肌肉細胞將所儲存的肝醣轉變成可利用的能量ATP，不需要下列何過程？

本題觀念：

本題考查的是骨骼肌細胞內的能量代謝路徑與組織特異性酵素的分布。 肌肉細胞儲存肝醣（Glycogen）的主要目的是為了在肌肉收縮時提供自身的能量來源（ATP）。要將儲存的肝醣轉化為ATP，必須經過分解與氧化過程。關鍵的區別在於了解哪些代謝路徑是「產能」的（Catabolic），哪些是「耗能」且發生在特定器官的合成路徑（Anabolic）。

選項分析

• A. 糖解作用（Glycolysis）：需要。

  • 這是葡萄糖代謝的核心路徑。當肝醣透過肝醣分解（Glycogenolysis）轉變為葡萄糖-6-磷酸（Glucose-6-Phosphate, G6P）後，G6P 必須進入糖解作用被分解為丙酮酸（Pyruvate），過程中會產生少量 ATP 和 NADH。這是肌肉產生能量的必經之路。

• B. 糖質新生作用（Gluconeogenesis）：不需要且不發生於肌肉。

  • 定義與場所：糖質新生是指由非碳水化合物（如乳酸、甘油、胺基酸）合成葡萄糖的過程。此過程主要發生在肝臟（約90%）與腎臟皮質（約10%），用以維持血糖恆定。
  • 能量觀點：糖質新生是一個耗能過程（合成一分子葡萄糖需消耗 6 個 ATP/GTP），這與題目「產生 ATP」的目標背道而馳。
  • 酵素限制：骨骼肌缺乏葡萄糖-6-磷酸酶（Glucose-6-phosphatase），無法將 G6P 去磷酸化轉變為自由葡萄糖釋出到血液中，也不具備完整的糖質新生酵素系統來從丙酮酸逆向合成葡萄糖。肌肉產生的乳酸需經由血液運送至肝臟（Cori Cycle）才能進行糖質新生。

• C. 肝醣分解（Glycogenolysis）：需要。

  • 這是代謝的第一步。儲存的肝醣在肝醣磷酸化酶（Glycogen phosphorylase）的作用下，分解為葡萄糖-1-磷酸（G1P），再轉為 G6P，才能進入後續的糖解作用。

• D. 電子傳遞鏈（Electron transport chain）：需要（在有氧狀態下）。

  • 為了從葡萄糖中獲取最大量的 ATP，糖解作用產生的丙酮酸會進入粒線體，經由檸檬酸循環（TCA cycle）產生 NADH 和 FADH2，最後進入內膜上的電子傳遞鏈進行氧化磷酸化。這是細胞產生絕大多數 ATP 的步驟。雖然在極度缺氧的劇烈運動中肌肉主要依賴無氧糖解，但在一般的生理代謝與持續運動中，電子傳遞鏈是產生 ATP 不可或缺的一環。

答案解析

題目問的是「將肝醣轉變成可利用的能量 ATP 不需要」哪個過程。 肌肉細胞利用肝醣產生能量的標準路徑為：肝醣分解 (C) → 糖解作用 (A) → 檸檬酸循環 → 電子傳遞鏈 (D)。 唯有 B. 糖質新生作用 是合成葡萄糖的耗能過程，且骨骼肌因缺乏關鍵酵素（Glucose-6-phosphatase）而無法進行此反應。肌肉細胞只會消耗葡萄糖（或肝醣）來產能，不會自行製造葡萄糖。因此，選項 B 是正確答案。

核心知識點

考生應複習以下生化代謝的組織特異性：

1. 肝醣的功能差異：

   • 肝臟肝醣：負責維持血糖恆定。具 Glucose-6-phosphatase，可將肝醣分解為自由葡萄糖釋入血液。
   • 肌肉肝醣：僅供肌肉自身收縮能量使用。缺乏 Glucose-6-phosphatase，分解後的 G6P 只能鎖在細胞內進入糖解作用，無法轉成葡萄糖離開細胞。

2. 糖質新生（Gluconeogenesis）：

   • 主要器官：肝臟、腎臟。
   • 生理意義：飢餓或禁食時維持血糖，將乳酸（Cori cycle）、甘油、生糖胺基酸（如 Alanine）轉回葡萄糖。
   • 關鍵限制：肌肉不進行糖質新生。

參考資料

1. StatPearls [Internet]. Physiology, Gluconeogenesis. (Gluconeogenesis occurs mostly in the liver and kidneys... Muscle cells lack glucose-6-phosphatase).
2. Biology LibreTexts. Glycogenesis and Gluconeogenesis. (Muscle cells do not perform gluconeogenesis).
3. TeachMePhysiology. Glycogen Metabolism. (Muscles use glycogen to generate energy locally; Liver uses it to maintain blood glucose).