝匯流圖譜：

  1. 共同終點：所有產能營養素最終經由 Acetyl-CoA 進入 TCA Cycle (Krebs Cycle)，並透過電子傳遞鏈 (ETC) 產生 ATP。
  2. Pyruvate 的來源：
    • 醣類 (Glycolysis)
    • 脂質 (Glycerol -> G3P -> Pyruvate)
    • 蛋白質 (Alanine, Cysteine, Glycine, Serine, Threonine, Tryptophan 等生糖胺基酸)
  3. Acetyl-CoA 的來源：
    • Pyruvate 氧化脫羧 (PDC complex)
    • 脂肪酸 β\beta-氧化
    • 酮體 (Ketone bodies)
    • 生酮胺基酸 (Leucine, Lysine, Isoleucine, Phenylalanine, Tyrosine, Tryptophan)
  4. 不可逆反應：動物體內 Pyruvate →\to Acetyl-CoA 是不可逆的 (PDC reaction)，這解釋了為什麼脂肪酸（生成 Acetyl-CoA）不能大量轉化為葡萄糖（Gluconeogenesis 需從 Pyruvate 或 OAA 開始）。

參考資料

  1. Lumen Learning - Pyruvate Oxidation and the Citric Acid Cycle
  2. LibreTexts - Transition Reaction from Pyruvate into Acetyl CoA
  3. Proteopedia - Major metabolic pathways converging on the citric acid cycle
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