人類因缺乏何種酵素而無法由linoleic acid合成α-linolenic acid（ALA）？

本題觀念：

本題考查脂質代謝中「必需脂肪酸（Essential Fatty Acids）」的生化合成路徑，以及人類缺乏特定的去飽和酶（Desaturase）導致無法自行合成某些多元不飽和脂肪酸的生理機制。

核心概念：

1. 必需脂肪酸：人類無法自行合成，必須從飲食中攝取的脂肪酸，主要為 亞麻油酸 (Linoleic acid, LA, 18:2 $\Delta^{9,12}$) 和 $\alpha$-次亞麻油酸 ($\alpha$-Linolenic acid, ALA, 18:3 $\Delta^{9,12,15}$)。
2. 去飽和酶 (Desaturase)：負責在脂肪酸碳鏈上特定位置引入雙鍵的酵素。人類體內僅有 $\Delta^4, \Delta^5, \Delta^6, \Delta^9$ 去飽和酶，缺乏 $\Delta^{12}$ 和 $\Delta^{15}$ 去飽和酶。

選項分析

題目詢問的是「由 linoleic acid 合成 $\alpha$-linolenic acid」所缺乏的酵素。

• A. $\Delta^{12}$ desaturase（$\Delta^{12}$ 去飽和酶）：

  • 功能：將油酸 (Oleic acid, 18:1 $\Delta^9$) 的第12位碳引入雙鍵，轉變為亞麻油酸 (Linoleic acid, 18:2 $\Delta^{9,12}$)。
  • 分析：人類確實缺乏此酵素，因此無法由油酸合成亞麻油酸。但題幹問的是從「亞麻油酸」變成「$\alpha$-次亞麻油酸」的步驟，而非產生亞麻油酸的步驟。
  • 結論：錯誤。

• B. $\Delta^{12}$ elongase（$\Delta^{12}$ 延長酶）：

  • 功能：Elongase 的功能是延長碳鏈（增加2個碳），而非引入雙鍵。且生化命名上鮮少使用 $\Delta^{12}$ elongase 這種稱呼，通常依據受質長度稱為 ELOVL (Elongation of Very Long chain fatty acids)。
  • 分析：Linoleic acid (18C) 轉變為 $\alpha$-Linolenic acid (18C) 碳數不變，只是雙鍵數目增加，因此不需要延長酶。
  • 結論：錯誤。

• C. $\Delta^{15}$ desaturase（$\Delta^{15}$ 去飽和酶）：

  • 功能：將亞麻油酸 (Linoleic acid, 18:2 $\Delta^{9,12}$) 的第15位碳引入雙鍵，轉變為 $\alpha$-次亞麻油酸 (ALA, 18:3 $\Delta^{9,12,15}$)。此酵素又稱為 Omega-3 desaturase。
  • 分析：Linoleic acid 與 $\alpha$-Linolenic acid 的差別在於後者在 $\Delta^{15}$ 位置多了一個雙鍵。人類因為缺乏此酵素，無法將攝入的 Omega-6 脂肪酸（LA）轉化為 Omega-3 脂肪酸（ALA）。
  • 結論：正確。

• D. $\Delta^{15}$ elongase（$\Delta^{15}$ 延長酶）：

  • 分析：同選項 B，此反應涉及的是去飽和（加雙鍵）而非延長碳鏈。
  • 結論：錯誤。

答案解析

正確答案是 (C) $\Delta^{15}$ desaturase。

1. 化學結構差異：
   • Linoleic acid (LA) 是 18碳、2個雙鍵 ($\Delta^{9,12}$)，屬於 Omega-6 系列。
   • $\alpha$-Linolenic acid (ALA) 是 18碳、3個雙鍵 ($\Delta^{9,12,15}$)，屬於 Omega-3 系列。
2. 反應機制：要從 LA 合成 ALA，必須在第 15 號碳原子處增加一個雙鍵。負責此反應的酵素即為 $\Delta^{15}$ desaturase（植物與微生物具備，哺乳動物缺乏）。
3. 生理意義：由於人類同時缺乏 $\Delta^{12}$ desaturase（無法製造 LA）和 $\Delta^{15}$ desaturase（無法製造 ALA 或將 LA 轉為 ALA），因此這兩種脂肪酸均被定義為「必需脂肪酸」，必須完全依賴飲食攝取。

核心知識點

考生應掌握以下脂肪酸代謝的關鍵原則：

1. 人類具備的去飽和酶：$\Delta^9, \Delta^6, \Delta^5, \Delta^4$ desaturase。只能在 $\Delta^9$ 碳原子與**羧基端（Carboxyl end）**之間插入雙鍵。
2. 人類缺乏的去飽和酶：$\Delta^{12}$ 和 $\Delta^{15}$ desaturase。無法在 $\Delta^9$ 碳原子與**甲基端（Methyl end）**之間插入雙鍵。
3. 必需脂肪酸定義：
   • Linoleic acid (18:2 $\omega$-6)：缺乏 $\Delta^{12}$ desaturase 無法合成。
   • $\alpha$-Linolenic acid (18:3 $\omega$-3)：缺乏 $\Delta^{15}$ desaturase 無法合成（也無法由 LA 轉化而來）。
4. 代謝路徑區隔：Omega-3 與 Omega-6 家族在人體內使用相同的酵素系統（如 $\Delta^6$ desaturase, Elongase）進行後續代謝（生成 AA, EPA, DHA），但兩家族之間不能互相轉換。

參考資料

1. PubChem - Linoleic acid & Alpha-Linolenic acid Biosynthesis: Explains the structural difference and enzymatic requirements.
2. NCBI Bookshelf - Biochemistry of Lipids, Lipoproteins and Membranes: Chapter on Fatty Acid Synthesis and Desaturation mechanisms.
3. NIH - Fatty Acid Desaturases: Details the specific desaturases lacking in mammals ($\Delta^{12}$ and $\Delta^{15}$).