一單元葡萄糖進入糖解分解作用，當全部分解至acetyl-CoA 時，共可生成多少單元的NADH？

本題觀念：

本題考查的是細胞呼吸 (Cellular Respiration) 中的化學計量，特別是從葡萄糖 (Glucose) 代謝至乙醯輔酶A (Acetyl-CoA) 這一階段的還原當量 (NADH) 產量。此過程包含兩個主要階段：糖解作用 (Glycolysis) 與 丙酮酸氧化 (Pyruvate Oxidation)。

選項分析

• 階段一：糖解作用 (Glycolysis)

  • 發生位置：細胞質 (Cytosol)。
  • 反應式：1 Glucose $\rightarrow$ 2 Pyruvate。
  • 在此過程中，葡萄糖 (6碳) 被分解為兩個丙酮酸 (3碳)。
  • 關鍵步驟：Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase 將甘油醛-3-磷酸 (G3P) 氧化。
  • 產量：生成 2 分子 NADH (及淨生成 2 ATP)。

• 階段二：丙酮酸氧化 (Pyruvate Oxidation)

  • 發生位置：粒線體基質 (Mitochondrial Matrix)。
  • 反應酵素：丙酮酸去氫酶複合體 (Pyruvate Dehydrogenase Complex, PDC)。
  • 反應式：2 Pyruvate $\rightarrow$ 2 Acetyl-CoA + 2 CO$_2$。
  • 由於 1 分子葡萄糖產生 2 分子丙酮酸，因此此反應進行兩次。
  • 產量：每分子丙酮酸生成 1 分子 NADH，故共生成 2 分子 NADH。

• 總計 (Total)

  • 從葡萄糖分解至 Acetyl-CoA 的總 NADH 生成量 = (糖解作用的 2 NADH) + (丙酮酸氧化的 2 NADH) = 4 NADH。

選項檢視：

• (A) 2：這是單獨計算「糖解作用」或單獨計算「丙酮酸氧化」的產量，並非總和。
• (B) 3：數值不正確。
• (C) 4：正確。由糖解作用 (2 NADH) 加上丙酮酸氧化 (2 NADH) 得到。
• (D) 10：這是 1 分子葡萄糖經完整氧化（含檸檬酸循環 TCA cycle）所產生的總 NADH 數。
  • 計算方式：4 (前述) + 6 (TCA cycle: 2 Acetyl-CoA 各產生 3 NADH) = 10 NADH。題目僅問到 Acetyl-CoA 階段，故不選此項。

答案解析

正確答案為 (C) 4。

題目明確指定「當全部分解至 acetyl-CoA 時」，表示反應終點為 Acetyl-CoA 的形成，不包含後續進入檸檬酸循環 (TCA cycle) 的代謝。

1. Glucose $\rightarrow$ 2 Pyruvate：產生 2 NADH。
2. 2 Pyruvate $\rightarrow$ 2 Acetyl-CoA：產生 2 NADH。
3. 總和：2 + 2 = 4 NADH。

核心知識點

考生應熟記葡萄糖有氧呼吸各階段的產物計量 (Stoichiometry per Glucose)：

1. 糖解作用 (Glycolysis)：
   • 產物：2 Pyruvate, 2 NADH, 2 ATP (net)。
2. 丙酮酸氧化 (Pyruvate Oxidation)：
   • 產物：2 Acetyl-CoA, 2 NADH, 2 CO$_2$。
3. 檸檬酸循環 (TCA Cycle / Krebs Cycle) (每 2 Acetyl-CoA)：
   • 產物：6 NADH, 2 FADH$_2$, 2 GTP/ATP, 4 CO$_2$。

總結至 Acetyl-CoA 階段：共消耗 1 Glucose，生成 2 ATP, 4 NADH, 2 CO$_2$。

參考資料

1. Glycolysis - Wikipedia
2. Pyruvate dehydrogenase complex - Wikipedia
3. Cellular Respiration Stoichiometry - LibreTexts