Leucine脫胺作用（deamination）後的碳骨架（carbon skeleton）無法形成下列何種物質？

本題觀念：

本題考查的是胺基酸的代謝分類（Glucogenic vs. Ketogenic Amino Acids）及其碳骨架（Carbon skeleton）的代謝流向。

胺基酸在體內脫胺（Deamination）後，其留下的碳骨架會進入代謝途徑，根據其最終產物能否轉化為葡萄糖或酮體，可分為三類：

1. 生糖胺基酸 (Glucogenic A.A.)：代謝產物為 Pyruvate 或 TCA cycle 中間產物（如 Oxaloacetate, $\alpha$-Ketoglutarate 等），可經由糖質新生作用（Gluconeogenesis）合成葡萄糖。
2. 生酮胺基酸 (Ketogenic A.A.)：代謝產物為 Acetyl-CoA 或 Acetoacetyl-CoA，這些物質在人體內無法淨合成葡萄糖，只能用於合成酮體（Ketone bodies）、脂肪酸（Fatty acids）或膽固醇（Cholesterol）。
3. 兼性胺基酸 (Both)：同時具有上述兩種代謝途徑。

選項分析

• A. Cholesterol (膽固醇)：可以形成。Leucine 的代謝最終產物包含 Acetyl-CoA。Acetyl-CoA 是合成膽固醇的前驅物質（透過 Mevalonate pathway），因此 Leucine 的碳骨架可以用來合成膽固醇。
• B. Fatty acid (脂肪酸)：可以形成。Acetyl-CoA 是脂肪酸合成（Lipogenesis）的主要原料。當能量過剩時，源自 Leucine 的 Acetyl-CoA 可被用於合成脂肪酸。
• C. Glucose (葡萄糖)：無法形成。Leucine 是純生酮胺基酸 (Purely Ketogenic Amino Acid)。其代謝產物 Acetyl-CoA 進入檸檬酸循環（TCA cycle）後，兩個碳原子會以 $CO_2$ 的形式釋出，無法淨轉換為 Oxaloacetate（糖質新生的原料）。人體缺乏將 Acetyl-CoA 轉回 Pyruvate 的酵素（Pyruvate dehydrogenase reaction 是不可逆的），因此 Leucine 的碳骨架無法用於淨合成葡萄糖。
• D. Ketones (酮體)：可以形成。Leucine 代謝會直接產生 Acetoacetate（一種酮體）以及 Acetyl-CoA（可進一步合成酮體）。這是 "Ketogenic" 名稱的由來。

答案解析

正確答案是 (C) glucose。

Leucine（白胺酸）與 Lysine（賴胺酸）是人體中僅有的兩個**「純生酮胺基酸」(Purely Ketogenic Amino Acids)**。它們的代謝碳骨架完全降解為 Acetyl-CoA 或 Acetoacetyl-CoA。 在人體代謝生理中，Acetyl-CoA 無法逆向走回糖解作用（Glycolysis）或直接轉化為 Pyruvate 來進行糖質新生。雖然 Acetyl-CoA 可以進入 TCA cycle，但其帶入的兩個碳原子會在循環中氧化成 $CO_2$ 釋放，因此無法增加 Oxaloacetate 的總量來進行糖質新生。故 Leucine 無法作為合成葡萄糖的原料。

核心知識點

考生應熟記胺基酸的代謝分類，這是生化與國考的常考題：

1. 純生酮胺基酸 (Purely Ketogenic)：

   • 口訣：L 開頭的兩個 —— Leucine, Lysine。
   • 產物：Acetyl-CoA, Acetoacetate。
   • 特點：絕對無法轉換成葡萄糖。

2. 兼性胺基酸 (Glucogenic & Ketogenic)：

   • 包含：Phenylalanine, Isoleucine, Threonine, Tryptophan, Tyrosine。（口訣：FITkT 或 "PhIT TyTr"）
   • 產物：一部分碳骨架生成 Acetyl-CoA/Acetoacetyl-CoA，另一部分生成 Pyruvate/TCA intermediates。

3. 純生糖胺基酸 (Purely Glucogenic)：

   • 除去上述 7 種，其餘 13 種胺基酸皆屬此類（如 Alanine, Glutamine 等）。

參考資料

1. Wikipedia: Glucogenic amino acid - 確認 Leucine 與 Lysine 為唯二非生糖胺基酸。
2. Metabolism of Amino Acids - LibreTexts - 詳述胺基酸降解路徑與分類。
3. Leucine Metabolism - Creative Proteomics - 說明 Leucine 最終代謝產物為 Acetyl-CoA 與 Acetoacetate。