成年人每日基礎代謝率（BMR）約1,200大卡，約相當於5,000 kJ。ATP水解產生的能量約50kJ/mol，ATP的分子量是551 g/mol。估計每天基礎代謝率需要的ATP總量，下列那一個數值最不合理？

本題觀念：

本題考查的核心觀念是生物能量學 (Bioenergetics) 中的 ATP 轉換率 (ATP turnover rate)。

ATP (三磷酸腺苷) 是細胞內的能量貨幣，但細胞內儲存的 ATP 量非常少，必須透過不斷的分解 (水解) 與再合成 (磷酸化) 來維持生理機能。人體每日所需的能量龐大，因此 ATP 的「每日週轉總量」遠大於「瞬間儲存量」。

選項分析：

我們先根據題目給定的數據進行計算：

• 每日總能量需求 (BMR)：約 5,000 kJ/day
• ATP 水解能量：約 50 kJ/mol
• ATP 分子量：551 g/mol

1. 計算每日所需 ATP 莫耳數： $\text{每日 ATP 莫耳數} = \frac{\text{總能量}}{\text{每莫耳能量}} = \frac{5,000 \text{ kJ}}{50 \text{ kJ/mol}} = 100 \text{ mol}$

2. 計算每日所需 ATP 總重量： $\text{每日 ATP 重量} = \text{莫耳數} \times \text{分子量}$ $= 100 \text{ mol} \times 551 \text{ g/mol} = 55,100 \text{ g}$ $= 55.1 \text{ kg}$

選項逐一檢視：

• A. 約 100 莫耳（mol/day）：

  • 合理。根據上述計算，維持 BMR 所需的 ATP 莫耳數約為 100 mol。這與生理學教科書中「成人每日約消耗 100~150 莫耳 ATP」的數據相符。

• B. 約 55 公克（g/day）：

  • 最不合理。根據計算，每日所需的 ATP 總重約為 55,000 公克 (55 公斤)。
  • 55 公克這個數值通常是指人體內「瞬間」存在的 ATP 總量 (Pool size) (約 50~100g)，而非每日的代謝總量。若人體一天只能使用 55g 的 ATP，所提供的能量僅約 5 kJ，遠不足以維持生命 (BMR 需要 5,000 kJ)。

• C. 約 5,000 千焦（kJ/day）：

  • 合理。這是題目直接給定的 BMR 能量數值。雖然單位是能量而非物質的量，但在描述「代謝需求」的語境下，這個數值本身是正確且合理的 (相當於 1,200 大卡)。

• D. 約 55 公斤（kg/day）：

  • 合理。根據計算，55,100 g 換算後即為 55.1 kg。這是一個經典的生理學事實：人類每日合成與分解的 ATP 總重約等於自身的體重。

答案解析

答案：B

本題要求選出「最不合理」的數值。

• 選項 A、C、D 的數值都經由題目數據推算正確，或直接為題目給定數據。
• 選項 B (55 g) 與計算結果 (55,000 g) 相差了 1,000 倍。這個數值代表的是人體內 ATP 的「庫存量」(Pool size)，而非「日週轉量」(Turnover)。由於 ATP 無法大量儲存，必須透過 ADP-ATP 循環快速再生，一個 ATP 分子一天內可能被循環使用超過 1,000 次。

核心知識點

1. ATP 的高週轉率 (High Turnover Rate)：ATP 是能量的載體而非儲存形式。人體內 ATP 庫存極少 (僅約 50~100 g)，但每日週轉量極大 (約等於體重，50~75 kg)。
2. ADP-ATP 循環：每個 ATP 分子每日需經過上千次的「水解-再合成」循環，以滿足巨大的代謝能量需求。
3. 數值級距對比：
   • 庫存量 (Pool Size)：毫摩爾 (mmol) 等級，約 50-100 克。
   • 日代謝量 (Daily Turnover)：百莫耳 (mol) 等級，約 50-100 公斤。

參考資料

1. ATP - Molecule of the Month - PDB-101 (說明人體 ATP 庫存僅約 250g，但每日週轉量超過體重)。
2. Adenosine triphosphate - Wikipedia (引用數據：成人每日水解 100-150 mol ATP，約等於體重)。
3. BioNumbers - Daily turnover of ATP (哈佛大學生物數據庫，確認每日 ATP 週轉量約為 1 倍體重)。