有關3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA（HMG-CoA）及HMG-CoA lyase的敘述，下列何者錯誤？

本題觀念：

本題主要測驗考生對於 HMG-CoA (3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA) 在不同代謝路徑中的角色及其酵素的細胞定位（Subcellular localization）的理解。HMG-CoA 是人體代謝中的關鍵中間產物，根據其存在位置（粒線體 vs. 細胞質）參與截然不同的生理路徑：

1. 粒線體 (Mitochondria)：參與酮體生成 (Ketogenesis) 和 白胺酸 (Leucine) 的降解。關鍵酵素為 HMG-CoA lyase。
2. 細胞質 (Cytoplasm/Cytosol)：參與膽固醇 (Cholesterol) 及 輔酶Q10 (Coenzyme Q10) 的生合成。關鍵酵素為 HMG-CoA reductase。

選項分析

• A. Leucine降解生成的中間產物被HMG-CoA lyase作用後可產生酮體 (正確)

  • 分析：白胺酸 (Leucine) 是純生酮胺基酸 (Ketogenic amino acid)。其代謝分解的過程中會生成 HMG-CoA。在粒線體中，酵素 HMG-CoA lyase 會將 HMG-CoA 裂解為乙醯乙酸 (Acetoacetate) 和乙醯輔酶A (Acetyl-CoA)。乙醯乙酸即為酮體的一種。此描述符合生化代謝路徑。

• B. HMG-CoA參與膽固醇的生合成 (正確)

  • 分析：在細胞質中，乙醯輔酶A (Acetyl-CoA) 縮合生成 HMG-CoA。接著，HMG-CoA 在 HMG-CoA reductase (速率決定步驟酵素) 的作用下還原為甲羥戊酸 (Mevalonate)，這是膽固醇合成途徑 (Mevalonate pathway) 的關鍵前驅物。

• C. HMG-CoA參與輔酶Q10的生合成 (正確)

  • 分析：輔酶Q10 (Coenzyme Q10, Ubiquinone) 的側鏈由異戊二烯 (Isoprene) 單位組成，而異戊二烯單位同樣源自於 Mevalonate pathway。因此，HMG-CoA 也是 CoQ10 生合成的上游原料。這也是為何服用他汀類 (Statins, HMG-CoA reductase inhibitors) 降血脂藥物會產生副作用導致體內 CoQ10 濃度下降的原因。

• D. HMG-CoA lyase在細胞質內進行支鏈胺基酸的降解作用 (錯誤)

  • 分析：
    1. 酵素定位錯誤：參與支鏈胺基酸 (如 Leucine) 降解和酮體生成的 HMG-CoA lyase 主要位於 粒線體基質 (Mitochondrial matrix) 中，而非細胞質。
    2. 代謝路徑定位錯誤：支鏈胺基酸 (BCAA) 的降解過程（包括轉胺作用後的氧化脫羧等步驟）主要發生在粒線體內。
    3. 細胞質中的是合成路徑：細胞質中的 HMG-CoA 是由 HMG-CoA synthase 生成，隨後被 HMG-CoA reductase 利用去合成膽固醇，並不會被 lyase 分解。

答案解析

正確答案是 D。 本題錯誤的敘述在於將 HMG-CoA lyase 的作用位置描述為「細胞質」。事實上，HMG-CoA lyase 是粒線體酵素，負責催化酮體生成反應的最後一步（也是白胺酸代謝的最後一步）。細胞質中的 HMG-CoA 代謝路徑主要是由 HMG-CoA reductase 催化走向合成（膽固醇/CoQ10），兩者是區隔開來的代謝池 (Metabolic pools)。

核心知識點

考生應特別區分 HMG-CoA 在粒線體與細胞質中的不同命運：

1. 粒線體 (Mitochondrial Pool) - 分解代謝：

   • 來源：脂肪酸 $\beta$-氧化、白胺酸 (Leucine) 降解。
   • 關鍵酵素：HMG-CoA Lyase。
   • 產物：酮體 (Ketone bodies: Acetoacetate, $\beta$-hydroxybutyrate, Acetone)。
   • 生理意義：飢餓或糖尿病時的能量來源。

2. 細胞質 (Cytosolic Pool) - 合成代謝：

   • 來源：由乙醯輔酶A (Acetyl-CoA) 合成。
   • 關鍵酵素：HMG-CoA Reductase (受 Statins 藥物抑制)。
   • 產物：甲羥戊酸 (Mevalonate) $\rightarrow$ 膽固醇 (Cholesterol)、輔酶Q10 (CoQ10)、多萜醇 (Dolichol)。

參考資料

1. HMG-CoA lyase - Wikipedia - 確認 HMG-CoA lyase 位於粒線體及其在酮體生成與 Leucine 代謝中的角色。
2. The effect of HMG-CoA reductase inhibitors on coenzyme Q10 - 確認 HMG-CoA 路徑與 CoQ10 合成的關係。
3. HMG-CoA Reductase - StatPearls - 確認膽固醇合成發生在細胞質/ER。