115年:營養生理生化(1)
下列何者為紅血球生成三磷酸腺苷（ATP）之最主要途徑？
A糖解作用（glycolysis）
B克氏循環（Krebs cycle）
C氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）
Dβ-氧化作用（β-oxidation）
詳細解析
本題觀念：
紅血球的能量代謝與特殊構造 成熟的哺乳類紅血球（Red Blood Cells, RBCs）在分化過程中會脫去細胞核與粒線體（mitochondria），以騰出更多空間容納血紅素（Hemoglobin）並避免消耗自身攜帶的氧氣。由於缺乏粒線體，紅血球無法進行有氧呼吸（aerobic respiration），因此其能量代謝途徑受到嚴格限制，必須完全依賴細胞質中的代謝反應來產生能量。
選項分析
- A. 糖解作用（glycolysis）：正確。
- 糖解作用發生於細胞質（cytoplasm）中，不需粒線體也不需氧氣。
- 這是成熟紅血球產生 ATP 的唯一主要途徑。
- 透過 Embden-Meyerhof pathway，紅血球將葡萄糖分解為丙酮酸（pyruvate），再經由乳酸脫氫酶（LDH）轉化為乳酸（lactate），每個葡萄糖分子淨生成 2 個 ATP。這些 ATP 主要用於維持細胞膜上的離子幫浦（如 Na+/K+ ATPase），以保持紅血球的雙凹圓盤形狀與滲透壓平衡。
- B. 克氏循環（Krebs cycle）：錯誤。
- 克氏循環（又稱檸檬酸循環，TCA cycle）發生於粒線體基質（mitochondrial matrix）。
- 因紅血球缺乏粒線體，故無法進行此反應。
- C. 氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）：錯誤。
- 氧化磷酸化發生於粒線體內膜（inner mitochondrial membrane），是電子傳遞鏈產生 ATP 的過程。
- 紅血球無粒線體，且紅血球的功能是運輸氧氣而非消耗氧氣，若進行有氧呼吸會消耗掉欲運輸給組織的氧，不符合其生理功能。
- D. β-氧化作用（β-oxidation）：錯誤。
- 脂肪酸的β-氧化作用主要發生於粒線體中。
- 紅血球無法利用脂肪酸作為能量來源，只能依賴葡萄糖。
答案解析
成熟紅血球因缺乏粒線體，無法進行有氧代謝（包含克氏循環、氧化磷酸化與脂肪酸β-氧化）。為了維持生理機能，紅血球完全依賴無氧糖解作用（Anaerobic Glycolysis） 來生成 ATP。葡萄糖是紅血球唯一的能量來源，最終代謝產物為乳酸。故本題正確答案為 (A) 糖解作用。
核心知識點
考生應掌握紅血球代謝的三大關鍵路徑及其功能：
- 糖解作用 (Embden-Meyerhof Pathway)：
- 場所：細胞質。
- 功能：產生 ATP（維持離子平衡、細胞形狀）。
- 產物：乳酸 (Lactate)。
- 磷酸五碳糖路徑 (Hexose Monophosphate Shunt / Pentose Phosphate Pathway)：
- 功能：產生 NADPH。
- 臨床意義：NADPH 用於還原穀胱甘肽 (GSH)，保護紅血球免受氧化壓力傷害。此路徑缺陷會導致 G6PD 缺乏症（蠶豆症），引發溶血。
- Rapoport-Luebering Shunt：
- 功能：生成 2,3-DPG (2,3-BPG)。
- 臨床意義：2,3-DPG 會降低血紅素對氧的親和力，促進氧氣在組織釋放（右移氧解離曲線）。注意此支路會消耗產生 ATP 的機會（跳過 Phosphoglycerate kinase 步驟），是能量與攜氧功能的權衡。