下列何者是 flavonoids 之生合成途徑中主要的中間物？

本題觀念：

本題考查類黃酮 (Flavonoids) 的生合成途徑，特別是其苯丙烷 (Phenylpropanoid) 前驅物的來源。類黃酮的骨架 (C6-C3-C6) 是由一個來自苯丙烷路徑的 C6-C3 單元 (B 環與 C 環) 與三個來自 Acetate-Malonate 路徑的 C2 單元 (A 環) 縮合而成。

選項分析

類黃酮的生合成主要透過 General Phenylpropanoid Pathway 產生關鍵的中間體。

• (A) ferulic acid (阿魏酸)：
  • 這是木質素 (Lignin) 生合成的重要中間產物。它是由 Caffeic acid 經甲基化形成，進一步可轉化為 coniferyl alcohol (木質素單體)。雖然某些特定植物的類黃酮 B 環可能帶有 methoxy 基團，但 Ferulic acid 不是類黃酮 "通用" 骨架合成的主要起始物。
• (B) caffeic acid (咖啡酸)：
  • 它是由 p-coumaric acid 經羥化作用 (3-hydroxylation) 形成。它是綠原酸 (chlorogenic acid) 和木質素的前驅物。雖然類黃酮 (如 Quercetin) 的 B 環具有類似 caffeic acid 的 3',4'-二羥基結構，但這種羥基化通常是在 C15 類黃酮骨架形成之後，由 Flavonoid 3'-hydroxylase (F3'H) 對類黃酮中間體進行修飾而來，而非直接以 caffeic acid 作為骨架合成的起始受質。
• (C) sinapic acid (芥子酸)：
  • 這是由 Ferulic acid 進一步修飾而來，是 Sinapyl alcohol (木質素單體) 的前驅物。它與標準類黃酮骨架的形成關聯性最低。
• (D) p-coumaric acid (對-香豆酸)：
  • 正確。這是類黃酮生合成路徑中最關鍵的樞紐物質。
  • 路徑順序：Phenylalanine $\rightarrow$ Cinnamic acid $\rightarrow$ ** p-Coumaric acid** $\rightarrow$ p-Coumaroyl-CoA。
  • p-Coumaroyl-CoA 隨後與 3 分子的 Malonyl-CoA 在 Chalcone synthase (CHS) 的催化下縮合，形成類黃酮的第一個骨架結構——查耳酮 (Chalcone)。因此，p-Coumaric acid 是進入類黃酮路徑的主要必經中間物。

答案解析

類黃酮 (Flavonoids) 的生合成起始於 Shikimic acid pathway 產生的 Phenylalanine。Phenylalanine 經去胺生成 Cinnamic acid，再經由 Cinnamate-4-hydroxylase (C4H) 羥化生成 ** p-Coumaric acid**。 接著，p-Coumaric acid 被活化成 ** p-Coumaroyl-CoA**，這是類黃酮合成酶 (Chalcone synthase, CHS) 的直接受質。絕大多數常見類黃酮 (如 Kaempferol, Quercetin, Apigenin 等) 的 B 環與 C3 結構皆源自於此分子。雖然 Caffeic acid 和 Ferulic acid 也是苯丙烷衍生物，但它們主要流向木質素合成，或是在類黃酮骨架形成後才透過修飾反應引入 (或僅在極少數特殊類黃酮合成中作為起始物)。因此，就 "主要生合成途徑" 而言，** p-coumaric acid** 是最標準且核心的中間物。

故本題正確答案為 (D)。

核心知識點

考生應掌握 "General Phenylpropanoid Pathway" 與 "Flavonoid Biosynthesis" 的銜接點：

1. 關鍵酵素與順序：
   • PAL (Phenylalanine ammonia-lyase): Phenylalanine $\rightarrow$ Cinnamic acid
   • C4H (Cinnamate 4-hydroxylase): Cinnamic acid $\rightarrow$ ** p-Coumaric acid**
   • 4CL (4-Coumarate:CoA ligase): p-Coumaric acid $\rightarrow$ ** p-Coumaroyl-CoA**
   • CHS (Chalcone synthase): ** p-Coumaroyl-CoA** + 3 Malonyl-CoA $\rightarrow$ Chalcone (類黃酮原型)
2. 結構來源：
   • B 環 + C 環 (C6-C3)：來自 Shikimic acid pathway (經由 ** p-coumaric acid**)。
   • A 環：來自 Acetate-Malonate pathway (由 3 個 Malonyl-CoA 提供)。
3. 其他選項去向：
   • Caffeic acid, Ferulic acid, Sinapic acid 主要流向 Lignin (木質素) 生合成。

參考資料

1. MDPI - Biosynthesis and Regulatory Mechanisms of Plant Flavonoids: 詳細描述了 PAL $\rightarrow$ C4H $\rightarrow$ 4CL 路徑產生 p-coumaroyl-CoA 作為類黃酮起始受質的過程。來源
2. NCBI - The Flavonoid Biosynthesis Network in Plants: 確認 p-coumaric acid 是由 C4H 產生的第一個氧化產物，並由 4CL 轉化為 CoA 形式進入類黃酮路徑。來源