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114年:營養生理生化(2)

有關人體合成及利用酮體（ketone bodies）的敘述，下列何者正確？

A肝臟細胞的細胞質為合成酮體的場所，所產生酮體再運送至肝外組織作能量來源
B酮體合成材料是acetyl-CoA和malonyl-CoA，生成的中間產物為3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA （HMG-CoA）
C人體產生的酮體包括 acetone、acetoacetate、β-hydroxylmethylbutyrate
D酮體運送至肝外組織後會分解為acetyl-CoA而進入檸檬酸循環

詳細解析

本題觀念：

本題考查的核心觀念是**酮體生成（Ketogenesis）與酮體利用（Ketolysis）**的生化代謝路徑。考生需掌握合成與分解的「細胞內場所」、「關鍵酵素」、「原料與產物」以及「器官專一性」。

選項分析

  • A：肝臟細胞的細胞質為合成酮體的場所，所產生酮體再運送至肝外組織作能量來源

    • 錯誤。
    • 解析：酮體的合成（Ketogenesis）主要發生在肝臟細胞的**粒線體（Mitochondria）**基質中，而非細胞質。
    • 補充：細胞質中的 HMG-CoA 合成酶是參與膽固醇合成的途徑；而粒線體中的 HMG-CoA 合成酶才是參與酮體生成的關鍵酵素。

  • B：酮體合成材料是 acetyl-CoA 和 malonyl-CoA，生成的中間產物為 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA（HMG-CoA）

    • 錯誤。
    • 解析：酮體合成的原料是 Acetyl-CoA（乙醯輔酶A）。過程是 2 分子的 Acetyl-CoA 先縮合，而非使用 Malonyl-CoA。
    • 關鍵錯誤：Malonyl-CoA 是脂肪酸合成（Lipogenesis）的中間產物，且它會抑制 CPT-1 酵素，從而抑制脂肪酸進入粒線體進行氧化（即抑制酮體生成）。因此 Malonyl-CoA 濃度高時，酮體生成反而是被抑制的。

  • C：人體產生的酮體包括 acetone、acetoacetate、β-hydroxylmethylbutyrate

    • 錯誤。
    • 解析：人體的三大酮體為：
      1. Acetoacetate（乙醯乙酸）
      2. β\beta-Hydroxybutyrate（β\beta-羥基丁酸，BHB）
      3. Acetone（丙酮）
    • 陷阱：選項中的 β\beta-hydroxylmethylbutyrate（HMB，β\beta-羥基-β\beta-甲基丁酸）是胺基酸 Leucine 的代謝產物，常用於運動營養補充，並非標準定義下的酮體。

  • D：酮體運送至肝外組織後會分解為 acetyl-CoA 而進入檸檬酸循環

    • 正確。
    • 解析：肝臟合成酮體後釋放到血液中，運送至腦、心臟、骨骼肌等肝外組織。在這些組織的粒線體中，酮體（主要是 β\beta-羥基丁酸和乙醯乙酸）會經過一系列反應（氧化、轉以輔酶A等）被還原成 Acetyl-CoA，隨後進入**檸檬酸循環（TCA cycle / Krebs cycle）**產生 ATP 作為能量來源。

答案解析

正確答案：D

本題 D 選項正確描述了酮體作為替代能源的代謝終點。酮體的主要生理意義即是在葡萄糖缺乏（如飢餓、糖尿病）時，由肝臟將脂肪酸氧化的產物轉化為酮體，運送至周邊組織 reconvert 回 Acetyl-CoA 進入 TCA cycle 產生能量。

核心知識點

針對營養師國考，關於酮體代謝請務必熟記以下重點：

  1. 合成場所：肝臟細胞的粒線體。
  2. 關鍵酵素（合成）：HMG-CoA Synthase（粒線體型）是速率決定步驟。
  3. 原料：來自脂肪酸 β\beta-氧化的 Acetyl-CoA。
  4. 產物：
    • Acetoacetate（乙醯乙酸）：主要前驅物。
    • β\beta-Hydroxybutyrate（β\beta-羥基丁酸）：血液中含量最多（穩定形式）。
    • Acetone（丙酮）：由 Acetoacetate 自發脫羧產生，由呼吸排出（水果味）。
  5. 利用場所：肝外組織（腦、心、肌）的粒線體。
  6. 關鍵酵素（利用）：Thiophorase（又稱 Succinyl-CoA:acetoacetate CoA transferase, SCOT）。
    • 考點：肝臟缺乏 Thiophorase，所以肝臟「只能合成、不能利用」酮體，避免發生 futile cycle（無效循環）。
  7. 代謝調控：Malonyl-CoA 濃度升高（胰島素作用下）會抑制 CPT-1，阻斷脂肪酸進入粒線體，進而抑制酮體生成。

臨床重要性

  • 糖尿病酮酸中毒 (DKA)：胰島素缺乏導致脂肪酸過度氧化，大量 Acetyl-CoA 堆積生成過量酮體，造成代謝性酸中毒。
  • 生酮飲食 (Ketogenic Diet)：利用極低碳水化合物攝取，強迫身體進入酮症（Ketosis）狀態，以脂肪和酮體作為主要燃料，應用於癲癇控制或減重。

參考資料

  1. Harper's Illustrated Biochemistry, 32nd Edition, Chapter 22: Oxidation of Fatty Acids: Ketogenesis.
  2. Lippincott Illustrated Reviews: Biochemistry, 8th Edition, Unit IV: Metabolism of Lipids.
  3. StatPearls [Internet]. Ketogenesis. NCBI Bookshelf. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK493179/
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