關於血糖高低與脂質氧化代謝的調控機制，何者正確？

本題觀念：

本題主要測驗脂肪酸氧化 (Fatty Acid Oxidation) 的生理調控機制，特別是胰島素 (Insulin) 與升糖素 (Glucagon) 如何透過調控關鍵酵素與代謝中間產物，來影響脂肪酸進入粒線體 (Mitochondria) 的過程。核心觀念在於「Malonyl-CoA 對 CPT-1 的抑制作用」。

選項分析

• A 錯誤：

  • 生理狀態：血糖低時，升糖素 (Glucagon) 分泌確實上升。
  • 代謝機轉：升糖素上升會抑制 Acetyl-CoA Carboxylase (ACC)，導致 Malonyl-CoA 濃度下降。由於 Malonyl-CoA 是 Carnitine Palmitoyltransferase I (CPT-1) 的抑制劑，Malonyl-CoA 減少會解除對 CPT-1 的抑制，增加脂肪酸進入粒線體進行 $\beta$-氧化產能 (為了節省葡萄糖消耗並提供能量)。
  • 結論：選項說「減少」進入粒線體是錯誤的。

• B 錯誤：

  • 生理狀態：血糖高時，胰島素 (Insulin) 分泌會上升，而升糖素 (Glucagon) 分泌會被抑制。
  • 結論：血糖高時升糖素濃度應下降，且升糖素的功能是促進（而非減少）脂肪酸氧化，故此選項敘述與生理機制完全相反。

• C 正確：

  • 生理狀態：血糖高時，胰島素 (Insulin) 分泌上升。
  • 代謝機轉：
    1. 胰島素促進葡萄糖進入細胞並進行糖解作用，產生 Acetyl-CoA。
    2. 胰島素活化 Acetyl-CoA Carboxylase (ACC)。
    3. ACC 將 Acetyl-CoA 轉化為 Malonyl-CoA。
    4. Malonyl-CoA 是脂肪酸合成的原料，同時也是 CPT-1 (Carnitine Palmitoyltransferase I) 的強效抑制劑。
    5. CPT-1 被抑制後，長鏈脂肪酸無法與肉鹼 (Carnitine) 結合進入粒線體基質。
  • 結果：減少脂肪酸進入粒線體進行氧化，轉而傾向進行脂肪合成與儲存。

• D 錯誤：

  • 生理狀態：血糖低時，升糖素 (Glucagon) 分泌上升，胰島素 (Insulin) 分泌下降。
  • 結論：選項將低血糖時的優勢激素寫錯（寫成胰島素）。

答案解析

正確答案為 (C)。

本題的核心考點在於 「葡萄糖-脂肪酸循環 (Glucose-Fatty Acid Cycle)」 的交互調控。 當人體處於高血糖 (進食後) 狀態時：

1. 胰島素分泌增加，促進細胞攝取葡萄糖。
2. 葡萄糖代謝產生大量 Acetyl-CoA，經由 ACC 酵素作用生成 Malonyl-CoA。
3. Malonyl-CoA 在此扮演關鍵的「代謝開關」角色：它會抑制粒線體外膜上的 CPT-1。
4. CPT-1 是脂肪酸進入粒線體進行 $\beta$-氧化的速率決定步驟 (Rate-limiting step)。
5. 因此，高血糖狀態下，脂肪酸進入粒線體的路徑被阻斷 (氧化減少)，細胞優先利用葡萄糖作為能量來源，並將多餘能量轉向脂肪合成。

核心知識點

考生應掌握以下代謝調控路徑，這是國考生物化學與生理學的常考題：

1. 關鍵酵素：Carnitine Palmitoyltransferase I (CPT-1) — 負責將長鏈脂肪酸帶入粒線體，是 $\beta$-氧化的守門員。
2. 關鍵調節因子：Malonyl-CoA (丙二醯輔酶A)。
   • 來源：由 Acetyl-CoA Carboxylase (ACC) 合成。
   • 作用：抑制 CPT-1 $\rightarrow$ 阻斷脂肪酸氧化。
3. 荷爾蒙調控總結：
   • 胰島素 (Insulin) $\rightarrow$ 活化 ACC $\rightarrow$ Malonyl-CoA 上升 $\rightarrow$ 抑制 CPT-1 $\rightarrow$ 脂肪酸氧化減少 (促進脂肪合成)。
   • 升糖素 (Glucagon) $\rightarrow$ 抑制 ACC (透過磷酸化) $\rightarrow$ Malonyl-CoA 下降 $\rightarrow$ 解除 CPT-1 抑制 $\rightarrow$ 脂肪酸氧化增加 (生酮作用/產能)。

參考資料

1. Glucose Plus Insulin Regulate Fat Oxidation by Controlling the Rate of Fatty Acid Entry into the Mitochondria, Journal of Clinical Investigation.
2. Harpers Illustrated Biochemistry, 32nd Edition, Chapter 22: Oxidation of Fatty Acids: Ketogenesis.
3. Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology, 14th Edition, Chapter 68: Lipid Metabolism.