有關gluconeogenesis之敘述，下列何者正確？

本題觀念：

本題考查 糖質新生 (Gluconeogenesis) 的關鍵生理機制，包括其發生場所、調節酶的調控因子、前驅物質的來源，以及中間產物穿越粒線體膜的運輸機制。糖質新生主要發生在肝臟（部分在腎臟），目的是在飢餓或長時間運動時維持血糖恆定。

選項分析

• A. Cori cycle中，gluconeogenesis發生於肌肉組織 (錯誤)

  • 分析：Cori cycle (可利氏循環) 描述的是肌肉與肝臟之間的代謝循環。在劇烈運動或缺氧時，肌肉進行無氧糖解產生 乳酸 (Lactate)，乳酸經由血液運送到 肝臟。
  • 理由：糖質新生主要發生在 肝臟 (約佔90%) 和 腎臟皮質。肌肉組織缺乏 Glucose-6-phosphatase (葡萄糖-6-磷酸酶)，因此無法將 G6P 轉化為葡萄糖釋放到血液中，也無法進行完整的糖質新生。肌肉負責的是糖解作用 (Glycolysis)。

• B. acetyl-CoA是pyruvate carboxylase的調節因子 (正確)

  • 分析：Pyruvate carboxylase (丙酮酸羧化酶，PC) 是糖質新生的第一個關鍵酵素，位於粒線體基質中，負責將 Pyruvate 轉化為 Oxaloacetate (草醯乙酸)。
  • 理由：Acetyl-CoA (乙醯輔酶A) 是此酵素的 異位活化劑 (Allosteric activator)。當細胞內 Acetyl-CoA 濃度升高 (例如脂肪酸氧化增加)，代表能量充足或 TCA cycle 需要補充中間產物，此時 Acetyl-CoA 會活化 Pyruvate carboxylase，推動糖質新生。若缺乏 Acetyl-CoA，此酵素幾乎無活性。

• C. glycerol、lactate與ethanol可作為gluconeogenesis的前驅物 (錯誤)

  • 分析：糖質新生的主要前驅物包括 Lactate (乳酸)、Glycerol (甘油) 和 生糖胺基酸 (Glucogenic amino acids，如 Alanine)。
  • 理由：Ethanol (乙醇) 不是糖質新生的前驅物。相反地，乙醇在代謝過程中會產生大量的 NADH，導致細胞質與粒線體內的 NADH/NAD+ 比值上升。高濃度的 NADH 會促使 Pyruvate 還原成 Lactate，或使 Oxaloacetate 還原成 Malate，從而消耗掉糖質新生的底物，反而 抑制 糖質新生的進行，容易導致酒後低血糖。

• D. oxaloacetate可穿透粒線體膜，在細胞質中經phosphoenolpyruvate carboxykinase催化轉變成 phosphoenolpyruvate (錯誤)

  • 分析：糖質新生的第一步在粒線體生成 Oxaloacetate (OAA)，第二步由 PEPCK 催化生成 PEP。PEPCK 有粒線體和細胞質兩種同工酶，但人類主要依賴細胞質中的轉化。
  • 理由：Oxaloacetate (OAA) 無法直接穿透粒線體內膜。它必須先被轉化為 Malate (蘋果酸) (經由 Malate dehydrogenase) 或 Aspartate (天門冬胺酸)，才能通過特定的穿梭系統 (如 Malate-Aspartate shuttle) 運送到細胞質。在細胞質中，Malate 再被氧化回 OAA，接著才由細胞質的 PEPCK 轉化為 PEP。

答案解析

正確答案為 B。 糖質新生的啟動步驟由粒線體內的 Pyruvate carboxylase 催化，此反應絕對依賴 Acetyl-CoA 作為異位活化劑。當脂肪酸氧化旺盛產生大量 Acetyl-CoA 時，身體解讀為「能量來源 (脂肪) 充足，應保存葡萄糖」，因此活化糖質新生。

核心知識點

1. 關鍵酵素與調節：
   • Pyruvate Carboxylase (PC)：位於粒線體，需 Biotin (維生素B7) 輔酶，受 Acetyl-CoA 活化。
   • Fructose-1,6-bisphosphatase：糖質新生最關鍵的限速步驟，受 AMP 和 Fructose-2,6-bisphosphate 抑制。
2. 發生場所：主要在 肝臟，少量在腎臟。肌肉因缺乏 Glucose-6-phosphatase 而無法進行。
3. 前驅物：Lactate (Cori cycle)、Glycerol (來自三酸甘油酯分解)、生糖胺基酸 (主要是 Alanine，來自 Glucose-Alanine cycle)。酒精 (Ethanol) 會抑制糖質新生。
4. OAA 的運輸：OAA 不可穿膜，需轉化為 Malate 或 Aspartate 才能離開粒線體。

參考資料

1. Harper's Illustrated Biochemistry, 32nd Edition. Chapter 19: Gluconeogenesis and the Control of Blood Glucose.
2. Lehninger Principles of Biochemistry, 8th Edition. Chapter 14: Glycolysis, Gluconeogenesis, and the Pentose Phosphate Pathway.
3. NCBI Bookshelf: Gluconeogenesis