葡萄糖藉由山梨糖醇（sorbitol）轉變為果糖（fructose）的途徑，下列敘述何者正確？

本題觀念：

本題考查的是多元醇途徑（Polyol pathway），又稱山梨糖醇途徑（Sorbitol pathway）。這是一個將葡萄糖（Glucose）轉化為果糖（Fructose）的兩步代謝路徑，在高血糖狀態下（如糖尿病）特別活躍，與糖尿病併發症（如白內障、神經病變）的發生機制密切相關。

選項分析

多元醇途徑包含兩個主要步驟：

1. 第一步：葡萄糖 $\rightarrow$ 山梨糖醇

   • 酵素：醛糖還原酶（Aldose reductase）。
   • 輔酶變化：此步驟為還原反應，需要消耗 NADPH 作為電子損予體，將其氧化為 NADP⁺。
   • 分析：
     • (A) 選項錯誤：輔酶是 NADPH，並非 FADH₂。
     • (B) 選項錯誤：輔酶是 NADPH，並非 NADH。且反應是將 NADPH 氧化為 NADP⁺。

2. 第二步：山梨糖醇 $\rightarrow$ 果糖

   • 酵素：山梨糖醇去氫酶（Sorbitol dehydrogenase）。
   • 輔酶變化：此步驟為氧化反應（山梨糖醇脫氫生成果糖），需要 NAD⁺ 作為電子接受體，將其還原為 NADH。
   • 分析：
     • (C) 選項正確：山梨糖醇經山梨糖醇去氫酶催化形成果糖，過程中 NAD⁺ 接受電子被還原成 NADH。
     • (D) 選項錯誤：此酵素使用 NAD⁺/NADH 系統，而非 NADP⁺/NADPH 系統。且輔酶是接受電子（還原），而非氧化。

答案解析

正確答案為 (C)。

在多元醇途徑的第二步中，山梨糖醇（Sorbitol）被山梨糖醇去氫酶（Sorbitol dehydrogenase）氧化成果糖（Fructose）。此反應需要 NAD⁺ 作為輔因子，NAD⁺ 在反應中獲得氫離子與電子，因此被還原為 NADH。

核心知識點

考生應掌握 多元醇途徑 (Polyol Pathway) 的關鍵反應式與病理意義：

1. 反應式記憶：
   • Step 1: Glucose + NADPH + H⁺ $\xrightarrow{\text{Aldose reductase}}$ Sorbitol + NADP⁺
   • Step 2: Sorbitol + NAD⁺ $\xrightarrow{\text{Sorbitol dehydrogenase}}$ Fructose + NADH + H⁺
2. 口訣/邏輯：
   • 先還原（用 NADPH），後氧化（用 NAD⁺）。
   • 口訣：「Polyol pathway starts with NADPH」 (第一步用 NADPH)。
3. 臨床病理（糖尿病併發症）：
   • 山梨糖醇堆積：Sorbitol 親水性高且難以穿透細胞膜，在細胞內堆積造成滲透壓（Osmotic pressure）上升，導致細胞腫脹（如：晶狀體造成白內障、許旺細胞造成神經病變）。
   • NADPH 耗盡：過度消耗 NADPH，導致穀胱甘肽還原酶（Glutathione reductase）缺乏輔因子，無法再生還原態穀胱甘肽（GSH），使細胞抗氧化能力下降，增加氧化壓力（Oxidative stress）。

參考資料

1. StatPearls [Internet]: Biochemistry, Polyol Or Sorbitol Pathways. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK560627/)
2. Harper's Illustrated Biochemistry: Metabolism of Acylglycerols and Sphingolipids.
3. Wikipedia: Polyol pathway. (https://en.wikipedia.org/wiki/Polyol_pathway)