維生素D在肝腎中是透過下列那一類酵素的電子轉移催化反應，而形成具活性的維生素 D（1,25-dihydroxyvitamin D ）？

本題觀念：

維生素 D₃（cholecalciferol）經肝臟與腎臟兩步驟羥化，最終生成具生物活性的 1,25-dihydroxyvitamin D₃。此過程中，25-hydroxylase（肝）與 1α-hydroxylase（腎）同屬 cytochrome P450 monooxygenase，需透過電子轉移將氧原子摻入底物，屬氧化還原酶（oxidoreductase, EC 1）家族。

選項分析

• 選項A 氧化還原酶（oxidoreductase）
  維生素 D 在肝、腎中之活化反應為 monooxygenation，EC 編號 1.14.15.18（calcidiol 1-monooxygenase），屬於 oxidoreductase，電子由還原型 adrenodoxin（或 NADPH-P450 reductase）移轉至 cytochrome P450，使氧分子活化並插入底物，正符合氧化還原酶之定義(kegg.jp)。

• 選項B 轉移酶（transferase）
  轉移酶催化基團（如甲基、磷酸基）搬移，不涉及分子氧之活化或羥基插入，無法解釋 vitamin D 羥化過程。

• 選項C 水解酶（hydrolase）
  水解酶催化化學鍵以水裂解，或許與 conjucated water 參與有關，但不會將氧原子直接添加至底物，因此不符。

• 選項D 異構酶（isomerase）
  異構酶僅改變分子內骨架或立體結構，未涉及新官能基（–OH）的引入，與羥化反應性質不符。

答案解析

1. 維生素 D₃ 首先在肝臟經 25-hydroxylase（CYP2R1、CYP27A1 等）氧化成 25-hydroxyvitamin D₃。
2. 接著在腎臟由 1α-hydroxylase（CYP27B1，EC 1.14.15.18）完成活性羥化，生成 1,25-dihydroxyvitamin D₃。
3. 兩者皆為 cytochrome P450 monooxygenase，需要電子供體（還原型 adrenodoxin 或 NADPH–P450 reductase）將電子轉移至 P450，催化 O₂ 分子活化並將一個氧原子插入底物，屬 EC 1 氧化還原酶類，唯有選項 A 符合催化機制。

核心知識點

• 酵素 EC 分類
– EC 1：Oxidoreductases（氧化還原酶）
– EC 1.14.15.x：paired donors, incorporation or reduction of O₂, reduced iron–sulfur protein donor（cytochrome P450 family）
• Vitamin D 活化

1. 肝：cholecalciferol → 25(OH)D₃ by CYP2R1/CYP27A1
2. 腎：25(OH)D₃ → 1,25(OH)₂D₃ by CYP27B1 (EC 1.14.15.18)
   • Cytochrome P450 酵素特性
   – Heme-thiolate protein
   – 電子轉移依賴 NADPH–P450 reductase 或 adrenodoxin
   – 活性氧中間體將氧原子插入底物
   • 臨床相關
   – CYP27B1 突變導致 Vitamin D–dependent rickets type I
   – 1,25(OH)₂D₃ 缺乏與低鈣血症、骨質不良相關

臨床重要性

1,25-dihydroxyvitamin D₃ 為調節鈣磷代謝及骨質形成關鍵激素，腎功能不全或 CYP27B1 缺陷患者需補充活性維生素 D 以維持骨骼健康與電解質平衡。